印刷电路板设计

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1、第7章 印制电路板的设计 第7章 印制电路板的设计 7.1 印制电路板的基础知识 7.2 印制电路板设计的基本原则和要求 7.3 PCB绘图操作界面 7.4 单面板PCB绘制实例 7.5 双面板设计实例 7.6 印制电路板的输出 思考题与练习题 第7章 印制电路板的设计 7.1 印制电路板的基础知识7.1.1 印制电路板简介1. 印制电路板简述印制电路板是通过一定的制作工艺，在绝缘度非常高的基材上覆盖一层导电性能良好的铜薄膜构成覆 铜板，然后根据具体的PCB图的要求，在覆铜板上蚀刻出PCB图上的导线，并钻出印制板安装定位孔以及焊盘和过孔。 第7章 印制电路板的设计 2. 印制电路板的分类根据板

2、材的不同，可将印制电路板分为纸质覆铜板、玻璃布覆铜板和挠性塑料制作的挠性敷铜板。其中，挠性敷铜板能够承受较大的变形，通常用来做印制电缆。 第7章 印制电路板的设计 (1) 单面板。单面板是在绝缘基板上只有底面(也就是PCB图中所说的“Bottom Layer”层)敷上铜箔，顶面则是空白的。 (2) 双面板。双面板在绝缘基板上两面都敷上铜箔，因此PCB图中两面都可以布线，并且可以通过过孔在不同工作层中切换走线。 (3) 多层板。多层板是在绝缘基板上制成三层以上的印制电路板。 第7章 印制电路板的设计 7.1.2 PCB板的设计流程PCB板是所有设计过程的最终产品。PCB图设计的好坏直接决定了设计

3、结果是否能满足要求，PCB图设计过程中主要有以下几个步骤。1. 规划PCB在正式绘制之前，要规划好PCB板的尺寸。这包括PCB板的边沿尺寸和内部预留的用于固定的螺丝孔，也包括其他一些需要挖掉的空间和预留的空间。 第7章 印制电路板的设计 2. 将原理图信息传输到PCB中规划好PCB板之后，就可以将原理图信息传输到PCB中了。3. 元件布局元件布局要完成的工作是把元件在PCB板上摆放好。布局可以是自动布局，也可以是手动布局。 第7章 印制电路板的设计 4. 布线根据网络表，在Protel 提示下完成布线工作，这是最需要技巧的工作部分，也是最复杂的一部分工作 。 5. 检查错误、撰写文档布线完成后

4、，最终检查PCB板有没有错误，并为这块PCB板撰写相应的文档。文档可长可短，视需要而定。第7章 印制电路板的设计 7.1.3 PCB板面基本组成PCB板面由铜膜导线、助焊膜和阻焊膜、层、焊盘和过孔、丝印层以及敷铜等几部分组成。1. 铜膜导线铜膜导线也称铜膜走线，简称导线，用于连接各个焊盘，是印制电路板最重要的部分。 第7章 印制电路板的设计 与导线有关的另外一种线常称为飞线，即预拉线。飞线是在引入网络表后，系统根据规则生成的，是用来指引布线的一种连线。飞线与导线有本质的区别，飞线只是一种形式上的连线，它只是在形式上表示出各个焊盘的连接关系，没有电气的连接意义。 第7章 印制电路板的设计 2.

5、助焊膜和阻焊膜各类膜(Mask)不仅是PCB制作工艺过程中必不可少的，而且更是元件焊装的必要条件。按“膜”所处的位置及其作用可将其分为元件面(或焊接面)助焊膜(TOP or Bottom Solder)和元件面(或焊接面)阻焊膜(TOP or Bottom Paste Mask)两类。 第7章 印制电路板的设计 3. 层Protel的“层”不是虚拟的，而是印制电路板材料本身实实在在的铜箔层。现今由于电子线路的元件密集安装、抗干扰和布线等特殊要求，一些较新的电子产品中所用的印制板不仅上下两面可供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔。 第7章 印制电路板的设计 4. 焊盘和过孔1) 焊盘(

6、Pad)焊盘的作用是放置焊锡，连接导线和元件引脚。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。 第7章 印制电路板的设计 Protel在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘，如圆、方、八角、圆方和定位用焊盘等，但有时这还不够用，需要自己编辑。例如：对发热且受力较大， 电流较大的焊盘，可自行设计成“泪滴状”。一般而言，自行编辑焊盘时除了以上所讲的外，还要考虑以下原则：第7章 印制电路板的设计 (1) 形状上长短不一致时，要考虑连线宽度与焊盘边长的大小差异不能过大。(2) 需要在元件引脚之间走线时，选用长短不对称的焊盘往往事半功倍。(3) 各元件

7、焊盘内孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定，原则上内孔的尺寸比引脚直径大0.20.4 mm。焊盘直径取决于内孔直径，如表7.1所示。第7章 印制电路板的设计 表7.1 焊盘内孔直径与焊盘直径对照第7章 印制电路板的设计 对于超出上表范围的焊盘直径，可用下列公式选取：直径小于0.4 mm的孔：D/d=0.53。直径大于2 mm的孔：D/d=1.52。第7章 印制电路板的设计 2) 过孔(Via)为连通各层之间的线路，在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，这就是过孔。过孔有三种，即从顶层贯通到底层的穿透式过孔、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲过孔以及内层间的隐藏过孔。过孔从上面看上去有两个

8、尺寸，即通孔直径(Hole Size)和过孔直径(Diameter)，如图7.1所示。通孔和过孔之间的孔壁由与导线相同的材料构成，用于连接不同层的导线。第7章 印制电路板的设计 图7.1 过孔尺寸第7章 印制电路板的设计 一般而言，设计线路时对过孔的处理有以下原则： 尽量少用过孔，一旦选用了过孔，务必处理好它与周边各实体的间隙，特别是容易被忽视的中间各层与过孔不相连的线与过孔的间隙。需要的载流量越大，所需的过孔尺寸就越大，如电源层、地层与其他层连接所用的过孔就要大一些。第7章 印制电路板的设计 5. 丝印层为方便电路的安装和维修，在印制板的上下两表面印上所需要的标志图案和文字代号等，例如：元件

9、标号和参数、元件轮廓形状和厂家标志、生产日期等 ，这就称为丝印层(Silkscreen Top/Bottom Overlay)。 6. 敷铜对于抗干扰要求比较高的电路板，常常需要在PCB上敷铜。敷铜可以有效地实现电路板的信号屏蔽作用，提高电路板信号的抗电磁干扰的能力。第7章 印制电路板的设计 7.2 印制电路板设计的基本原则和要求7.2.1 印制电路板元件布线的基本原则印制电路板设计首先需要完全了解所选用元件及各种插座的规格、尺寸、面积等。当合理地、仔细地考虑各部件的位置安排时，主要是从电磁兼容性、抗干扰性的角度，以及走线要短、交叉要少、电源和地线的路径及去耦等方面考虑。 第7章 印制电路板的

10、设计 印制电路板上各元件之间的布线应遵循以下基本原则：(1) 印制电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决。 (2) 电阻、二极管、管状电容器等元件有“立式”和“卧式”两种安装方式。 (3) 同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。 第7章 印制电路板的设计 (4) 总地线必须严格按高频中频低频一级级地按弱电到强电的顺序排列，切不可随便乱接。 (5) 强电流引线(公共地线、功放电源引线等)应尽可能宽些，以降低布线电阻及其电压降，减小寄生耦合而产生的自激。(6) 阻抗高的走线尽量短，阻抗低的走线可长一些，因为阻抗高的走线容

11、易发射和吸收信号，引起电路不稳定。 第7章 印制电路板的设计 (2) 各元件排列、分布要合理和均匀，力求整齐、美观、结构严谨。电阻、二极管的放置方式分为平放和竖放两种，在电路中元件数量不多，而且电路板尺寸较大的情况下，一般是采用平放较好。 (3) 电位器。电位器的安放位置应当满足整机结构安装及面板布局的要求，因此应尽可能放在板的边缘，旋转柄朝外。(4) IC座。设计印制板图时，在使用IC座的场合下，一定要特别注意IC座上定位槽放置的方位是否正确，并注意各个IC脚位是否正确。 第7章 印制电路板的设计 (5) 进出接线端布置。相关联的两引线端不要距离太大，一般为2/103/10 in左右较合适。

12、进出线端尽可能集中在12个侧面，不要太过离散。(6) 要注意管脚排列顺序，元件引脚间距要合理。如电容两焊盘间距应尽可能与引脚的间距相符。(7) 在保证电路性能要求的前提下，设计时应力求走线合理，少用外接跨线，并按一定顺序要求走线。走线尽量少拐弯，力求线条简单明了。第7章 印制电路板的设计 (8) 设计应按一定顺序方向进行，例如：可以按左往右和由上而下的顺序进行。(9) 线宽的要求。导线的宽度决定了导线的电阻值，而在同样大的电流下，导线的电阻值又决定了导线两端的电压降。 第7章 印制电路板的设计 7.3 PCB绘图操作界面7.3.1 PCB绘图环境1. 创建一个新的PCB设计文件如第4章所述，进

13、入Protel 系统，执行菜单命令【 File】/【New】/【PCB Project】，就可以生成一个新的 文件项目，将新建的项目另存为“Exa601.PRJPCB”。执行 菜单命令【File】/【New】/【PCB】，创建一个新的 PCB设计文件，弹出如图7.2所示的PCB绘图编辑环境。此时会自动默认一文件名，将其另存为 “Exa601.PCBDOC”。第7章 印制电路板的设计 图7.2 PCB绘图编辑环境第7章 印制电路板的设计 2. 菜单栏PCB绘图编辑环境下菜单栏的内容和原理图编辑环境的 菜单栏类似，这里只简要介绍以下几个菜单的大致功能：【Design】：设计菜单，主要包括一些布局和

14、布线的预处理设置和操作。如加载封装库、设计规则设定、网络表文件的引入和预定义分组等操作。第7章 印制电路板的设计 【Tools】：工具菜单，主要包括设计PCB图以后的一些后处理操作。如设计规则检查、取消自动布线、泪滴化、测试点设置和自动布局等操作。【Auto Route】：自动布线菜单，主要包括自动布线设置和各种自动布线操作。第7章 印制电路板的设计 3. 主工具栏(Main Toolbar)主工具栏主要为一些常见的菜单操作提供快捷按钮。该工具栏为用户提供了缩放、选取对象等命令按钮 ，如图7.3所示。第7章 印制电路板的设计 图7.3 Protel 主工具栏第7章 印制电路板的设计 4. 放置

15、工具栏(Placement Tools)执行菜单命令【View】/【Toolbars】/【Placement】，则显示放置工具栏。该工具栏主要为用户提供各 种图形绘制以及布线命令，如图7.4所示。表7.2介绍了放置工具栏中各个按钮的功能及对应的菜单选项。第7章 印制电路板的设计 图7.4 放置工具栏第7章 印制电路板的设计 表7.2 放置工具栏的按钮及其功能第7章 印制电路板的设计 第7章 印制电路板的设计 5. 布局工具栏执行菜单命令【View】/【Toolbars】/【Component Placement】，即可打开布局工具栏。布局工具栏如图7.5所示。 第7章 印制电路板的设计 图7.

16、5 布局工具栏第7章 印制电路板的设计 6. 选择查找工具栏(Find Selection)执行菜单命令【View】/【Toolbars】/【Find Selection】，即可打开查找选择工具栏。这个工具栏主要提供了所有标记为“Selection”的电气符号(Primitive)，供使用者挑选，如图7.6所示。第7章 印制电路板的设计 图7.6 查找选择工具栏第7章 印制电路板的设计 7. 编辑区编辑区是用来绘制PCB图的工作区域。启动后，编辑区的显示栅格间为1000 mil。编辑区下面的选项栏显示了当前已经打开的工作层，其中变灰的选项是当前层。几乎所有的放置操作都是相对于当前层而言，因此在绘图过程中一定要注意当前工作层是哪一层。第7章 印制电路板的设计 8. 项目管理区项目管理区包含多个面板，其中有三个在绘制PCB图的时候很有用，它们分别是【Projects】、【Navigator】和【Libraries】。【Pr