第 6 章 PCB设计基础,*,目 录,第6章 PCB设计基础,6,.1,任务一：认识印制电路板,6.1.1 印制电路板结构 6.1.2 印制电路板中的各种对象,6.2,任务二：了解印制电路板图在Protel软件中的表示,6.2.1 工作层 6.2.2 铜膜导线、焊盘、过孔、字符等的表示,1,6.3,任务三：认识元器件封装,6.3.1 元器件封装,6.3.2 常用元器件封装,2,背景,要进行PCB设计，首先要了解印制电路板的结构、板中的各种对象及其用途，了解这些对象在Protel软件中的表示，以及PCB编辑器的一些基本参数设置，这是进行PCB设计的基础3,要点,印制电路板的结构印制电路板图在PCB文件中的表示元器件封装的概念元器件封装在PCB文件中的表示PCB文件的建立PCB文件中一些常用参数的设置等,4,6.1任务一：认识印制电路板6.1.1,印制电路板结构,印制电路板简称为PCB（Printed Circuit Board），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箔构成覆铜板，按照PCB图的要求，在覆铜板上蚀刻出相关的图形，再经钻孔等后处理制成，以供元器件装配所用。
印制电路板根据结构不同可分为单面板、双面板和多层板5,单面板是指在一面覆铜的电路板，只可在覆铜的一面布线制作成本简单，但由于只能在一面布线且不允许交叉，布线难度较大，适用于比较简单的电路双面板是两面覆铜，两面均可布线制作成本低于多层板，由于可以两面布线，布线难度降低，因此是最常用的结构多层板一般指3层以上的电路板多层板不仅两面覆铜，在电路板内部也包含铜箔，各铜箔之间通过绝缘材料隔离但制作成本较高，多用于电路布线密集的情况6,6.1.2 印制电路板中的各种对象,（1）铜膜导线：用于各导电对象之间的连接，由铜箔构成，具有导电特性2）焊盘：用于放置焊锡、连接导线和元器件引脚，由铜箔构成，具有导电特性3）过孔：用于连接印制电路板不同板层的铜膜导线，由铜箔构成，具有导电特性4）元器件符号轮廓：表示元器件实际所占空间大小，不具有导电特性7,（5）字符：可以是元器件的标号、标注或其他需要标注的内容，不具有导电特性6）阻焊剂：为防止焊接时焊锡溢出造成短路，需在铜膜导线上涂覆一层阻焊剂阻焊剂只留出焊点的位置，而将铜膜导线覆盖住，不具有导电特性过孔,铜膜导线，其上覆盖阻焊剂,元器件符号轮廓,焊盘,字符,图6-1-1 印制电路板,8,6.2 任务二：了解印制电路板图在Protel软件中的表示,1信号层（Signal Layer）,信号层用于表示铜膜导线所在的层面，包括顶层（Top Layer）、底层（Bottom Layer）和30个中间层（Mid Layer），其中中间层只用于多层板。
2内部电源/接地层（Internal Plane Layer）,内部电源/接地层共有16个，用于在多层板中布置电源线和接地线9,3机械层（Mechanical Layer）,机械层共有16个用于设置电路板的外形尺寸、数据标记、对齐标记、装配说明以及其他机械信息这些信息因设计公司或PCB制造厂家的要求而有所不同4阻焊层（Solder Mask Layer）,阻焊层用于表示阻焊剂的涂覆位置，包括顶层阻焊层（Top Solder）和底层阻焊层（Bottom Solder）10,5Paste Mask Layer（锡膏防护层）,锡膏保护层与阻焊层的作用相似，不同的是，在机器焊接时对应的是表面粘贴式元件的焊盘它包括顶层锡膏防护层（Top Paste）和底层锡膏防护层（Bottom Paste）6丝印层（Silkscreen Layer）,丝印层用于放置元器件符号轮廓、元器件标注、标号以及各种字符等印制信息它包括顶层丝印层（Top Overlay）和底层丝印层（Bottom Overlay）11,7多层（Multi Layer）,多层用于显示焊盘和过孔8禁止布线层（Keep Out Layer）,禁止布线层用于定义在电路板上能够有效放置元器件和布线的区域，主要用于PCB设计中的自动布局和自动布线。
12,图6-2-1 顶层（Top Layer）的布线,图6-2-2 底层（Bottom Layer）的布线,图6-2-3 顶层丝印层（Top Overlay）,图6-2-4 底层丝印层（Bottom Overlay）,13,图6-2-5 多层（Multi Layer）显示的焊盘与过孔,6.2.2 铜膜导线、焊盘、过孔、字符等的表示1铜膜导线（Track）,铜膜导线（Track）必须绘制在信号层，即顶层（Top Layer）、底层（Bottom Layer）和中间层（Mid Layer）14,2焊盘（Pad）,焊盘（Pad）分为两类，即针脚式和表面粘贴式，分别对应具有针脚式引脚的元器件和表贴式（表面粘贴式）元器件图6-2-6 针脚式焊盘尺寸,图6-2-7 针脚式焊盘的三种类型,15,3过孔（Via）,过孔（Via）也称为导孔，过孔分为三种，即从顶层到底层的穿透式过孔（如图6-2-9所示）从顶层到内层或从内层到底层的盲过孔（如图6-2-10所示）和层间的隐藏过孔图6-2-8 表面粘贴式焊盘,图6-2-9 穿透式过孔,图6-2-10 盲过孔,16,4字符（String）,字符必须写在顶层丝印层（Top Overlay）和底层丝印层（Bottom Overlay。
5安全间距（Clearance）,进行印制电路板图设计时，为了避免导线、过孔、焊盘及元器件间的相互干扰，必须在它们之间留出一定间隙，即安全间距（如图6-2-11所示）图6-2-11 安全间距,17,6.3 任务三：认识元器件封装,6.3.1 元器件封装1元器件封装的概念,元器件封装是指实际的电子元器件焊接到电路板时所指示的轮廓和焊点的位置，它保证了元器件引脚与电路板上的焊盘一致2元器件封装的分类,根据焊接方式不同，元器件封装可分为两大类：针脚式和表面粘贴式18,（a）针脚式元器件,（b）表面粘贴式元器件,图6-3-1 元器件封装的分类,19,6.3.2 常用元器件封装1电容类封装,图6-3-2 无极性电容封装 图6-3-3 有极性电容封装,20,2电阻类封装,图6-3-4 电阻封装,3二极管类封装,图6-3-5 二极管封装,21,4晶体管类封装,图6-3-6 常用小功率三极管封装,图6-3-7 表贴式三极管封装,5集成电路封装,图6-3-8 双列直插式芯片封装,图6-3-9 表贴式芯片封装,22,6.4 任务四：PCB编辑器,6.4.1 PCB编辑器的画面管理1在工程项目中建立PCB文件,（1）新建或打开一个工程项目文件，并执行保存操作。
2）在“Projects（项目）”面板的项目名称上单击鼠标右键，在快捷菜单中选择“Add New to Project”“PCB”，则在左边的面板中出现了PCB1.PcbDoc的文件名，同时右边打开了一个PCB文件，如图6-4-1所示23,图6-4-1 新建的PCB文件,（3）继续执行菜单命令“File”“Save”或单击“保存”图标，系统弹出“保存”对话框，选择工程项目文件所在文件夹，并将该PCB文件重新命名后，单击“保存”按钮24,2管理PCB编辑器画面,要求：打开系统提供的示例C:Program FilesAltium2004 SP2ExamplesPCB Auto-RoutingPCB Auto-Routing.PrjPCB中的Routed BOARD1.PcbDOC文件，练习各种画面显示的操作1）放大画面执行菜单命令“View”“Zoom In”或按“Page Up”键2）缩小画面执行菜单命令“View”“Zoom Out”或按“Page Down”键25,（3）显示电路板的全部内容执行菜单命令“View”“Fit Document”或单击“PCB Standard”工具栏中的 图标，则图纸上的全部内容都显示在工作窗口中间。
4）放大指定区域执行菜单命令“View”“Area”或单击“PCB Standard”工具栏中的 图标，用十字光标分别在要放大区域的两个对角线顶点单击鼠标左键，则选定的区域放大在工作区中间5）快速移动画面按住鼠标右键，此时光标变成手形，拖动即可26,6.4.2 PCB编辑器的工作层管理,要求：打开系统提供的示例C:Program FilesAltium2004 SP2ExamplesPCB Auto-RoutingPCB Auto-Routing.PrjPCB中的Routed BOARD1.PcbDOC文件，练习各种有关工作层的操作1当前工作层的转换,图6-4-2 PCB文件中的工作层标签,27,（1）用鼠标左键单击要设置为当前层的工作层标签2）按小键盘上的“*”键，可在Top Layer和Bottom Layer之间进行转换，这种方法在绘图过程中鼠标正在使用时非常方便3）按小键盘上的“+”或“”键，可按工作层标签的排列顺序依次将其设置为当前工作层28,2单层显示,执行菜单命令“Tools”“Preferences”，系统弹出“Preferences”对话框用鼠标左键单击对话框左侧的“Protel PCB”前的“+”图标，使其变为“”单击“Protel PCB”文件夹下的“Display”选项在对话框右侧的“Display Options”区域中选中“Single Layer Mode（单层显示模式）”复选框，如图6-4-3所示单击“OK”按钮即可。
29,图6-4-3 设置单层显示模式,30,3工作层的显示,执行菜单命令“Design”“Board Layers&Colors”，系统弹出“Board Layers&Colors”对话框，如图6-4-4所示图6-4-4 “Board Layers and Colors”对话框,31,4工作层的颜色,在默认状态下，系统为每个工作层赋予一个颜色要修改工作层颜色，可以单击工作层名称后面的颜色块，在弹出的调色板中进行修改6.4.3 PCB编辑器的参数设置1栅格、单位等参数设置,1）在“Board Options”对话框中设置 执行菜单命令“Design”“Board Options”或在PCB文件的工作窗口单击鼠标右键，在快捷菜单中选择“Options”“Board Options”，系统弹出“Board Options”对话框，如图6-4-8所示32,图6-4-8 “Board Options”对话框,33,（1）单位设置在“Measurement Unit”区域中进行单位设置PCB文件中共有两种单位，即Imperial（英制）和Metric（公制），单击Unit右侧的下拉按钮，从中进行选择。
PCB文件的当前单位可在屏幕左下角的状态栏中显示出来，如图6-4-9所示图6-4-9 PCB文件中的状态栏,34,（2）栅格类型设置在“Visible Grid”区域的“Markers”中进行设置PCB文件中共有两种栅格类型，即Lines（线状）和Dots（点状）用鼠标左键单击“Markers“右侧的下拉按钮，从中进行选择3）显示栅格设置在“Visible Grid”区域的“Grid 1”和“Grid 2”中进行设置，注意要分别设置X和Y值4）捕获栅格设置在“Snap Grid”区域中进行设置要分别设置注意X和Y值35,2）快捷设置（1）栅格类型转换执行菜单命令“View”“Grids”“Toggle Visible Grid Kind”，可在两种栅格之间转换或在“Utilities”工具栏中单击“Grids（栅格）”图标旁的下拉按钮，从中选择“Toggle Visible Grid Kind”，如图6-4-10所示图6-4-10 栅格类型快速转换,36,（2）单位转换执行菜单命令“View”“Tog。