印刷電路板基礎知識

1、熊根良電子線路CAD設計PADS2007原理圖與PCB設計PADS (Personal Automated Design Systems )印刷電路板基礎知識印刷電路板基礎知識 原理圖的設計目標主要是進行后續(xù)的原理圖的設計目標主要是進行后續(xù)的PCB設計，在學設計，在學習習 原理圖設計和原理圖設計和PCB制作之前，我們現(xiàn)了解制作之前，我們現(xiàn)了解PCB的一些的一些基礎知識?；A知識。1.印刷電路板概述印刷電路板概述1.1 印刷電路板的結構印刷電路板的結構一般來說，印刷電路板的分類如下：（1）單面板：單面板是一種一面有覆銅，另一面沒有覆銅的電路板，用戶只可以在覆銅的一面布線并放置元件。（2）雙面板：

2、雙面板包括頂層(Top Layer)和底層(Bottom Layer)兩層。頂層一般為元件面，底層一般為焊錫層面雙面板的雙面都可以覆銅，也可以布線。（3）多層板：多層板就是包含了多個工作層或電源層的電路板，一般指三層以上的電路板。除上面講到的頂層、底層以外，還包括中間層、內部電源或接地層等。柔板柔硬板1.2 元件封裝元件封裝 如何保證元件的引腳與印刷電路板上的焊盤一致？這就要靠元件封裝！ 元件封裝是指元件焊接到電路板時所指的外觀和焊盤位置。 元件封裝僅僅是空間的概念，因此，不同元件可以共用同一個元件封裝；另外，同一元件也可以有不同的封裝。例如電阻1.2 .1元件封裝的分類元件封裝的分類 元件的

3、封裝形式可以分成兩大類：即針腳式元件封裝(直插式)和SMT(表面貼片技術)元件封裝。1.2 .2元件封裝的編號元件封裝的編號 元件的封裝的編號一般為元件類型+焊盤距離(焊盤數(shù))+元件外形尺寸。 例如，RES1206表示此元件為SMT元件，兩焊盤的幾何尺寸為1206；DIP16表示雙排引腳的元件封裝，兩排共16個引腳。1.3 銅膜導線銅膜導線 銅膜導線也稱銅膜走線，簡稱導線，用于連接各個焊盤，是PCB最重要的部分。PCB設計都是圍繞如何布置導線來進行的。 與導線有關的另一種線，常稱之為飛線。即預拉線，飛線是在引入網表后，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則生成的，用來指引布線的一種連線。1.4 助焊膜和阻焊膜助焊膜和阻

4、焊膜 各類膜(Mask)不僅是PCB制作工藝過程中必不可少，而且更是元件焊裝的必要條件。 按膜所處的位置及其作用，膜可以分為元件面(或焊接面)助焊膜(Top或Bottom Solder)和元件面(或焊接面)阻焊膜(Top或Bottom Mask)兩類。 助焊膜是涂于焊盤上提高可焊性能的一層膜，也就是在綠色板子上比焊盤略大的淺色圓。阻焊膜的情況正好相反，為了使制成的板子適應波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盤處的銅箔不能粘錫。因此在焊盤以外的各個部位都要涂覆一層涂料，用于阻止這些部位上錫。1.5 層層 PCB的層不是虛擬的，而是PCB材料本身實實在在的銅箔層。 例如，現(xiàn)在的計算機主板所用的PCB材

5、料大多數(shù)在4層以上，這些層因加工相對困難而大多用于設計走線較為簡單的電源層和地層(Power 和Ground)，并常用大面積填充(如Fill)的辦法來布線。上下位置的表面層與中間各層需要連通的 地方用過孔（Via）來溝通。1.6 焊盤和過孔焊盤和過孔（1）焊盤(Pad)焊盤的作用是放置焊錫、連接導線和元件引腳。焊盤是PCB設計中最常接觸也是最重要的概念。焊盤有圓、方、橢圓、矩形等形狀。 焊盤自行編輯的原則：1）形狀上長短不一致時，要考慮連線寬度與焊盤特定邊長的大小差異不能過大。2）需要在元件引腳之間走線時，選用長短不對稱的焊盤往往事半功倍。3）各元件焊盤孔的大小要按元件引腳的粗細分別編輯確定，

6、原則上是孔的尺寸比引腳直徑大0.20.4mm.（2）過孔(Via)為連通各層之間的線路，在各層需要連通的導線的交匯處鉆一個公共孔，這就是過孔。過孔有三種，即從頂層貫穿到地層的穿透式過孔、從頂層通到內層或從內層通到底層的盲過孔，以及內層間的隱藏過孔。 過孔有兩個尺寸，即通孔直徑和過孔直徑，如下圖，通孔和過孔之間的孔壁，用于連接不同層的導線。 過孔處理原則：1）盡量少用過孔，一旦選用過孔，務必處理好它與周邊各實體的間隙，特別是容易被忽視的中間各層與過孔不相連的線與過孔的間隙。2）需要的載流量越大，所需的過孔尺寸越大。1.7 絲印層絲印層 為了方便電路的安裝和維修，在PCB的上下兩表面印上所需要的標

7、志圖案和文字代號等，例如元件標號稱值、元件外廓形狀和廠家標志、生產日期等，稱為絲印層(Silkscreen Top/Bottom)。1.8 覆銅覆銅 對于抗干擾要求比較高的PCB，常常需要在PCB上覆銅，覆銅可以有效的實現(xiàn)PCB的信號屏蔽作用，提高PCB信號的抗電磁干擾的能力。常用的覆銅有兩種方式：一種是實心填充方式；一種是網格狀的填充。2.PCB設計流程設計流程 PCB板不但包含所需的電路，還應具有合適的元件選擇、元件的信號速度、材料、溫度范圍餓、電源的電壓范圍等。因此PCB的設計要遵循一定的設計過程和規(guī)范。 （1）產生設計要求和規(guī)范即設計要從系統(tǒng)的規(guī)范和功能開始，例如，一個電動機控制系統(tǒng)的

8、開發(fā)項目，它設計的要求和規(guī)范可能包括控制點擊的類型、電機的功率、電壓、電流要求、控制的精度要求、通訊接口要求、應用環(huán)境等3.PCB設計的基本原則設計的基本原則 PCB設計的好壞對電路板抗干擾能力影響很大，因此為了設計出質量好、造價低的PCB，因遵循一些原則。3.1 布局布局 首先，要考慮PCB的尺寸大小，PCB尺寸過大，印刷電路長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；尺寸過小時，則散熱不好，且鄰近線易受干擾。（1）在確定特殊元件的位置時要遵循的原則）在確定特殊元件的位置時要遵循的原則1）盡可能縮短高頻元件之間的連線，設法減小他們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。2）某些元件或導線之間可能有較高的

9、電位差，應加大他們之間的距離，以免放電引發(fā)意外短路。3）重量超過15g的元件，應當用支架固定，然后焊接。4）對于電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元件的布局應考慮整機的結構要求5）應留出PCB的定位孔和固定支架所占的位置（2）根據(jù)電路的功能單元對電路的全部元件進行）根據(jù)電路的功能單元對電路的全部元件進行布局，要遵循的原則：布局，要遵循的原則：1）按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通。2）以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞他進行布局。3）在高頻下工作的電路，要考慮元件之間的分布參數(shù)。4）位于PCB邊緣的元件，離電路板邊緣一般不小于2mm。3.2 布線布線

10、一般布線要遵循以下幾個原則。(1)輸入和輸出的導線應避免相鄰平行，最好添加線間地線，以免發(fā)生耦合。(2)PCB的導線的最小寬度主要由導線與絕緣基板間的黏附強度和流過他們的電流值決定。(3)對于PCB導線拐彎，一般取圓弧型或45拐角，而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。4）PCB導線間距，相鄰導線必須滿足電氣安全要求。3.3 焊盤大小焊盤大小 焊盤的直徑和內孔尺寸：通常以金屬引腳直徑加0.2mm作為焊盤內孔直徑。(1)當焊盤直徑為1.5mm時，為了增加焊盤的抗剝強度，可以采用長小于1.5mm，寬為1.5mm和長圓形焊盤。1）直徑小于0.4mm的孔：D/d=0.532）直徑大于2mm的孔：D/

11、d=1.52D-焊盤直徑d-內孔直徑(2)有關焊盤的其他注意事項。1) 焊盤內孔邊緣到PCB邊的距離要大于1mm。2) 焊盤開口。3) 焊盤補淚滴。當與焊盤鏈接的走線較細時，要將焊盤與走線之間的鏈接設計成淚滴狀。4) 相鄰的焊盤要避免成銳角或大面積的銅箔，成銳角會造成波峰焊困難，而且有橋連的危險，大面積的銅箔因散熱過快導致不易焊接。3.4 PCB電路的抗干擾措施電路的抗干擾措施(1)電源線設計 根據(jù)PCB電流大小，盡量加粗電源線寬度，減小環(huán)路電阻。 (2) 地線設計 地線設計原則是1) 數(shù)字地與模擬地分開。2) 接地線應盡量加粗。3) 接地線構成閉環(huán)路。(3) 大面積覆銅3.5 去耦電容配置去

12、耦電容配置PCB設計的常規(guī)做法之一是在印刷電路板的各個關鍵部位配置適當?shù)娜ヱ铍娙?，原則：(1)電源輸入端跨接一個10100uf的點解電容。 (2) 原則上每一個集成電路芯片都應布置一個0.01pf的瓷片電容。如遇PCB空間不夠，可以每48個芯片布置一個110pf的鉭電容。(3) 對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的元件，如RAM,ROM存儲元件，應在芯片的電源和地之間直接接入去耦電容。(4) 電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線3.6 各元件之間的連線各元件之間的連線(1)印刷電路板中不允許有交叉電路，對于肯能交叉的線路?？梢糟@、繞來解決。(2)電阻、二極管、管裝電容等元件一般有立式和

13、臥式兩種安裝方式。(3)同一級電路的接地點應盡量靠近，并且本級電路的電源濾波電容也應接在該級接地點上。(4)總線必須嚴格按高頻中頻低頻逐級按弱電到強電的順序排列原則(5) 強電流引線應盡可能寬一些(6) 阻抗高的走線盡量短，阻抗低的走線可以長一些(7)電位器安裝位置應當滿足整機結構安裝及面板布局的要求，盡可能放在PCB的邊緣。(8)IC座，設計PCB圖樣時，在使用IC座的場合下，一定特別注意IC座上定位槽的放置的方位是否正確。(9)在對進出接線端布置時，相關聯(lián)的兩條引線端的距離不要太大。(10)在保證電路性能要求的前提下，設計時應力求合理走線。(11) 設計應按一定順序方向進行。4.PCB制造

14、材料制造材料 PCB的信號傳導層通常都是使用銅箔，通過加熱和壓力作用下粘接在襯底層上。 最常用的絕緣層材料為環(huán)氧樹脂玻璃和酚醛紙。一些特殊的PCB，比如柔性PCB，基材可以采用聚酯或聚酯酰亞胺。FR4材料是指美國NEMA規(guī)范的環(huán)氧樹脂玻璃材料。5.PCB的結構的結構 一塊普通的PCB由鍍銅的樹脂玻璃材料或一層銅箔與樹脂材料粘接在一起構成。如下圖對于一塊多層板(含有兩銅層以上的板)，在銅核心層之間有一層介電絕緣填充材料，如下圖所示5.1 銅箔銅箔銅箔就是一薄層的銅，放置在介電填充材料之間并且和介電填充材料粘接在一起。其厚度如下：5.2 銅鍍層銅鍍層銅鍍層主要用于PCB的外層，并且當對PCB上的鉆

15、孔的孔壁進行鍍銅時，也為PCB上的銅提供額外的銅層。5.3 焊錫流焊錫流焊錫流是將焊錫鋪在PCB上的裸露銅表面的工藝。5.4 阻焊層阻焊層阻焊層可以防止焊錫附著在上面，如下圖所示，但可以保護銅層，以防止被氧化。5.5 走線走線PCB上的走線實際上就是信號線，他提供了相同的傳輸信號的功能，他的兩端一般與PCB上的元件的引腳相連。5.6 焊盤焊盤最常見的兩種焊盤類型為表貼元件安裝的鍍錫焊盤和通孔鍍錫焊盤。5.7 焊錫的通孔焊錫的通孔通孔結構包含有一個焊盤，通孔通過焊盤而成為一個通孔。鍍錫通孔的只要作用如下：1)增強外層焊盤的強度，從而可以使用較小尺寸的焊盤。2)焊接時可以散熱，從而焊盤可以較小3)連接頂層和底層的信號4)從頂層到底層鋪上焊錫流，從而不用在兩側進行焊接5.8 不鍍層的通孔不鍍層的通孔不鍍層的通孔也就是指在孔中沒有鍍錫。5.9 板邊板邊PCB板的板邊也有一些特殊的要求。板邊是PCB的裸露的界面，他必須可以和外界有絕緣安全距離6.PCB的疊層設計的疊層設計 PCB板的疊層設計常常是由PCB的目標成本、制造技術和所要求的布線通道數(shù)所決定。6.1 多層板多層板以下