印刷電路板基礎(chǔ)知識(shí)

熊根良電子線路CAD設(shè)計(jì)

PADS2007原理圖與PCB設(shè)計(jì)PADS(PersonalAutomatedDesignSystems

)印刷電路板基礎(chǔ)知識(shí)

原理圖的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是進(jìn)行后續(xù)的PCB設(shè)計(jì)，在學(xué)習(xí)原理圖設(shè)計(jì)和PCB制作之前，我們現(xiàn)了解PCB的一些基礎(chǔ)知識(shí)。1.印刷電路板概述1.1印刷電路板的結(jié)構(gòu)一般來說，印刷電路板的分類如下：（1）單面板：?jiǎn)蚊姘迨且环N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：雙面板包括頂層(TopLayer)和底層(BottomLayer)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(gè)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(nèi)部電源或接地層等。柔板柔硬板1.2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(shí)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(gè)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的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(shù))元件封裝。1.2.2元件封裝的編號(hào)元件的封裝的編號(hào)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(gè)引腳。1.3銅膜導(dǎo)線銅膜導(dǎo)線也稱銅膜走線，簡(jiǎn)稱導(dǎo)線，用于連接各個(gè)焊盤，是PCB最重要的部分。PCB設(shè)計(jì)都是圍繞如何布置導(dǎo)線來進(jìn)行的。

與導(dǎo)線有關(guān)的另一種線，常稱之為飛線。即預(yù)拉線，飛線是在引入網(wǎng)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BottomSolder)和元件面(或焊接面)阻焊膜(Top或BottomMask)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(yīng)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(gè)部位都要涂覆一層涂料，用于阻止這些部位上錫。1.5層PCB的層不是虛擬的，而是PCB材料本身實(shí)實(shí)在在的銅箔層。例如，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)主板所用的PCB材料大多數(shù)在4層以上，這些層因加工相對(duì)困難而大多用于設(shè)計(jì)走線較為簡(jiǎn)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（1）焊盤(Pad)焊盤的作用是放置焊錫、連接導(dǎo)線和元件引腳。焊盤是PCB設(shè)計(jì)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(zhǎng)短不一致時(shí)，要考慮連線寬度與焊盤特定邊長(zhǎng)的大小差異不能過大。2）需要在元件引腳之間走線時(shí)，選用長(zhǎng)短不對(duì)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(xì)分別編輯確定，原則上是孔的尺寸比引腳直徑大0.2~0.4mm.（2）過孔(Via)為連通各層之間的線路，在各層需要連通的導(dǎo)線的交匯處鉆一個(gè)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(nèi)層或從內(nèi)層通到底層的盲過孔，以及內(nèi)層間的隱藏過孔。過孔有兩個(gè)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(dǎo)線。

過孔處理原則：1）盡量少用過孔，一旦選用過孔，務(wù)必處理好它與周邊各實(shí)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(biāo)志圖案和文字代號(hào)等，例如元件標(biāo)號(hào)稱值、元件外廓形狀和廠家標(biāo)志、生產(chǎn)日期等，稱為絲印層(SilkscreenTop/Bottom)。1.8覆銅對(duì)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(shí)現(xiàn)PCB的信號(hào)屏蔽作用，提高PCB信號(hào)的抗電磁干擾的能力。常用的覆銅有兩種方式：一種是實(shí)心填充方式；一種是網(wǎng)格狀的填充。2.PCB設(shè)計(jì)流程PCB板不但包含所需的電路，還應(yīng)具有合適的元件選擇、元件的信號(hào)速度、材料、溫度范圍餓、電源的電壓范圍等。因此PCB的設(shè)計(jì)要遵循一定的設(shè)計(jì)過程和規(guī)范。

（1）產(chǎn)生設(shè)計(jì)要求和規(guī)范即設(shè)計(jì)要從系統(tǒng)的規(guī)范和功能開始，例如，一個(gè)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)項(xiàng)目，它設(shè)計(jì)的要求和規(guī)范可能包括控制點(diǎn)擊的類型、電機(jī)的功率、電壓、電流要求、控制的精度要求、通訊接口要求、應(yīng)用環(huán)境等3.PCB設(shè)計(jì)的基本原則

PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)電路板抗干擾能力影響很大，因此為了設(shè)計(jì)出質(zhì)量好、造價(jià)低的PCB，因遵循一些原則。3.1布局

首先，要考慮PCB的尺寸大小，PCB尺寸過大，印刷電路長(zhǎng)，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；尺寸過小時(shí)，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(shí)要遵循的原則1）盡可能縮短高頻元件之間的連線，設(shè)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?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)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(yīng)當(dāng)用支架固定，然后焊接。4）對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求5）應(yīng)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(duì)電路的全部元件進(jìn)行布局，要遵循的原則：1）按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通。2）以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞他進(jìn)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

一般布線要遵循以下幾個(gè)原則。(1)輸入和輸出的導(dǎo)線應(yīng)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(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的黏附強(qiáng)度和流過他們的電流值決定。(3)對(duì)于PCB導(dǎo)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(huì)影響電氣性能。4）PCB導(dǎo)線間距，相鄰導(dǎo)線必須滿足電氣安全要求。3.3焊盤大小

焊盤的直徑和內(nèi)孔尺寸：通常以金屬引腳直徑加0.2mm作為焊盤內(nèi)孔直徑。(1)當(dāng)焊盤直徑為1.5mm時(shí)，為了增加焊盤的抗剝強(qiáng)度，可以采用長(zhǎng)小于1.5mm，寬為1.5mm和長(zhǎng)圓形焊盤。1）直徑小于0.4mm的孔：D/d=0.5~32）直徑大于2mm的孔：D/d=1.5~2D---焊盤直徑d----內(nèi)孔直徑(2)有關(guān)焊盤的其他注意事項(xiàng)。1)焊盤內(nèi)孔邊緣到PCB邊的距離要大于1mm。2)焊盤開口。3)焊盤補(bǔ)淚滴。當(dāng)與焊盤鏈接的走線較細(xì)時(shí)，要將焊盤與走線之間的鏈接設(shè)計(jì)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(huì)造成波峰焊困難，而且有橋連的危險(xiǎn)，大面積的銅箔因散熱過快導(dǎo)致不易焊接。3.4PCB電路的抗干擾措施電源線設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)地線設(shè)計(jì)原則是1)數(shù)字地與模擬地分開。2)接地線應(yīng)盡量加粗。3)接地線構(gòu)成閉環(huán)路。(3)大面積覆銅3.5去耦電容配置PCB設(shè)計(jì)的常規(guī)做法之一是在印刷電路板的各個(gè)關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娙?，原則：電源輸入端跨接一個(gè)10~100uf的點(diǎn)解電容。

(2)原則上每一個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)0.01pf的瓷片電容。如遇PCB空間不夠，可以每4~8個(gè)芯片布置一個(gè)1~10pf的鉭電容。(3)對(duì)于抗噪能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的元件，如RAM,ROM存儲(chǔ)元件，應(yīng)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(zhǎng)，尤其是高頻旁路電容不能有引線3.6各元件之間的連線(1)印刷電路板中不允許有交叉電路，對(duì)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臥式兩種安裝方式。(3)同一級(jí)電路的接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近，并且本級(jí)電路的電源濾波電容也應(yīng)接在該級(jí)接地點(diǎn)上。(4)總線必須嚴(yán)格按高頻—中頻—低頻逐級(jí)按弱電到強(qiáng)電的順序排列原則(5)強(qiáng)電流引線應(yīng)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(zhǎng)一些(7)電位器安裝位置應(yīng)當(dāng)滿足整機(jī)結(jié)構(gòu)安裝及面板布局的要求，盡可能放在PCB的邊緣。(8)IC座，設(shè)計(jì)PCB圖樣時(shí)，在使用IC座的場(chǎng)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(duì)進(jìn)出接線端布置時(shí)，相關(guān)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求合理走線。(1