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1、第3章 PCB设计基础,3.1 PCB的基本知识 3.2 常用元件封装介绍 3.3 PCB自动布局和布线,3.1 PCB的基本知识,PCB的种类 元件的封装形式 PCB设计常用术语 PCB设计的常用标准 PCB的布局设计 PCB的布线设计,PCB的种类,(1)刚性与挠性印刷电路板,刚性印刷电路板 是指由不易变形的刚性基材制成 的PCB，在使用时处于平展状态，一般电子 设备中使用的都是刚性PCB。,挠性印刷电路板 是指用可以扭曲和伸缩的基材制成 的PCB，在使用时可根据安装要求将其弯曲。 用于特殊场合，如某些无绳电话的手柄。,印刷电路版的种类,(2)单层、双层和多层印刷电路版 单层PCB上只有一
2、面有铜模，只能在该面布线； 双层PCB的正反两面都可以进行布线和放置元件； 多层PCB除了正反两面之外，还有中间层(实际布线层) 和电源层及接地层。,单层和双层PCB比较常用，多层PCB用在VLSIC 的装配上，例如微机的主板。生成多层板时，先将 组成各个分层的单面板按设计要求生成出来，再将 各个分层的单面板压合在一起，然后打孔及孔金属 化，通过金属化孔将各层连接起来。,印刷电路版的种类,(3)印刷电路版的材料 印刷电路版是在绝缘基材上敷以电解铜箔， 再经热压而制成。目前我国常用的单,双层PCB 的铜箔厚度为35um，国外开始使用18um、 10um和5um等超薄铜箔。 超薄铜箔具有蚀刻时间短
3、、侧面腐蚀小、易钻孔和节约铜材等优点。,常用的基板有：,PCb的常用厚度有：0.1mm, 0.5mm, 1.0mm, 1.5mm, 2.0mm, 2.5mm, 3.0mm等,(1)酚醛纸质基板：价格低，耐潮和耐热性不好， 用于要求不高的设备中；,(2)环氧酚醛玻璃布基板：耐热和耐潮性较好， 透明度较差；,(3)环氧玻璃布基板：耐热和耐潮性好，透明度好， 冲剪和钻孔性能好，多用于双面板。,(4)聚四氟乙烯玻璃布基板：具有良好的介电性能 和化学稳定性，耐高温(230260)、高绝缘,元件的封装形式,（1）分离式封装 （2）双列直插式封装 （3）针阵式封装 （4）表面贴装器件（SMD）,SMD：Su
4、rface Mount Device 表面贴装器件,PCB设计常用术语,1. 元件面 Component Side 大多数元件都安装在朝上的一面。 2. 焊接面 Solder Side 与元件面相对的那一面。 3. 丝印层 Overlay, Top Overlay 印制在元件面上的一种不导电的图形；有时 焊接面上也可印丝印层，即Bottom Overlay 主要用于绘制器件外形轮廓和符号，标注元件 的安装位置 (绝缘白色涂料),在PCB上放置元件库中的元件时，其管脚的封装 形状会自动放到丝印上。 如果在PCB的两面放置 元件，需要将两个丝印层都打开。 元件序号必须 标注在丝印层，否则可能引起不
5、必要的电气连接。,PCB设计常用术语,4. 阻焊图 为防止不需要焊接的印刷导线被焊接而绘制 的一种图形。制板的过程中在此涂一层阻焊剂。 5. 焊盘 Land or Pad 用于连接和焊接元件的一种导电图形。 6. 金属化孔 Plated Through也称为“通孔” 孔壁沉积有金属，用于层间导电图形的连接。,PCB设计常用术语,7. 通孔 Via Hole也称为“中继孔” 用于导线电气连接，不焊接。 8. 坐标网络 Grid也称为“格点” 两组等距平行正交而成的网格，用于元器件 在PCB上的定位，一般 要求元件的管脚必须位于 网格的交点上，导线不一定按网格定位。,PCB设计常用标准,1. 网络
6、尺寸 分为英制Imperial和公制Metric两种 公制最基本的Grid为2.5mm, 当需要更小时可采用1.25mm,0.625mm 英制是国外IC的生产规范，DIP的管脚间距为2.54mm(十分之一英寸即100mil),PCB设计常用标准,2. 孔径和焊盘尺寸 实际制作中，最小孔径受工艺水平的 限制，目前一般选0.8mm以上,PCB设计常用标准,3. 导线宽度 导线宽度没有统一要求，其最小值应能承受通 过这条导线的最大电流值。 一般大于10mil，要求美观则应尽量一致； 地线和电源线应尽量宽一些， 一般可取2050mil。,4. 导线间距 导线间距没有统一要求，应考虑电气安全和美观, 在
7、IC的管脚之间一般只能设计一根导线；条件允许时， 导线间距应尽可能宽一些。 多条导线平行时，各导线之间的距离应均匀一致。 5. 焊盘形状 常用的焊盘形状有四种： 方形、圆形、长圆形和椭圆形， 最常用的是圆形焊盘。,PCB设计常用标准,PCB的布局设计,布局的基本原则： 1. 保证电路的电气性能 考虑分布电容，磁场耦合等因素。 2. 便于实际元件的安放、焊接及整机调试和检查 需要调测的有关元件和测试点，在布局时应尽量安排在便于操作的位置。 3. 整洁、清晰，尽量减少PCB的面积。 导线尽可能短。因导线存在电阻、电容和电感。,PCB走线的基本原则： 1）走线最好与元件放在不同的两个面 TOP/BO
8、TTOM LAYER 2）走线的间距应尽可能大些，拐弯尽量少 3）电源和地线可以用填充按钮绘制大面积覆铜区,PCB的布局设计,PCB的布局设计,布局时需要考虑的相关问题： 1. 合理选择PCB的层数 考虑器件多少、连线密度、成本、体积等因素,双层板使布线的灵活性大为提高，由于金属化孔将元件面和焊接面的导线连接起来，使导线的附着力增强，目前用的最多,在满足要求时尽量采用单层板，当有少数 几条线无法在焊接面布通时，可采用跳线,PCB的布局设计,2. 选择单元电路的位置 单元电路的位置应按信号的传输关系来安排； 模拟电路与数字电路尽量远离； 大功率与小功率电路尽量远离；,3. 元件的排列,尽量将元件
9、放置在元件面； 排列整齐、均匀； 管脚要顺；调节方便； 功率器件和VLSIC散热； 在PCB边缘板面空白处尽量布上地线；,PCB的布线设计,布线设计要点： 1.先设计公共通路的导线(地线和电源线) 2.按信号流向布线 3.保持良好的导线形状,良好导线的标准： 导线的长度最短； 转弯时避免出现锐角； 有利于加强导线和焊盘的附着力； 地线和电源线尽可能宽； 除地线和电源线外，导线的宽度和线距应整齐、均匀、美观。,4.双面版布线要求,5.地线的处理,地线设计要求： 数字地和模拟地分别设置； （水平or垂直） 2. 地线尽量宽； 3. 大面积地线应设计成网状,双面板布线要求： 同一层上的导线方向尽量一
10、致； （水平or垂直） 2. 元件面的导线和焊接面的导线相互垂直； 3. 两个层面上导线的连接必须通过“通孔”,导 线 设 计 示 例,导 线 设 计 示 例,3.2 常用元件封装介绍,1.电阻器 2.电容器 3.电位器 4. 二极管 5. 三极管 6. 集成运放 7. 电源稳压器 8. 石英晶体 9. 连接器,1.电阻: 原理图用名：RES1和RES2,1/41/2瓦特电阻,轴状包装方式,封装名AXIAL,2.电容器: 原理图用名CAP(无极性) ELECRO1 (有极性), CAPVAR(可变电容),管脚封装名：RAD 无极性陶瓷电容 扁平包装方式,管脚封装名：RB 有极性电解电容 圆筒包
11、装方式,3. 电位器(三只引脚可变电阻器): 原理图用名：POT1 管脚封装名：VR1VR5,小功率 大功率,4. 二极管: 原理图用名 DIODE（普通管） DIODE SCHOTTKY（肖特基二极管） DIODE TUNNEL（隧道二极管） ZENER13（稳压二极管） 管脚封装名 DIODE,5. 三极管: 原理图用名BJT有NPN和PNP JFET N, JFET P, MOSFET N, MOSFET P 管脚封装名:TO-18至TO-220,6. 集成运放: 原理图用名OP-07, 741, NE5534等 常用封装为 DIP8,7. 电源稳压器： 78系列: 7805, 7806
12、, 7809, 7812, 7815, 7818 79系列: 7905, 7906, 7909, 7912, 7915, 7918,两种封装形式:,8. 石英晶体： 原理图名称XTAL1 封装名 XTAL1,一种封装形式:,9. 连接器：,封装名IDC26,(例1)原理图名CON26,9. 连接器： (例2)金手指：原理图名CONAT, 封装名ECNIBMXT,3.3 PCB自动布局和布线,PCB布线流程： 规划电路板,存盘及打印输出,手工调整,自动布线,布置元件,装入网络表及元件封装,设置参数,电路板规划包括： PCB层数、物理尺寸； 采用的连接器和各元件的封装形式；安装位置等；,设置参数包
13、括： 元件的布置、板层和布线等,3.3 PCB自动布局和布线 新建PCB文件（方法一）,挂接器件库,挂接器件库,3.3 PCB自动布局和布线 新建PCB文件（方法二）,3.3 PCB自动布局和布线参数设置,1. 工作层设置,信号层中的顶层Top和底层Bottom主要用于放置元件和布线，中间层Mid114用于布线,内部电源和接地层Plane14,放置有关制作及装配信息，如尺寸标记、孔洞信息,两个阻焊层,两个防锡膏层,两个丝印层。 若两面均放置元件，则两个都需打开,禁止布线层，用于定义元件放置区域，定义PCB边界时打开,代表信号层， 所有全通过孔和 焊盘放在此层,钻孔说明和钻孔制图，制板时提供钻孔
14、信息,用于在设计时方便实体对准， 一般开一个即可,用于显示焊盘内孔,用于显示 过孔的内孔,用于显示实体 之间的连接线,用于显示违反布线规则的信息,3.3 PCB自动布局和布线参数设置,对于单面板，需打开： 底层Bottom Layer,禁止布线层Keep Out Layer 顶层丝印层Top SilkscreenLayer,对于双面板，需打开： 顶层Top Layer, 底层Bottom Layer, 顶层丝印层Top Silkscreen Layer, 禁止布线层KeepOutLayer 如果要在两面布置元件，需打开 Bottom Silkscreen Layer,对于多面板，需打开： 顶层
15、Top Layer, 底层Bottom Layer, 顶层丝印层Top Silkscreen Layer, Bottom Silkscreen Layer 禁止布线层KeepOutLayer, 在信号层需打开顶层、底层和一些中间层,3.3 PCB自动布局和布线举例1,MY_8255.pcb,IBM标准： 生成62pin和36pin 两排金手指,IBM标准： 生成62pin金手指,公制,英制,2. 选择模板,3.3 PCB自动布局和布线举例1,2. 选择模板,IBM标准： 短卡,IBM标准： 长卡,IBM标准： 短卡,附可折断标签页,IBM标准： 长卡,附可折断标签页,3.3 PCB自动布局和布
16、线举例1,2. 选择模板,镀孔双层板,不镀孔双层板,3.3 PCB自动布局和布线举例1,3. 选择2层板,只采用 穿透式导孔,只采用 隐藏式和半隐藏式导孔,3.3 PCB自动布局和布线举例1,4. 选择导孔的风格,以表面贴式元件为主,以针脚式元件 为主,元件安装在PCB的两面？,3.3 PCB自动布局和布线举例1,5. 选择元件的主要封装方式,最小走线宽度,最小导孔宽度,最小导孔 钻孔直径,走线安全距离,3.3 PCB自动布局和布线举例1,6. 选择走线规则,3.3 PCB自动布局和布线举例1,7. PCB的物理边界完成,3.3 PCB自动布局和布线举例1,单层板可以关掉一些层Design/Options,3.3 PCB自动布局和布线举例1,8. 装入网络表 Design Load Nets 然后将元件手动拖曳到合适的位置,9.
