CB設(shè)計基礎(chǔ)知識培訓(xùn)教材

第3章PCB設(shè)計基礎(chǔ)3.1PCB的基本知識3.2常用元件封裝介紹3.3PCB自動布局和布線3.1PCB的基本知識3.1.1PCB的種類3.1.2元件的封裝形式3.1.3PCB設(shè)計常用術(shù)語3.1.4PCB設(shè)計的常用標(biāo)準(zhǔn)3.1.5PCB的布局設(shè)計3.1.6PCB的布線設(shè)計3.1.1PCB的種類(1)剛性與撓性印刷電路板

剛性印刷電路板是指由不易變形的剛性基材制成的PCB，在使用時處于平展?fàn)顟B(tài)，一般電子設(shè)備中使用的都是剛性PCB。撓性印刷電路板是指用可以扭曲和伸縮的基材制成的PCB，在使用時可根據(jù)安裝要求將其彎曲。用于特殊場合，如某些無繩電話的手柄。3.1.1印刷電路版的種類(2)單層、雙層和多層印刷電路版

單層PCB上只有一面有銅模，只能在該面布線；

雙層PCB的正反兩面都可以進(jìn)行布線和放置元件；

多層PCB除了正反兩面之外，還有中間層(實際布線層)

和電源層及接地層。

單層和雙層PCB比較常用，多層PCB用在VLSIC的裝配上，例如微機(jī)的主板。生成多層板時，先將組成各個分層的單面板按設(shè)計要求生成出來，再將各個分層的單面板壓合在一起，然后打孔及孔金屬化，通過金屬化孔將各層連接起來。3.1.1印刷電路版的種類(3)印刷電路版的材料印刷電路版是在絕緣基材上敷以電解銅箔，再經(jīng)熱壓而制成。目前我國常用的單,雙層PCB

的銅箔厚度為35um，國外開始使用18um、

10um和5um等超薄銅箔。

超薄銅箔具有蝕刻時間短、側(cè)面腐蝕小、易鉆孔和節(jié)約銅材等優(yōu)點。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)酚醛紙質(zhì)基板：價格低，耐潮和耐熱性不好，用于要求不高的設(shè)備中；(2)環(huán)氧酚醛玻璃布基板：耐熱和耐潮性較好，透明度較差；(3)環(huán)氧玻璃布基板：耐熱和耐潮性好，透明度好，沖剪和鉆孔性能好，多用于雙面板。(4)聚四氟乙烯玻璃布基板：具有良好的介電性能和化學(xué)穩(wěn)定性，耐高溫(－230～＋260℃)、高絕緣3.1.2元件的封裝形式（1）分離式封裝（2）雙列直插式封裝（3）針陣式封裝（4）表面貼裝器件（SMD）SMD：SurfaceMountDevice表面貼裝器件3.1.3PCB設(shè)計常用術(shù)語1.元件面

ComponentSide

大多數(shù)元件都安裝在朝上的一面。2.焊接面

SolderSide

與元件面相對的那一面。3.絲印層

Overlay,TopOverlay

印制在元件面上的一種不導(dǎo)電的圖形；有時焊接面上也可印絲印層，即BottomOverlay

主要用于繪制器件外形輪廓和符號，標(biāo)注元件的安裝位置(絕緣白色涂料)

在PCB上放置元件庫中的元件時，其管腳的封裝形狀會自動放到絲印上。如果在PCB的兩面放置元件，需要將兩個絲印層都打開。元件序號必須標(biāo)注在絲印層，否則可能引起不必要的電氣連接。3.1.3PCB設(shè)計常用術(shù)術(shù)語4.阻焊圖為防止不需需要焊接的的印刷導(dǎo)線線被焊接而而繪制的一種圖形形。制板的的過程中在在此涂一層層阻焊劑。。5.焊盤LandorPad用于于連連接接和和焊焊接接元元件件的的一一種種導(dǎo)導(dǎo)電電圖圖形形。。6.金屬屬化化孔孔PlatedThrough也稱稱為為““通通孔孔””孔壁壁沉沉積積有有金金屬屬，，用用于于層層間間導(dǎo)導(dǎo)電電圖圖形形的的連連接接。。3.1.3PCB設(shè)計常常用術(shù)術(shù)語7.通孔ViaHole也稱為為“中中繼孔孔”用于導(dǎo)導(dǎo)線電電氣連連接，，不焊焊接。。8.坐標(biāo)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)Grid也稱為為“格格點”

兩組等距平行正交而成的網(wǎng)格，用于元器件在PCB上的定位，一般要求元件的管腳必須位于網(wǎng)格的交點上，導(dǎo)線不一定按網(wǎng)格定位。3.1.4PCB設(shè)計常常用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)1.網(wǎng)絡(luò)尺尺寸分為英英制Imperial和公制制Metric兩種公制最基本本的Grid為2.5mm,當(dāng)需要要更小小時可可采用用1.25mm,0.625mm英制是國外外IC的生產(chǎn)產(chǎn)規(guī)范范，DIP的管腳腳間距距為2.54mm(十分之之一英英寸即即100mil)3.1.4PCB設(shè)計常常用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)2.孔徑和和焊盤盤尺寸寸實際制制作中中，最最小孔孔徑受受工藝藝水平平的限制，，目前前一般般選0.8mm以上3.1.4PCB設(shè)計常常用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)3.導(dǎo)線寬寬度導(dǎo)線寬寬度沒沒有統(tǒng)統(tǒng)一要要求，，其最最小值值應(yīng)能能承受受通過這條條導(dǎo)線線的最最大電電流值值。一般大大于10mil，要求美觀觀則應(yīng)盡量量一致；地線和電源源線應(yīng)盡量量寬一些，，一般可取20－50mil。4.導(dǎo)線線間間距距導(dǎo)線線間間距距沒沒有有統(tǒng)統(tǒng)一一要要求求，，應(yīng)應(yīng)考考慮慮電電氣氣安安全全和和美美觀觀,在IC的管管腳腳之之間間一一般般只只能能設(shè)設(shè)計計一一根根導(dǎo)導(dǎo)線線；；條條件件允允許許時時，，導(dǎo)線線間間距距應(yīng)應(yīng)盡盡可可能能寬寬一一些些。。多條條導(dǎo)導(dǎo)線線平平行行時時，，各各導(dǎo)導(dǎo)線線之之間間的的距距離離應(yīng)應(yīng)均均勻勻一一致致。。5.焊盤盤形形狀狀常用用的的焊焊盤盤形形狀狀有有四四種種：：方形形、、圓圓形形、、長長圓圓形形和和橢橢圓圓形形，，最常常用用的的是是圓圓形形焊焊盤盤。。3.1.4PCB設(shè)計計常常用用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)3.1.5PCB的布布局局設(shè)設(shè)計計布局局的的基基本本原原則則：：1.保證證電電路路的的電電氣氣性性能能考慮慮分分布布電電容容，，磁磁場場耦耦合合等等因因素素。。2.便于于實實際際元元件件的的安安放放、、焊焊接接及及整整機(jī)機(jī)調(diào)調(diào)試試和和檢檢查查需要要調(diào)調(diào)測測的的有有關(guān)關(guān)元元件件和和測測試試點點，，在在布布局局時時應(yīng)應(yīng)盡盡量量安安排排在在便便于于操操作作的的位位置置。。3.整潔潔、、清清晰晰，，盡盡量量減減少少PCB的面面積積。。導(dǎo)線線盡盡可可能能短短。。因因?qū)?dǎo)線線存存在在電電阻阻、、電電容容和和電電感感。。PCB走線線的的基基本本原原則則：：1）走線最好與與元件放在不不同的兩個面面TOP/BOTTOMLAYER2）走線的間距距應(yīng)盡可能大大些，拐彎盡盡量少3）電源和地線線可以用填充充按鈕繪制大大面積覆銅區(qū)區(qū)3.1.5PCB的布局局設(shè)計計3.1.5PCB的布局局設(shè)計計布局時時需要要考慮慮的相相關(guān)問問題：：1.合理選選擇PCB的層數(shù)數(shù)考慮器器件多多少、、連線線密度度、成成本、、體積積等因因素雙層板板使布布線的的靈活活性大大為提提高，，由于于金屬屬化孔孔將元元件面面和焊焊接面面的導(dǎo)導(dǎo)線連連接起起來，，使導(dǎo)導(dǎo)線的的附著著力增增強(qiáng)，，目前前用的的最多多在滿足足要求求時盡盡量采采用單單層板板，當(dāng)當(dāng)有少少數(shù)幾條線線無法法在焊焊接面面布通通時，，可采采用跳跳線3.1.5PCB的布局局設(shè)計計2.選擇單單元電電路的的位置置單元電電路的的位置置應(yīng)按按信號號的傳傳輸關(guān)關(guān)系來來安排排；模擬電路路與數(shù)字字電路盡盡量遠(yuǎn)離離；大功率與與小功率率電路盡盡量遠(yuǎn)離離；3.元件的排排列盡量將元元件放置置在元件件面；排列整齊齊、均勻勻；管腳要順順；調(diào)節(jié)節(jié)方便；；功率器件件和VLSIC散熱；在PCB邊緣板面面空白處處盡量布布上地線線；3.1.6PCB的布線設(shè)設(shè)計布線設(shè)計計要點：：1.先設(shè)計公公共通路路的導(dǎo)線線(地線和電電源線)2.按信號流流向布線線3.保持良好好的導(dǎo)線線形狀良好導(dǎo)線的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)：導(dǎo)線的長度最最短；轉(zhuǎn)彎時避免出出現(xiàn)銳角；有利于加強(qiáng)導(dǎo)導(dǎo)線和焊盤的的附著力；地線和電源線線盡可能寬；；除地線和電源源線外，導(dǎo)線線的寬度和線線距應(yīng)整齊、、均勻、美觀觀。4.雙面版布線要要求5.地線的處理地線設(shè)計要求求：數(shù)字地和模擬擬地分別設(shè)置置；（水平or垂直）2.地線盡量寬；；3.大面積地線應(yīng)應(yīng)設(shè)計成網(wǎng)狀狀雙面板布線要要求：同一層上的導(dǎo)導(dǎo)線方向盡量量一致；（水平or垂直）2.元件面的導(dǎo)線線和焊接面的的導(dǎo)線相互垂垂直；3.兩個層面上導(dǎo)導(dǎo)線的連接必必須通過“通通孔”導(dǎo)線設(shè)計計示例例導(dǎo)線設(shè)計計示例例3.2常用元件封裝裝介紹1.電阻器2.電容器3.電位器4.二極管5.三極管6.集成運放7.電源穩(wěn)壓器8.石英晶體9.連接器1.電阻:原理圖用名名：RES1和RES20.9英寸1/4~1/2瓦特電阻1瓦特電阻軸狀包裝方方式封裝名AXIAL…2.電容器:原理圖用名名CAP(無極性)ELECRO1(有極性),CAPVAR(可變電容)管腳封裝名名：RAD無極性陶瓷瓷電容扁平包裝方方式管腳封裝名名：RB有極性電解解電容圓筒包裝方方式0.4英寸0.8英寸3.電位位器器(三只只引引腳腳可可變變電電阻阻器器):原理理圖圖用用名名：：POT1…管腳腳封封裝裝名名：：VR1～VR5小功功率率大功功率率4.二極極管管:原理理圖圖用用名名DIODE（普普通通管管））DIODESCHOTTKY（肖肖特特基基二二極極管管））DIODETUNNEL（隧隧道道二二極極管管））ZENER1～3（穩(wěn)穩(wěn)壓壓二二極極管管））管腳腳封封裝裝名名DIODE5.三極極管管:原理理圖圖用用名名BJT有NPN和PNPJFETN,JFETP,MOSFETN,MOSFETP管腳腳封封裝裝名名:TO-18至TO-2206.集成成運運放放:原理理圖圖用用名名OP-07,741,NE5534等常用用封封裝裝為為DIP87.電源源穩(wěn)穩(wěn)壓壓器器：：78系列列:7805,7806,7809,7812,7815,781879系列:7905,7906,7909,7912,7915,7918兩種封裝裝形式:8.石英晶體體：原理圖名名稱XTAL1…封裝名XTAL1一種封裝裝形式:9.連接器：：封裝名IDC26(例1)原理圖名名CON26,9.連接器：：(例2)金手指：：原理圖名名CONAT,封裝名ECN－IBMXT3.3PCB自動布局局和布線線PCB布線流流程：：規(guī)劃電電路板板?存盤及及打印印輸出出?手工調(diào)調(diào)整?自動布布線?布置元元件?裝入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)表表及元元件封封裝?設(shè)置參參數(shù)電路板板規(guī)劃劃包括括：PCB層數(shù)、、物理理尺寸寸；采用的的連接接器和和各元元件的的封裝裝形式式；安安裝位位置等等；設(shè)置參參數(shù)包包括：：元件的的布置置、板板層和和布線線等3.3PCB自動布布局和和布線線——新建PCB文件（（方法法一））掛接器器件庫庫掛接器器件庫庫3.3PCB自動布布局和和布線線——新建PCB文件（（方法法二））3.3PCB自動布布局和和布線線－參參數(shù)設(shè)設(shè)置1.工作層層設(shè)置置信號層層中的的頂層層Top和底層Bottom主要用于放置置元件和布線線，中間層Mid1~14用于布線內(nèi)部電源和接接地層Plane1~4放置有關(guān)制作作及裝配信息息，如尺寸標(biāo)標(biāo)記、孔洞信信息兩個阻焊層兩個防錫膏層層兩個絲印層。。若若兩面均放放置元件，則則兩個都需打打開禁止布線層，，用于定義元元件放置區(qū)域域，定義PCB邊界時打開代表表信信號號層層，，所有有全全通通過過孔孔和和焊盤盤放放在在此此層層鉆孔孔說說明明和和鉆鉆孔孔制制圖圖，，制制板板時時提提供供鉆鉆孔孔信信息息用于于在在設(shè)設(shè)計計時時方方便便實實體體對對準(zhǔn)準(zhǔn)，，一般般開開一一個個即即可可用于于顯顯示示焊焊盤盤內(nèi)內(nèi)孔孔用于于顯顯示示過孔孔的的內(nèi)內(nèi)孔孔用于于顯顯示示實實體體之間間的的連連接接線線用于于顯顯示示違違反反布布線線規(guī)規(guī)則則的的信信息息3.3PCB自動動布布局局和和布布線線－－參參數(shù)數(shù)設(shè)設(shè)置置對于于單單面面板板，，需需打打開開：：底層層BottomLayer,禁止止布布線線層層KeepOutLayer頂層層絲絲印印層層TopSilkscreenLayer,對于于雙面面板板，需需打打開開：：頂層層TopLayer,底層層BottomLayer,頂層層絲絲印印層層TopSilkscreenLayer,禁止止布布線線層層KeepOutLayer如果果要要在在兩兩面面布布置置元元件件，，需需打打開開BottomSilkscreenLayer對于于多多面面板板，，需需打打開開：：頂層層TopLayer,底層層BottomLayer,頂層層絲絲印印層層TopSilkscreenLayer,BottomSilkscreenLayer禁止止布布線線層層KeepOutLayer,在信號號層需需打開開頂層層、底底層和和一些些中間間層3.3PCB自動布布局和和布線線－舉舉例1MY_8255.pcbIBM標(biāo)準(zhǔn)：：生成62pin和36pin兩排金金手指指IBM標(biāo)準(zhǔn)：：生成62pin金手指指公制英制2.選擇模模板3.3PCB自動布布局和和布線線－舉舉例12.選擇模模板IBM標(biāo)準(zhǔn)：：短卡IBM標(biāo)準(zhǔn)：：長卡IBM標(biāo)準(zhǔn)：：短卡,附可折折斷標(biāo)標(biāo)簽頁頁IBM標(biāo)準(zhǔn)：：長卡,附可折折斷標(biāo)標(biāo)簽頁頁3.3PCB自動布布局和和布線線－舉舉例12.選擇模模板鍍孔雙雙層板板不鍍孔孔雙層層板3.3PCB自動布布局和和布線線－舉舉例13.選擇2層板只采用用穿透式式導(dǎo)孔孔只采用隱藏式和半半隱藏式導(dǎo)導(dǎo)孔3.3PCB自動布局和和布線－舉舉例14.選擇導(dǎo)孔的的風(fēng)格以表面貼式式元件為主主以針腳式元元件為主元件安裝在在PCB的兩面？3.3PCB自動布局和和布線－舉舉例15.選擇元件的的主要封裝裝方式最小走線寬寬度最小導(dǎo)孔寬寬度最小導(dǎo)孔鉆孔直徑走線安全距距離3.3PCB自動布局和和布線－舉舉例16.