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1、,第7章印制电路板设计基础,印制电路板基础知识,创建PCB文件,PCB设计环境、系统参数设置,元件库管理器,放置元件,印制电路板基础,Printed Circuit Board，简称PCB在绝缘基材上，用印制的方法制成导电线路和元件封装，以实现元器件之间的电气互连。功能：实现电子元器件的固定安装管脚之间的电气连接,原理图表示元件的电气连接；PCB表示元件的实际物理连接。,印制电路板概念,印制电路板样板,单面板一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板双面板两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可布线。多层板包括多个工作层面，一般指3层以上的电路板。 它在双面板的基础上加了内部电源层、接地层及多个中间信号层。通常
2、层数为偶数。,印制电路板基础,印制电路板结构,定义：一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板，只能在敷铜的一面布线而在另一面放置元件。优点：制作简单，不用打过孔、成本低。缺点：由于只能单面布线，而且导线不能交错，当电路较为复杂时，布线有一定困难。通常用于较简单的电路。,1、单面板（Single Layer PCB）,定义：两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可布线。通常是在顶层放置元件，在顶层和底层两面进行走线。一般需要由过孔或焊盘连通。优点：两面可以布线，导线可以交错，所以布线容易得多，可以应付较为复杂的电路，提高了电路板的集成度。缺点：需要制作金属化过孔，生产工艺流程多，制作较复杂，成本高。,2、双面板
3、（Double Layer PCB）,定义：包括多个工作层面，一般指3层以上的电路板。在双面板的基础上加了内部电源层、内部接地层及多个中间信号层。通常层数为偶数。优点： 大大提高了电路板的集成度：能适用较高工作频率：缺点：层数增加，制作工艺更加复杂，成本更高。,3、多层板（Multi Layer PCB）,多层板（四层）,上、下层是信号层（元件面和焊锡面），在上、下两层之间还有电源层和地线层。,穿透式过孔盲过孔隐蔽式过孔,在多层电路板中，层与层之间的电气连接通过元件引脚焊盘和金属化过孔实现。引脚焊盘贯穿整个电路板。用于实现不同层电气互连的金属化过孔最好也贯穿整个电路板，以方便钻孔加工，在经过特
4、定工艺处理后，不会造成短路。,3、多层板（Multi Layer PCB）,图 电路板的结构,印制电路板结构,印制电路板基础,Signal LayersInternal plane layersMechanical Silkscreen layersMask layersPaste mask layersKeepoutlayer,印制电路板基础,印制电路板工作层类型,（1）Signal Layers信号层,印制电路板工作层类型,主要用于放置元件和导线。放置在这些层上的导线或其它对象代表了电路上的敷铜区。设计多层印制电路板，可以从的层管理环境中添加Mid（中间层）。,（2）Internal pl
5、ane layers内部电源/接地层,放置电源线和地线。系统提供16个内电层，该层通常是一块完整的铜箔，单独设置可最大限度地减少电源与地之间的连线长度，而且对电路中高频信号的干扰起到屏蔽作用。由于系统默认的是双层板，所以该区域下无设置项。,机械层主要用于定义整个PCB板的外观，即整个PCB板的外形结构。如电路板的标注尺寸、机械尺寸、定位孔及装配说明等。,Top Solder mask （顶层阻焊层）和Bottom Solder mask （底层阻焊层），作用是设计过程中自动与焊盘匹配，在非焊盘处涂上绝缘漆以防止焊接。,（3）Mechanical机械层,（4）Mask阻焊层,印制电路板工作层类型
6、,TopPasteMask（顶层助焊层）和BottomPasteMask（底层助焊层）。与阻焊层互补，这一层一般镀金或镀锡的，用来帮助焊接。,（5）Paste mask layers助焊层,用于放置元件的轮廓、标称参数、编号及其它文本信息。TopOverlay（顶层丝印层）和BottomOverlay。,（6）Silkscreen layers丝印层,印制电路板工作层类型,禁止布线层规定印制电路板形状和大小的边框，也就是说先定义了禁止布线层后，在以后的布线过程中，所布的具有电气特性的线不可以超出禁止布线层的边界。,印制电路板工作层类型,（7）Keepoutlayer （禁止板层）,当建立一个P
7、CB文件后，在PCB编辑区窗口的下方将显示各种工作层面，如图所示。,图 PCB工作区的板层标签,印制电路板由封装、导线、焊盘、过孔等组成。,Track铜膜导线Pad 焊盘Via 过孔Footprint元件封装,印制电路板基础,印制电路板基本元素,铜膜导线简称导线，用于连接各个焊盘点，印制电路板的设计都是围绕如何布置导线来进行的。,印制电路板基本元素,铜膜导线,图 铜膜导线,焊盘,（1）铜膜导线,作用：放置焊锡用来焊接元件的。形状：圆形、方形、八角形等。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。组成：焊盘直径和孔径直径。,（2）焊盘Pad,印制电路
8、板基本元素,图焊盘的形状,用于连接不同板层之间的导线，在各层需要连通的导线的交际处钻上一个公共孔，这就是过孔。过孔没有编号，但有网络名称，如图所示。过孔的上下两面做成普通的焊盘形状，可直接与上下两面的线路相通，也可不连。,图 过孔的形状,（3）Via (过孔）,印制电路板基本元素,Thnchole Vias （穿透式过孔）：从顶层直接通到底层。Blind Vias （盲过孔）：只从顶层通到某一层里层，并没有穿透所有层，或者从里层穿透出来的到底层的过孔。Buried Vias （隐藏式过孔）：只在内部两个里层之间相互连接，没有穿透底层或顶层的过孔。,过孔类型：,印制电路板基本元素,用来表示电路板
9、上元件连接关系的线。它只表示焊盘间有电气连接关系，并不是真正意义上的铜膜导线。导入网络表后自动产生飞线，对于引导手工布线非常有用，一旦布成真正的铜膜导线，则飞线自动消失。,（4）飞线,（a） （b）,印制电路板基本元素,封装：实际元件焊接到电路板上时，在电路板上所显示的外形及焊点位置。实际元件的外形尺寸、管脚排列、间距等参数要与封装一致不同元件可能有相同的封装，相同元件可能有不同的封装，所以在设计印制电路时，不仅要知道元件的名称、型号，还要知道元件的封装。,印制电路板基本元素,（5）元件封装,印制电路板基本元素,元件封装种类：,针脚式元件：元件直接通过焊盘孔从顶层直通到底层，体积较大。针脚式封
10、装的元件必须把相应的针脚插入焊盘过孔中，再进行焊接。因此所选用的焊盘必须为穿透式过孔，设计时焊盘板层的属性要设置成Multi Layer ，如图所示。,表面粘贴式元件：管脚焊点不只用于表面板层，也可用于表层或者底层，焊点没有穿孔。设计的焊盘属性必须为单一层面，如图所示。体积小，容易制成结构紧凑的PCB板。,元件封装种类：,印制电路板基本元素,常用的分立元件的封装：二极管类、晶体管类、可变电阻类等。常用的集成电路的封装：DIP XX 等,Protel 将常用的封装集成在Miscellaneous Devices PCB.PcbLib 集成库中。,印制电路板基本元素,常见的几种元件的封装,图 电阻
11、的电气符号与其不同封装,电阻类的封装,电阻类元件常用封装为AXIAL XX ，为轴对称式元件封装。,二极管类、晶体管类的封装,常见的晶体管的封装如图 所示， Miscellaneous Devices PCB.PcbLib 集成库中提供的有 BCY W3 H.7 等,电容类的封装,电容类：极性电容和无极性电容两种封装。,Miscellaneous Devices PCB.PcbLib 集成库中提供的极性电容封装有RB7. 6 -15 等，提供的无极性电容的封装有 RAD -0.1 等。,集成电路类的封装,集成电路常见的封装是双列直插式封装，如图所示为 DIP 14 的封装类型。,图 DIP 1
12、4 封装,图 电解电容、二极管、三极管及双列直插集成块的封装,常见的几种元件的封装,PCB编辑环境,PCB设计步骤新建PCB文件（演示，主要是通过向导）编辑环境操作界面参数设置 环境参数设置系统参数设置,1、设计原理图2、规划电路板根据电路的规模、项目的技术要求以及制造商的要求，具体确定电路板的物理外形尺寸和电气边界。3、环境和工作参数设置 设置印制电路板的板层参数和工作参数,PCB的设计步骤,4、加载网表和元器件封装 网表是电路原理图和印刷电路板设计的接口，只有将网表引入PCB系统后，才能进行电路板的自动布线。,PCB的设计步骤,5、元件布局元件布局是由电路原理图根据网表转换成的PCB图，一
13、般元件布局都不很规则，甚至有的相互重叠，因此必须将元件进行重新布局。 元件布局的合理性将影响到布线的质量。,6、布线规则设置实际布线之前，要进行布线规则的设置。定义布线的各种规则，比如安全距离、导线宽度等。,PCB的设计步骤,7、自动布线 提供了强大的自动布线功能，在设置好布线规则之后，可以用系统提供的自动布线功能进行自动布线。,8、手工布线自动布线结束后，有可能因为元件布局或别的原因，自动布线无法完全解决问题或产生布线冲突时，即需要进行手动布线加以设置或调整。如果自动布线完全成功，则可以不必手动布线。 9、文件打印输出 可以将各类文件打印输出保存，包括PCB文件和其他报表文件均可打印 。,P
14、CB的设计步骤,环境参数设置,板层结构：Protel 现已扩展到信号层和内电层及多个机械层。默认情况下，系统只载入两个信号层：Bottom Layer和Top Layer。板层结构设置：（Design/Layer Stack Manager）信号层的添加信号层的调整板层颜色设置 Design/Board Layer Colors网格参数设定（Design/Board Options）,系统参数设置,系统参数是印制电路板设计过程中非常重要的一步，用户可以根据个人习惯来设置系统参数。Tools/Preferences打开系统参数设置对话框，包含4个选项卡。OptionsDisplayShow/Hi
15、deDefaults,规划电路板,规划电路板，就是根据电路的规模、项目的技术要求以及制造商的要求，具体确定电路板的物理外形尺寸和电气边界。电路板形状可以为正方形、矩形、圆形及其它特殊形状。规划方法：手工绘制利用文件生成向导,（1）首先将当前工作层切换至“Keep Out Layer”（禁止布线层），如图所示。,手工规划电路板的步骤,图将当前层设置为禁止布线层,（2）启动画边界工具，可以通过下列任一方法实现。单击工具栏上的 图标按钮。执行【Place放置】【Track线】命令。,手工规划电路板的步骤,（3）确定电路板的下边界在执行第（2）步后，光标变为十字形状，当光标在工作区移动时，通过下列任一
16、方法确定电路的下边界。观察状态栏左下角光标的坐标显示信息，达到需要值即可单击鼠标左键，如确定边界坐标点为（2000，2000），如图所示。,图状态栏光标位置信息,手工规划电路板的步骤,（4）绘制电气边界单击鼠标左键确定下边界的起点，然后拖动鼠标向右，拖动过程中要求保证线的平直，到达下边界的终点双击鼠标左键确定，这时光标仍然处于命令状态，可以向上、再向左，最后向下完成矩形电路板的绘制，单击鼠标右键退出命令状态，如图所示。,图 电气边界的绘制,手工规划电路板的步骤,（5）坐标精确定位当完成第（4）步后，有时在直线转折处，即直角顶点处的两直角边不能很好重合或出现不规则连接，这时需要调整坐标。方法是先双击一直角边，确定一端坐标，再双击另一直角边，修改其端点坐标与上一边相同，从而完成精确定位。,
