印制電路板的設(shè)計(jì)原則

1、第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 第第7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 7.1 印制電路板的基礎(chǔ)知識(shí)印制電路板的基礎(chǔ)知識(shí) 7.2 印制電路板設(shè)計(jì)的基本原則和要求印制電路板設(shè)計(jì)的基本原則和要求 7.3 PCB繪圖操作界面繪圖操作界面 7.4 單面板單面板PCB繪制實(shí)例繪制實(shí)例 7.5 雙面板設(shè)計(jì)實(shí)例雙面板設(shè)計(jì)實(shí)例 7.6 印制電路板的輸出印制電路板的輸出 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 7.1 印制電路板的基礎(chǔ)知識(shí)印制電路板的基礎(chǔ)知識(shí) 7.1.1 印制電路板簡(jiǎn)介 1. 印制電路板簡(jiǎn)述 印制電路板是通過一定的制作工藝，在絕緣度非常高的基材上覆蓋一層導(dǎo)電性能

2、良好的銅薄膜構(gòu)成覆銅板，然后根據(jù)具體的PCB圖的要求，在覆銅板上蝕刻出PCB圖上的導(dǎo)線，并鉆出印制板安裝定位孔以及焊盤和過孔。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 2. 印制電路板的分類 根據(jù)板材的不同，可將印制電路板分為紙質(zhì)覆銅板、玻璃布覆銅板和撓性塑料制作的撓性敷銅板。其中，撓性敷銅板能夠承受較大的變形，通常用來做印制電纜。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) (1) 單面板。單面板是在絕緣基板上只有底面(也就是PCB圖中所說的“Bottom Layer”層)敷上銅箔，頂面則是空白的。 (2) 雙面板。雙面板在絕緣基板上兩面都敷上銅箔，因此PCB圖中兩面都可以布

3、線，并且可以通過過孔在不同工作層中切換走線。 (3) 多層板。多層板是在絕緣基板上制成三層以上的印制電路板。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 7.1.2 PCB板的設(shè)計(jì)流程 PCB板是所有設(shè)計(jì)過程的最終產(chǎn)品。PCB圖設(shè)計(jì)的好壞直接決定了設(shè)計(jì)結(jié)果是否能滿足要求，PCB圖設(shè)計(jì)過程中主要有以下幾個(gè)步驟。 1. 規(guī)劃PCB 在正式繪制之前，要規(guī)劃好PCB板的尺寸。這包括PCB板的邊沿尺寸和內(nèi)部預(yù)留的用于固定的螺絲孔，也包括其他一些需要挖掉的空間和預(yù)留的空間。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 2. 將原理圖信息傳輸?shù)絇CB中 規(guī)劃好PCB板之后，就可以將原理圖信息傳輸

4、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板上擺放好。布局可以是自動(dòng)布局，也可以是手動(dòng)布局。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 4. 布線 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)表，在Protel DXP提示下完成布線工作，這是最需要技巧的工作部分，也是最復(fù)雜的一部分工作。 5. 檢查錯(cuò)誤、撰寫文檔 布線完成后，最終檢查PCB板有沒有錯(cuò)誤，并為這塊PCB板撰寫相應(yīng)的文檔。文檔可長(zhǎng)可短，視需要而定。第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 7.1.3 PCB板面基本組成 PCB板面由銅膜導(dǎo)線、助焊膜和阻焊膜、層、焊盤和過孔、絲印層以及敷銅等幾部分組成。 1. 銅膜導(dǎo)線 銅膜導(dǎo)

5、線也稱銅膜走線，簡(jiǎn)稱導(dǎo)線，用于連接各個(gè)焊盤，是印制電路板最重要的部分。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 與導(dǎo)線有關(guān)的另外一種線常稱為飛線，即預(yù)拉線。飛線是在引入網(wǎng)絡(luò)表后，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則生成的，是用來指引布線的一種連線。 飛線與導(dǎo)線有本質(zhì)的區(qū)別，飛線只是一種形式上的連線，它只是在形式上表示出各個(gè)焊盤的連接關(guān)系，沒有電氣的連接意義。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 2. 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的，而且更是元件焊裝的必要條件。按“膜”所處的位置及其作用可將其分為元件面(或焊接面)助焊膜(TOP or Bottom Sol

6、der)和元件面(或焊接面)阻焊膜(TOP or Bottom Paste Mask)兩類。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 3. 層 Protel的“層”不是虛擬的，而是印制電路板材料本身實(shí)實(shí)在在的銅箔層。現(xiàn)今由于電子線路的元件密集安裝、抗干擾和布線等特殊要求，一些較新的電子產(chǎn)品中所用的印制板不僅上下兩面可供走線，在板的中間還設(shè)有能被特殊加工的夾層銅箔。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 4. 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。選擇元件的焊盤類型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動(dòng)和受熱情況、受力方向等因素。

7、 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) Protel在封裝庫中給出了一系列不同大小和形狀的焊盤，如圓、方、八角、圓方和定位用焊盤等，但有時(shí)這還不夠用，需要自己編輯。例如：對(duì)發(fā)熱且受力較大，電流較大的焊盤，可自行設(shè)計(jì)成“淚滴狀”。 一般而言，自行編輯焊盤時(shí)除了以上所講的外，還要考慮以下原則：第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) (1) 形狀上長(zhǎng)短不一致時(shí)，要考慮連線寬度與焊盤邊長(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) 各元件焊盤內(nèi)孔的大小要按元件引腳粗細(xì)分別編輯確定，原則上內(nèi)孔的尺寸比引腳直徑大0.20.4 mm

8、。焊盤直徑取決于內(nèi)孔直徑，如表7.1所示。第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 表7.1 焊盤內(nèi)孔直徑與焊盤直徑對(duì)照第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 對(duì)于超出上表范圍的焊盤直徑，可用下列公式選?。褐睆叫∮?.4 mm的孔：D/d=0.53。直徑大于2 mm的孔：D/d=1.52。第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 2) 過孔(Via) 為連通各層之間的線路，在各層需要連通的導(dǎo)線的交匯處鉆上一個(gè)公共孔，這就是過孔。過孔有三種，即從頂層貫通到底層的穿透式過孔、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。 過孔從上面看上去有兩個(gè)尺寸，即通孔直

9、徑(Hole Size)和過孔直徑(Diameter)，如圖7.1所示。通孔和過孔之間的孔壁由與導(dǎo)線相同的材料構(gòu)成，用于連接不同層的導(dǎo)線。第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 圖7.1 過孔尺寸第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 一般而言，設(shè)計(jì)線路時(shí)對(duì)過孔的處理有以下原則： 盡量少用過孔，一旦選用了過孔，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。 需要的載流量越大，所需的過孔尺寸就越大，如電源層、地層與其他層連接所用的過孔就要大一些。第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 5. 絲印層 為方便電路的安裝和維修，在

10、印制板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)和參數(shù)、元件輪廓形狀和廠家標(biāo)志、生產(chǎn)日期等，這就稱為絲印層(Silkscreen Top/Bottom Overlay)。 6. 敷銅 對(duì)于抗干擾要求比較高的電路板，常常需要在PCB上敷銅。敷銅可以有效地實(shí)現(xiàn)電路板的信號(hào)屏蔽作用，提高電路板信號(hào)的抗電磁干擾的能力。第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 7.1 印制電路板的基礎(chǔ)知識(shí)印制電路板的基礎(chǔ)知識(shí) 7.1.1 印制電路板簡(jiǎn)介 1. 印制電路板簡(jiǎn)述 印制電路板是通過一定的制作工藝，在絕緣度非常高的基材上覆蓋一層導(dǎo)電性能良好的銅薄膜構(gòu)成覆銅板，然后根據(jù)具體的PCB圖的要

11、求，在覆銅板上蝕刻出PCB圖上的導(dǎo)線，并鉆出印制板安裝定位孔以及焊盤和過孔。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 2. 印制電路板的分類 根據(jù)板材的不同，可將印制電路板分為紙質(zhì)覆銅板、玻璃布覆銅板和撓性塑料制作的撓性敷銅板。其中，撓性敷銅板能夠承受較大的變形，通常用來做印制電纜。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) (1) 單面板。單面板是在絕緣基板上只有底面(也就是PCB圖中所說的“Bottom Layer”層)敷上銅箔，頂面則是空白的。 (2) 雙面板。雙面板在絕緣基板上兩面都敷上銅箔，因此PCB圖中兩面都可以布線，并且可以通過過孔在不同工作層中切換走線。 (3

12、) 多層板。多層板是在絕緣基板上制成三層以上的印制電路板。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 7.1.2 PCB板的設(shè)計(jì)流程 PCB板是所有設(shè)計(jì)過程的最終產(chǎn)品。PCB圖設(shè)計(jì)的好壞直接決定了設(shè)計(jì)結(jié)果是否能滿足要求，PCB圖設(shè)計(jì)過程中主要有以下幾個(gè)步驟。 1. 規(guī)劃PCB 在正式繪制之前，要規(guī)劃好PCB板的尺寸。這包括PCB板的邊沿尺寸和內(nèi)部預(yù)留的用于固定的螺絲孔，也包括其他一些需要挖掉的空間和預(yù)留的空間。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 2. 將原理圖信息傳輸?shù)絇CB中 規(guī)劃好PCB板之后，就可以將原理圖信息傳輸?shù)絇CB中了。 3. 元件布局 元件布局要完成的工

13、作是把元件在PCB板上擺放好。布局可以是自動(dòng)布局，也可以是手動(dòng)布局。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 4. 布線 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)表，在Protel DXP提示下完成布線工作，這是最需要技巧的工作部分，也是最復(fù)雜的一部分工作。 5. 檢查錯(cuò)誤、撰寫文檔 布線完成后，最終檢查PCB板有沒有錯(cuò)誤，并為這塊PCB板撰寫相應(yīng)的文檔。文檔可長(zhǎng)可短，視需要而定。第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 7.1.3 PCB板面基本組成 PCB板面由銅膜導(dǎo)線、助焊膜和阻焊膜、層、焊盤和過孔、絲印層以及敷銅等幾部分組成。 1. 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，是印制

14、電路板最重要的部分。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 與導(dǎo)線有關(guān)的另外一種線常稱為飛線，即預(yù)拉線。飛線是在引入網(wǎng)絡(luò)表后，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則生成的，是用來指引布線的一種連線。 飛線與導(dǎo)線有本質(zhì)的區(qū)別，飛線只是一種形式上的連線，它只是在形式上表示出各個(gè)焊盤的連接關(guān)系，沒有電氣的連接意義。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 2. 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的，而且更是元件焊裝的必要條件。按“膜”所處的位置及其作用可將其分為元件面(或焊接面)助焊膜(TOP or Bottom Solder)和元件面(或焊接面)阻焊膜(TOP or

15、Bottom Paste Mask)兩類。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 3. 層 Protel的“層”不是虛擬的，而是印制電路板材料本身實(shí)實(shí)在在的銅箔層?，F(xiàn)今由于電子線路的元件密集安裝、抗干擾和布線等特殊要求，一些較新的電子產(chǎn)品中所用的印制板不僅上下兩面可供走線，在板的中間還設(shè)有能被特殊加工的夾層銅箔。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 4. 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。選擇元件的焊盤類型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動(dòng)和受熱情況、受力方向等因素。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì)

16、 Protel在封裝庫中給出了一系列不同大小和形狀的焊盤，如圓、方、八角、圓方和定位用焊盤等，但有時(shí)這還不夠用，需要自己編輯。例如：對(duì)發(fā)熱且受力較大，電流較大的焊盤，可自行設(shè)計(jì)成“淚滴狀”。 一般而言，自行編輯焊盤時(shí)除了以上所講的外，還要考慮以下原則：第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) (1) 形狀上長(zhǎng)短不一致時(shí)，要考慮連線寬度與焊盤邊長(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) 各元件焊盤內(nèi)孔的大小要按元件引腳粗細(xì)分別編輯確定，原則上內(nèi)孔的尺寸比引腳直徑大0.20.4 mm。焊盤直徑取決于內(nèi)孔直徑，如表7.1所示。第第7

17、7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 表7.1 焊盤內(nèi)孔直徑與焊盤直徑對(duì)照第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 對(duì)于超出上表范圍的焊盤直徑，可用下列公式選?。褐睆叫∮?.4 mm的孔：D/d=0.53。直徑大于2 mm的孔：D/d=1.52。第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 2) 過孔(Via) 為連通各層之間的線路，在各層需要連通的導(dǎo)線的交匯處鉆上一個(gè)公共孔，這就是過孔。過孔有三種，即從頂層貫通到底層的穿透式過孔、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。 過孔從上面看上去有兩個(gè)尺寸，即通孔直徑(Hole Size)和過孔直徑(Diamete

18、r)，如圖7.1所示。通孔和過孔之間的孔壁由與導(dǎo)線相同的材料構(gòu)成，用于連接不同層的導(dǎo)線。第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 圖7.1 過孔尺寸第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 一般而言，設(shè)計(jì)線路時(shí)對(duì)過孔的處理有以下原則： 盡量少用過孔，一旦選用了過孔，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。 需要的載流量越大，所需的過孔尺寸就越大，如電源層、地層與其他層連接所用的過孔就要大一些。第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 5. 絲印層 為方便電路的安裝和維修，在印制板的上下兩表面印上所需要的標(biāo)志圖案和文字代號(hào)等

19、，例如：元件標(biāo)號(hào)和參數(shù)、元件輪廓形狀和廠家標(biāo)志、生產(chǎn)日期等，這就稱為絲印層(Silkscreen Top/Bottom Overlay)。 6. 敷銅 對(duì)于抗干擾要求比較高的電路板，常常需要在PCB上敷銅。敷銅可以有效地實(shí)現(xiàn)電路板的信號(hào)屏蔽作用，提高電路板信號(hào)的抗電磁干擾的能力。第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 7.2 印制電路板設(shè)計(jì)的基本原則和要求印制電路板設(shè)計(jì)的基本原則和要求 7.2.1 印制電路板元件布線的基本原則 印制電路板設(shè)計(jì)首先需要完全了解所選用元件及各種插座的規(guī)格、尺寸、面積等。當(dāng)合理地、仔細(xì)地考慮各部件的位置安排時(shí)，主要是從電磁兼容性、抗干擾性的角度，以及走線要短、交叉要少、電源和地線的路徑及去耦等方面考慮。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) 印制電路板上各元件之間的布線應(yīng)遵循以下基本原則： (1) 印制電路中不允許有交叉電路，對(duì)于可能交叉的線條，可以用“鉆”、“繞”兩種辦法解決。 (2) 電阻、二極管、管狀電容器等元件有“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。 第第7 7章章 印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì) (4) 總地線必須嚴(yán)格按高頻中頻低頻一級(jí)級(jí)地按弱電到強(qiáng)電的順序排列，切不可隨便亂接。 (5) 強(qiáng)電流引線(公共