印制電路板設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

印制電路板設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第1頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三印制電路板基礎(chǔ)印制電路板概念PrintedCircuitBoard，簡(jiǎn)稱PCB指在絕緣基材上，用印制的方法制成導(dǎo)電線路和元件封裝，以實(shí)現(xiàn)元器件之間的電氣互連。印制電路板的層數(shù)由銅覆層來(lái)決定。通常是單層板、雙層板和多層板。原理圖表示元件的電氣連接；PCB表示元件的實(shí)際物理連接。第2頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三印刷電路板簡(jiǎn)介PCB的主要功能：固定電子零件提供印刷電路板上各項(xiàng)零件的相互電氣連接如今每一種電子設(shè)備中幾乎都會(huì)出現(xiàn)印刷電路板印刷電路板裸板也稱“印刷線路板PrintedWiringBoard（PWB）”。

第3頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三印制電路板基礎(chǔ)擴(kuò)展：板材概念PCB基板材料要求耐熱性和絕緣性好。覆銅板通過(guò)一定的工藝，在絕緣性能很高的基材上覆蓋一層導(dǎo)電性能良好的銅薄膜，就構(gòu)成了生產(chǎn)印制電路板所必需的材料覆銅板。PCB板按電路要求，在覆銅板上蝕刻出導(dǎo)電圖形（如元件引腳焊盤(pán)、印制連線、過(guò)孔等），并鉆出元件引腳安裝孔、實(shí)現(xiàn)電氣互連的過(guò)孔以及固定整個(gè)電路板所需的螺絲孔，就獲得了電子產(chǎn)品所需的印制電路板。第4頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

印制電路板樣板

第5頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三印制電路板結(jié)構(gòu)單面板單邊布線。雙面板兩面敷銅，中間為絕緣層，兩面均可布線。通常在頂層放置元件，在頂層和底層兩面進(jìn)行走線。一般需要由過(guò)孔或焊盤(pán)連通。多層板包括多個(gè)工作層面，一般指3層以上的電路板。它在雙面板的基礎(chǔ)上加了內(nèi)部電源層、接地層及多個(gè)中間信號(hào)層。通常層數(shù)為偶數(shù)。第6頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三單面板（Single-SidedBoards）單面PCB表面單面PCB底面一面敷銅，另一面沒(méi)有敷銅的電路板。單層板只能在敷銅的一面布線，適用于簡(jiǎn)單的電路板。第7頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三單面板焊錫面：?jiǎn)蚊姘迳系膶?dǎo)電圖形主要包括固定、連接元件引腳的焊盤(pán)和實(shí)現(xiàn)元件引腳互連的印制導(dǎo)線，該面稱為焊錫面。元件面：沒(méi)有銅膜的一面用于安放元件，該面稱為元件面。圖單面、雙面及多面印制電路板剖面第8頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三雙面板（Double-SidedBoards）

包括頂層(TopLayer)和底層(BottomLayer)兩層，兩面敷銅，中間為絕緣層。雙面板兩面都可以布線，一般需要由過(guò)孔或焊盤(pán)連通。雙面板可用于比較復(fù)雜的電路，但設(shè)計(jì)工作不比單面板困難，因此被廣泛采用。第9頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三雙面板基板的上下兩面均覆蓋銅箔。上、下兩面都含有導(dǎo)電圖形。導(dǎo)電圖形中除了焊盤(pán)、印制導(dǎo)線外還有用于使上、下兩面印制導(dǎo)線相連的金屬化過(guò)孔。元件也只安裝在其中的一個(gè)面上——“元件面”，另一面稱為“焊錫面”。第10頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三為了增加可以布線的面積，多層板用上了更多單或雙面的布線板。包含了多個(gè)工作層面。它是在雙面板的基礎(chǔ)上增加了內(nèi)部電源層、接地層及多個(gè)中間信號(hào)層。其缺點(diǎn)是制作成本很高。多層板（Multi-LayerBoards）第11頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三多層板（4層）上、下層是信號(hào)層（元件面和焊錫面）在上、下兩層之間還有電源層和地線層。多層電路板，層與層間的電氣連接通過(guò)元件引腳焊盤(pán)和金屬化過(guò)孔實(shí)現(xiàn)。引腳焊盤(pán)貫穿整個(gè)電路板。用于實(shí)現(xiàn)不同層電氣互連的金屬化過(guò)孔最好也貫穿整個(gè)電路板，以方便鉆孔加工，在經(jīng)過(guò)特定工藝處理后，不會(huì)造成短路。穿透式過(guò)孔盲過(guò)孔隱蔽式過(guò)孔第12頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三印制電路板中的組成元素PCB板包含一系列元器件封裝、由印刷電路板材料支持并通過(guò)銅箔層進(jìn)行電氣連接的電路板，還有在印刷電路板表面對(duì)PCB板起注釋作用的絲印層等。元件封裝銅膜導(dǎo)線與飛線焊盤(pán)過(guò)孔層第13頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三PCB設(shè)計(jì)的幾個(gè)重要概念絲印層焊盤(pán)覆銅過(guò)孔注：綠色的一層是阻焊漆第14頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三過(guò)孔銅膜導(dǎo)線，其上覆蓋阻焊劑元器件符號(hào)輪廓焊盤(pán)字符第15頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三印制電路板的基本元素-元件封裝元件封裝的概念元件封裝的編號(hào)元件封裝的分類(lèi)常見(jiàn)元件封裝第16頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4、元器件封裝的基本知識(shí)概念：原理圖符號(hào)：代表元器件引腳電氣分布關(guān)系的符號(hào)，沒(méi)有實(shí)際意義。封裝：實(shí)際元器件焊接到電路板上時(shí)，在電路板上所顯示的外形和焊點(diǎn)位置關(guān)系，僅是空間概念。印制電路板的基本元素—元件封裝第17頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三印制電路板的基本元素—元件封裝元器件與元器件封裝的關(guān)系同種元件也可以有不同的封裝不同的元件可以共用同一個(gè)元件封裝8031、8255封裝形式都是DIP40或電阻和電容；原理圖符號(hào)與元器件封裝的對(duì)應(yīng)關(guān)系原理圖符號(hào)的引腳序號(hào)和元器件封裝的焊盤(pán)序號(hào)一一對(duì)應(yīng)附元器件與原理圖符號(hào)關(guān)系：一個(gè)元器件可以同時(shí)與不同的原理圖符號(hào)相對(duì)應(yīng)，如電阻。第18頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三元件封裝與元件實(shí)物、原理圖元件的對(duì)應(yīng)關(guān)系

封裝對(duì)焊盤(pán)大小、焊盤(pán)間距、焊盤(pán)孔大小、焊盤(pán)序號(hào)等參數(shù)有非常嚴(yán)格的要求。元器件的封裝、元器件實(shí)物、原理圖元件引腳序號(hào)三者之間必須保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，否則直接關(guān)系到制作電路板的成敗和質(zhì)量。

第19頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三元件封裝種類(lèi)插入式封裝（ThroughHoleTechnology,THT）焊接時(shí)將元件放置在板子的一面，并將元件的管腳插入焊點(diǎn)導(dǎo)通孔，然后焊在另一面上。表面粘貼式封裝（SurfaceMountedTechnology,SMT）零件的管腳與元件焊接在板子同一側(cè)，不需鉆孔!由于插入式元件封裝的焊點(diǎn)導(dǎo)孔貫穿整個(gè)電路板，所以其焊點(diǎn)的屬性對(duì)話框中，Layer板層屬性必須為MultiLayer。第20頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三印制電路板的基本元素—元件封裝元器件封裝的編號(hào)元件類(lèi)型+焊點(diǎn)距離（焊點(diǎn)數(shù)）+元件外型尺寸DIP-4表示雙列直插式元件封裝，4個(gè)焊盤(pán)引腳，兩焊盤(pán)間的距離為100mil；AXIAL-0.4表示軸狀類(lèi)元件封裝（如電阻），引腳間距為400mil；RB7.6/15表示極性電容性元件封裝，引腳間距為7.62mm，零件直徑為15mm。在制作電路板時(shí)必須知道元件的名稱，同時(shí)也要知道該元件的封裝形式。1mil=0.001inch=0.0254mm第21頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

電阻的電氣符號(hào)與其不同封裝第22頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三電阻封裝：AXIAL-0.4第23頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三極性電容類(lèi)元件封裝：RB7.6-15第24頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三雙列直插式元件封裝：DIP-4第25頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三常用元件封裝ProtelDXP將常用的封裝集成在MiscellaneousDevicesPCB．PcbLib集成庫(kù)中。常用的分立元件電阻電容二極管類(lèi)晶體管類(lèi)可變電阻類(lèi)等。常用的集成電路的封裝有DIP—XX等。第26頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

電阻類(lèi)軸對(duì)稱式電阻類(lèi)元件常用封裝為AXIAL—XX，（AXIAL代表軸狀，xx表示兩腳距離)AXIAL-0.3AXIAL-1.0

AXIAL0.4管腳之間距離為400milAXIAL-0.4AXIAL-0.31mil=0.001inch=0.0254mm電阻的電氣符號(hào)第27頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三電阻類(lèi)表面粘貼式0402、0403、0805、1005、1206、1210等系列。封裝名分兩部分：前兩個(gè)數(shù)字表示元件長(zhǎng)度，后兩個(gè)數(shù)字表示元件的寬度，單位為英寸。0603——元件長(zhǎng)度為0.06英寸、寬度為0.03英寸封裝0603示意圖第28頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三電容類(lèi)扁平封裝根據(jù)體積不同，從RAD-0.1～RAD-0.4可以作為無(wú)極性電容封裝

RAD后面的數(shù)值表示兩個(gè)焊點(diǎn)間的距離。RAD-0.1管腳之間距離為100mil。筒狀封裝常用RBxx-xx作為有極性（電解）電容元件封裝。RB后的兩個(gè)數(shù)字分別表示焊盤(pán)之間的距離和圓筒的直徑，單位是英寸。RB7.6/15表示元件封裝焊盤(pán)間距為7.6英寸，圓筒的直徑為15英寸。第29頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三RB7.6-15RAD-0.3第30頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二極管類(lèi)元件常用封裝系列名稱為DIODExx，其中xx表示兩焊盤(pán)間距離。DIODE-0.4管腳之間距離為400mil常用于小功率二極管DIODE-0.7管腳之間距離為700mil常用于大功率二極管DIODE-0.7!二極管為有極性元件，封裝外形上畫(huà)有短線的一端代表負(fù)端，和實(shí)物二極管外殼上表示負(fù)端的白色或銀色色環(huán)相對(duì)應(yīng)。第31頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三晶體管類(lèi)MiscellaneousDevicesPCB.PcbLib集成庫(kù)中提供的有BCY—W3/H.7等。常見(jiàn)的晶體管的封裝如圖所示第32頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三可調(diào)電阻類(lèi)常用的封裝為VR系列，從VR2～VR5，如圖所示。這里后綴的數(shù)字也只是表示外形的不同，而沒(méi)有實(shí)際尺寸的含義，其中VR5一般為精密電位器封裝。第33頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三集成電路類(lèi)集成電路常見(jiàn)的封裝是雙列直插式封裝，如圖所示為DIP-16的封裝外形。

第34頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三管殼的外觀，引腳形狀，封裝SOPQFPPGAZIPSIPDIPSOJQFJDualIn-LinePackage雙列直插式封裝QuadFlatPackage方型扁平式封裝SmallOutlinePackage小外形封裝SmalloutlineJ-leadPackage

J型引腳小外形封裝PinGridArrayPACkage插針網(wǎng)格陣列封裝第35頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三印制電路板的基本元素—銅膜導(dǎo)線與飛線銅膜導(dǎo)線板子上的敷銅經(jīng)過(guò)蝕刻處理形成的一定寬度和形狀的導(dǎo)線，分布在層上連接各個(gè)焊點(diǎn)的金屬線，用以實(shí)現(xiàn)電氣連接。飛線PCB布線過(guò)程中的預(yù)拉線，表示元件間的連接關(guān)系。電路板設(shè)計(jì)在引入網(wǎng)絡(luò)表后，采用飛線指示元件之間連接關(guān)系。用導(dǎo)線連接后飛線消失。第36頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三飛線印制電路板的基本元素—銅膜導(dǎo)線與飛線區(qū)別：飛線只是一種形式上、邏輯上的連接，沒(méi)有電氣意義；導(dǎo)線有電氣意義，物理連接。兩者關(guān)系：飛線指示導(dǎo)線的實(shí)際布置，導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)飛線的意圖。第37頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三印制電路板的基本元素-焊盤(pán)Pad(焊盤(pán)）放置焊錫用來(lái)焊接元件的。焊盤(pán)根據(jù)元件封裝不同結(jié)構(gòu)也不同：可以是穿透多個(gè)不同的層或在一個(gè)層內(nèi)；焊盤(pán)的形狀有圓形、方形、八角形等，如圖所示。焊盤(pán)由兩部分組成：焊盤(pán)直徑和孔徑直徑。圖焊盤(pán)的形狀第38頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三焊盤(pán)（Pad）和過(guò)孔（Via）第39頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三印制電路板的基本元素-過(guò)孔作用在各層需要連通的導(dǎo)線的交際處鉆上一個(gè)孔，用于連接不同板層之間的導(dǎo)線種類(lèi)ThncholeVias:從頂層直接通到底層。BlindVias：只從頂層通到某一層里層，并沒(méi)有穿透所有層，或者從里層穿透出來(lái)的到底層的過(guò)孔。BuriedVias:只在內(nèi)部?jī)蓚€(gè)里層之間相互連接，沒(méi)有穿透底層或頂層的過(guò)孔。過(guò)孔只有圓形，包括兩個(gè)尺寸：過(guò)孔的直徑（Diameter）通孔的直徑（holesize）

通孔的孔壁由導(dǎo)電材料構(gòu)成，用于連接不同層的導(dǎo)線。

第40頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三電路板的結(jié)構(gòu)圖印制電路板結(jié)構(gòu)第41頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三敷銅對(duì)于電路抗干擾性能要求較高的場(chǎng)合，可考慮在電路板上敷銅。敷銅可以有效地起到信號(hào)屏蔽作用，提高信號(hào)的抗電磁干擾能力。敷銅可分為實(shí)心填充和網(wǎng)格填充。第42頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三層印制板材料本身實(shí)實(shí)在在存在的例如印制板的上下兩面可供走線，這樣的面即為層甚至在板的中間還設(shè)有能被特殊加工的夾層銅箔（也稱為層）。敷銅層和非敷銅層注意：布線時(shí)一旦選定了所用印制板的層數(shù)，務(wù)必關(guān)閉那些未被使用的層，以免布線出現(xiàn)差錯(cuò)。DXP中的Layer:PCB編輯器中都有一個(gè)獨(dú)立的層面（Layers）與之相對(duì)應(yīng)，電路板設(shè)計(jì)者通過(guò)層面給電路板廠家提供制作該板所需的印制參數(shù)。印制電路板的基本元素-層第43頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三類(lèi)型：SignalLayer（信號(hào)層）Internalplane（內(nèi)部電源層）MechanicalLayer（機(jī)械層）SolderMark&PasteMark（阻焊層及助焊層）SilkScreen（絲印層）、Others（其它層）。PCB編輯器，執(zhí)行【Design】/【BoardLayers…】命令，可根據(jù)設(shè)計(jì)需要在相應(yīng)板層后面的復(fù)選框中打上“√”，選中該項(xiàng)，以便顯示該層面。

印制電路板的基本元素-層第44頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三SignalLayer：信號(hào)層主要用于放置元件和導(dǎo)線TopLayer（頂層）可用于放置電子元件和信號(hào)走線。BottomLayer（底層）用于放置信號(hào)走線和焊點(diǎn)，是單面板唯一的布線層.Midlayer1-n（中間工作層）。Midlayer（Mid1～Mid14）僅放置信號(hào)走線。一般只有在5層以上較為復(fù)雜的電路板中才采用。設(shè)計(jì)多層印制電路板，可以從DXP的層管理環(huán)境中添加MidProtelDXPPCB編輯器常用層面

第45頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三Internalplane：內(nèi)部電源層主要用于布置電源線及接地線。分別為Plane1-n。ProtelDXPPCB編輯器支持16個(gè)內(nèi)部電源/接地層。內(nèi)部電源/接地層通常是一塊完整的銅箔，單獨(dú)設(shè)置內(nèi)部電源/接地層可最大限度地減少電源與地之間的連線長(zhǎng)度，而且對(duì)電路中高頻信號(hào)的干擾起到屏蔽作用。如果PCB上的元器件需要不同的電源供應(yīng)，可充分利用內(nèi)部電源/接地層將大量的接電源（或接地）的元件管腳通過(guò)元件焊盤(pán)或過(guò)孔直接與電源（或地線）相連，減少頂層和底層電源/地線的連線長(zhǎng)度。用戶使用多層印刷電路板才會(huì)有內(nèi)部電源層。ProtelDXPPCB編輯器常用層面

第46頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期三Keep

Out

Layer（禁止布線層）——用于定義放置元件的區(qū)域。如果用戶要對(duì)電路進(jìn)行自動(dòng)布局和自動(dòng)布線，必須在KeepOutLayer上設(shè)置一個(gè)布線區(qū)，具體步驟將在后面講解。在KeepOutLayer層上由Track形成的一個(gè)閉合的區(qū)域來(lái)構(gòu)成布線區(qū)。MechanicalLayer（機(jī)械層）——分別為Mechanical1-16定義整個(gè)PCB板的外觀，即整個(gè)PCB板的外形結(jié)構(gòu)，如電路板的標(biāo)注尺寸、機(jī)械尺寸、定位孔及裝配說(shuō)明等。機(jī)械層沒(méi)有電氣特性，在實(shí)際電路板中也沒(méi)有實(shí)際的對(duì)象與其對(duì)應(yīng)，是PCB編輯