第5讲印制电路板设计基础

1、第第 5 章章 印制电路板设计基础印制电路板设计基础印制电路板基础n印制电路板概念nPrinted Circuit Board，简称，简称PCBn指在绝缘基材上，用指在绝缘基材上，用印制的方法印制的方法制成导电制成导电线路和元件封装，以实现元器件之间的电线路和元件封装，以实现元器件之间的电气互连。气互连。n印制电路板的层数由铜覆层来决定。通常是单层板、双层板和多层板。原理图表示元件的电气连接；PCB表示元件的实际物理连接。印刷电路板简介nPCB的主要功能：n固定电子零件固定电子零件n提供印刷电路板上各项零件的相互电气连接提供印刷电路板上各项零件的相互电气连接印刷电路板印刷电路板裸板裸板也称“印

2、刷线路板Printed Wiring Board（PWB）”。 印制电路板基础n扩展：板材概念nPCB基板基板n材料要求耐热性和绝缘性好。材料要求耐热性和绝缘性好。n覆铜板覆铜板n通过一定的工艺，在绝缘性能很高的基材上覆盖一层导电性能良通过一定的工艺，在绝缘性能很高的基材上覆盖一层导电性能良好的铜薄膜，就构成了生产印制电路板所必需的材料覆铜板。好的铜薄膜，就构成了生产印制电路板所必需的材料覆铜板。nPCB板板n按电路要求，在覆铜板上蚀刻出导电图形（如元件引脚焊盘、印按电路要求，在覆铜板上蚀刻出导电图形（如元件引脚焊盘、印制连线、过孔等），并钻出元件引脚安装孔、实现电气互连的过制连线、过孔等），

3、并钻出元件引脚安装孔、实现电气互连的过孔以及固定整个电路板所需的螺丝孔，就获得了电子产品所需的孔以及固定整个电路板所需的螺丝孔，就获得了电子产品所需的印制电路板。印制电路板。 印制电路板样板 印制电路板结构印制电路板结构n单面板单面板n单边布线。单边布线。n双面板双面板n两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可布线。两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可布线。n通常在顶层放置元件，在顶层和底层两面进行走线。通常在顶层放置元件，在顶层和底层两面进行走线。n一般需要由过孔或焊盘连通。一般需要由过孔或焊盘连通。n多层板多层板n包括多个工作层面，一般指包括多个工作层面，一般指3层以上的电路板。层以上的电路板。n 它

4、在双面板的基础上加了内部电源层、接地层及多个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。通常层数为偶数。中间信号层。通常层数为偶数。单面板单面板（Single-Sided Boards）单面PCB表面 单面PCB底面 一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板。单层板只能在敷铜的一面布线，适用于简单的电路板。单面板单面板n焊锡面：焊锡面：n单面板上的导电图形主要包括固定、连接元件引脚的单面板上的导电图形主要包括固定、连接元件引脚的焊盘焊盘和和实现元件引脚互连的实现元件引脚互连的印制导线印制导线，该面称为焊锡面。，该面称为焊锡面。n元件面：元件面：n没有铜膜的一面用于安放元件，该面称为元件面

5、。没有铜膜的一面用于安放元件，该面称为元件面。图 单面、双面及多面印制电路板剖面双面板（双面板（Double-Sided Boards） u包括顶层(Top Layer)和底层(Bottom Layer)两层，两面敷铜，中间为绝缘层。双面板两面都可以布线，一般需要由过孔或焊盘连通。双面板可用于比较复杂的电路，但设计工作不比单面板困难，因此被广泛采用。双面板n基板的上下两面均覆盖铜箔。上、下两面都含有导电图形。基板的上下两面均覆盖铜箔。上、下两面都含有导电图形。n导电图形中除了焊盘、印制导线外导电图形中除了焊盘、印制导线外n还有用于使上、下两面印制导线相连的金属化过孔。还有用于使上、下两面印制导

6、线相连的金属化过孔。n元件也只安装在其中的一个面上元件也只安装在其中的一个面上“元件面元件面” ，另一面称为，另一面称为“焊锡面焊锡面”。n为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。n包含了多个工作层面。它是在双面板的基础上增加了内部电源层、接地层及多个中间信号层。其缺点是制作成本很高。多层板（多层板（Multi-Layer Boards）多层板（4层）n上、下层是信号层（元件面和焊锡面）上、下层是信号层（元件面和焊锡面）n在上、下两层之间还有电源层和地线层。在上、下两层之间还有电源层和地线层。n多层电路板，层与层间的电气连接通过元件引脚焊盘和金属化过孔实现。多层电路板，层与层

7、间的电气连接通过元件引脚焊盘和金属化过孔实现。n引脚焊盘贯穿整个电路板。引脚焊盘贯穿整个电路板。n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，在经过特定工艺处理后，不会造成短路。钻孔加工，在经过特定工艺处理后，不会造成短路。穿透式过孔穿透式过孔盲过孔盲过孔隐蔽式过孔隐蔽式过孔印制电路板中的组成元素nPCB 板包含一系列板包含一系列元器件封装元器件封装、由印刷电路板材料支、由印刷电路板材料支持并持并通过铜箔层进行电气连接的电路板通过铜箔层进行电气连接的电路板，还有在印刷，还有在印刷电路板表面对电路板表面对P

8、CB板起注释作用的板起注释作用的丝印层丝印层等。等。n元件封装元件封装n铜膜导线与飞线铜膜导线与飞线n焊盘焊盘n过孔过孔n层层丝印层丝印层焊盘焊盘覆铜覆铜过孔过孔注：绿色的一层是阻焊漆注：绿色的一层是阻焊漆过孔铜膜导线，其上覆盖阻焊剂元器件符号轮廓焊盘字符印制电路板的基本元素-元件封装n元件封装的概念n元件封装的编号n元件封装的分类n常见元件封装4、元器件封装的基本知识概念：概念：原理图符号：原理图符号：代表元器件引脚电气分布关系的符号，没有实代表元器件引脚电气分布关系的符号，没有实际意义。际意义。封装：封装：实际元器件焊接到电路板上时，在电路板上所实际元器件焊接到电路板上时，在电路板上所显示

9、的外形和焊点位置关系，仅是空间概念。显示的外形和焊点位置关系，仅是空间概念。印制电路板的基本元素印制电路板的基本元素元件封装印制电路板的基本元素印制电路板的基本元素元件封装n元器件与元器件封装的关系元器件与元器件封装的关系n同种元件也可以有不同的封装同种元件也可以有不同的封装n不同的元件可以共用同一个元件封装不同的元件可以共用同一个元件封装n8031、8255封装形式都是封装形式都是DIP40或电阻和电容；或电阻和电容；n原理图符号与元器件封装的对应关系原理图符号与元器件封装的对应关系n原理图符号的引脚序号和元器件封装的焊盘序号一一对应原理图符号的引脚序号和元器件封装的焊盘序号一一对应n附元器

10、件与原理图符号关系：附元器件与原理图符号关系：n一个元器件可以同时与不同的原理图符号相对应，如电阻。一个元器件可以同时与不同的原理图符号相对应，如电阻。元件封装与元件实物、原理图元件的对应关系 n封装对焊盘大小、焊盘间距、焊盘孔大小、焊盘序号等参数有非常严格的要求。n元器件的封装、元器件实物、原理图元件引脚序号三者之间必须保持严格的对应关系，否则直接关系到制作电路板的成败和质量。 n元件封装种类元件封装种类n插入式封装插入式封装（Through Hole Technology, THT）n焊接时焊接时将元件放置在板子的一面，并将元件的管脚将元件放置在板子的一面，并将元件的管脚插入焊插入焊点导通

11、孔，然后点导通孔，然后焊在另一面上。焊在另一面上。n表面粘贴式封装表面粘贴式封装（Surface Mounted Technology, SMT）n零件的管脚与元件焊接在板子同一侧，不需钻孔零件的管脚与元件焊接在板子同一侧，不需钻孔!由于插入式元件封装的焊点导孔贯穿整个电路板，所以其焊点的由于插入式元件封装的焊点导孔贯穿整个电路板，所以其焊点的属性对话框中，属性对话框中，Layer板层属性必须为板层属性必须为 Multi Layer。印制电路板的基本元素印制电路板的基本元素元件封装n元器件封装的编号元器件封装的编号n元件类型元件类型+焊点距离（焊点数）焊点距离（焊点数）+元件外型尺寸元件外型尺

12、寸nDIP-4表示双列直插式元件封装，表示双列直插式元件封装，4个焊盘引脚，两焊盘间的距个焊盘引脚，两焊盘间的距离为离为100mil；nAXIAL-0.4表示轴状类元件封装（如电阻），引脚间距为表示轴状类元件封装（如电阻），引脚间距为400mil；nRB7.6/15 表示极性电容性元件封装，引脚间距为表示极性电容性元件封装，引脚间距为7.62mm，零件，零件直径为直径为15mm。n在制作电路板时必须知道元件的名称，同时也要知道该元件的在制作电路板时必须知道元件的名称，同时也要知道该元件的封装形式。封装形式。 1mil =0.001inch= 0.0254mm 电阻的电气符号与其不同封装电阻的电

13、气符号与其不同封装电阻封装：AXIAL-0.4极性电容类元件封装：RB7.6-15双列直插式元件封装：DIP-4常用元件封装常用元件封装nProtel DXP 将常用的封装集成在将常用的封装集成在 Miscellaneous Devices PCB PcbLib 集成库中。集成库中。 n常用的分立元件常用的分立元件n电阻电阻n电容电容n二极管类二极管类n晶体管类晶体管类n可变电阻类等。可变电阻类等。n常用的集成电路的封装有常用的集成电路的封装有 DIP XX 等。等。 n 电阻类电阻类 n轴对称式电阻类元件轴对称式电阻类元件n常用封装为常用封装为AXIAL XX ，（AXIAL代表轴状，代表轴

14、状，xx表示表示两脚距离两脚距离)n AXIAL-0.3- AXIAL-1.0 nAXIAL0.4 管脚之间距离为管脚之间距离为400milAXIAL-0.4AXIAL-0.31mil =0.001inch= 0.0254mm电阻的电气符号电阻的电气符号n电阻类电阻类 n表面粘贴式表面粘贴式n0402、0403、0805、1005、1206、1210等系列。等系列。n封装名分两部分：封装名分两部分：前两个数字表示元件长度，后前两个数字表示元件长度，后两个数字表示元件的宽度，单位为英寸。两个数字表示元件的宽度，单位为英寸。n0603元件长度为元件长度为0.06英寸、宽度为英寸、宽度为0.03英寸

15、英寸封装封装06030603示意图示意图n电容类电容类n扁平封装扁平封装n根据体积不同，从RAD-0.1RAD-0.4可以作为无极性电容封装n RAD后面的数值表示两个焊点间的距离。nRAD-0.1管脚之间距离为100mil。 n筒状封装筒状封装n常用RBxx-xx作为有极性（电解）电容元件封装。nRB后的两个数字分别表示焊盘之间的距离和圆筒的直径，单位是英寸。 nRB7.6/15表示元件封装焊盘间距为7.6英寸，圆筒的直径为15英寸。RB7.6-15RAD-0.3n二极管类元件二极管类元件n常用封装系列名称为常用封装系列名称为DIODExx，其中，其中xx表示两焊盘间距离。表示两焊盘间距离。

16、nDIODE-0.4 管脚之间距离为管脚之间距离为400mil 常用于小功率二极管常用于小功率二极管nDIODE-0.7 管脚之间距离为管脚之间距离为700mil 常用于大功率二极管常用于大功率二极管DIODE-0.7!n二极管为有极性元件，封装外形上画有短线的一端代表负端，二极管为有极性元件，封装外形上画有短线的一端代表负端，和实物二极管外壳上表示负端的白色或银色色环相对应。和实物二极管外壳上表示负端的白色或银色色环相对应。n晶体管类晶体管类 nMiscellaneous Devices PCB.PcbLib 集成库中提供的有集成库中提供的有BCY W3/H.7 等。等。n常见的晶体管的封装

17、如图所示常见的晶体管的封装如图所示n可调电阻类可调电阻类 n常用的封装为常用的封装为VR系列，从系列，从VR2VR5，如图所示。，如图所示。n这里后缀的数字也只是表示外形的不同，而没有实际尺寸的这里后缀的数字也只是表示外形的不同，而没有实际尺寸的含义，其中含义，其中VR5一般为精密电位器封装。一般为精密电位器封装。n集成电路类集成电路类 n集成电路常见的封装是双列直插式封装，如图所示集成电路常见的封装是双列直插式封装，如图所示为为DIP-16的封装外形。的封装外形。 SOPQFPPGAZIPSIPDIPSOJQFJDual In-Line Package双列直插式封装双列直插式封装 Quad

18、Flat Package 方型扁平式封装方型扁平式封装Small Outline Package小外形封装小外形封装 Small outline J-lead Package J型引脚小外形封装型引脚小外形封装 Pin Grid Array PACkage插针网格阵列封装插针网格阵列封装印制电路板的基本元素印制电路板的基本元素铜膜导线与飞线n铜膜导线n板子上的敷铜经过蚀刻处理形成的一定宽度和形状的导线，分布在层上连接各个焊点的金属线，用以实现电气连接。n飞线飞线nPCB布线过程中的预拉线，表示元件间的连接关系。电路板设计在引入网络表后，采用飞线指示元件之间连接关系。用导线连接后飞线消失。飞线印

19、制电路板的基本元素印制电路板的基本元素铜膜导线与飞线n区别：n飞线只是一种形式上、逻辑上的连接，没有电气意义；飞线只是一种形式上、逻辑上的连接，没有电气意义；n导线有电气意义，物理连接。导线有电气意义，物理连接。n两者关系：两者关系：飞线指示导线的实际布置，导线实现飞线的意图。印制电路板的基本元素印制电路板的基本元素-焊盘焊盘nPad (焊盘）焊盘）n放置焊锡用来焊接元件的。n焊盘根据元件封装不同结构也不同：n可以是穿透多个不同的层n或在一个层内；n焊盘的形状有圆形、方形、八角形等，如图所示。n焊盘由两部分组成：焊盘直径和孔径直径。图焊盘的形状图焊盘的形状焊盘（Pad）和过孔（Via）印制电路

20、板的基本元素-过孔n作用n在各层需要连通的导线的交际处钻上一个孔，用于连接不同板层之间的导线n种类nThnchole Vias:从顶层直接通到底层。nBlind Vias：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。nBuried Vias: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。n过孔只有圆形圆形，包括，包括两个尺寸两个尺寸：n过孔的直径（Diameter）n通孔的直径（hole size） n通孔的孔壁由导电材料构成，用于连接不同层的导线。 电路板的结构图印制电路板结构印制电路板结构敷铜n对于电路抗干扰性能要求较高的场合，可考虑在电路板上敷铜

21、。敷铜可以有效地起到信号屏蔽作用，提高信号的抗电磁干扰能力。n敷铜可分为实心填充和网格填充。n层n印制板材料本身实实在在存在的n例如印制板的上下两面可供走线，这样的面即为层n甚至在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔（也称为层）。n敷铜层和非敷铜层n注意：布线时一旦选定了所用印制板的层数，务必关闭那些未被使用的层，以免布线出现差错。nDXP中的Layer:nPCB编辑器中都有一个独立的层面（Layers）与之相对应，电路板设计者通过层面给电路板厂家提供制作该板所需的印制参数。印制电路板的基本元素-层n类型：nSignal Layer（信号层）（信号层）nInternal plane（内部电源层

22、）（内部电源层）nMechanical Layer（机械层）（机械层）nSolder Mark & Paste Mark（阻焊层及助焊层）（阻焊层及助焊层）nSilkScreen（丝印层）、（丝印层）、Others（其它层）。（其它层）。nPCB编辑器，执行【Design】/【Board Layers】命令，可根据设计需要在相应板层后面的复选框中打上“”，选中该项，以便显示该层面。 印制电路板的基本元素-层Signal Layer：信号层主要用于放置：信号层主要用于放置元件和导线元件和导线Top Layer（顶层）（顶层） 可用于放置可用于放置电子元件电子元件和和信号走线信号走线。Bo

23、ttom Layer（底层）（底层）用于放置信号走线和焊点，用于放置信号走线和焊点，是单面板唯一的布线层是单面板唯一的布线层.Midlayer1-n（中间工作层）。（中间工作层）。Midlayer （Mid1Mid14）仅放置信号走线仅放置信号走线。一般只有在一般只有在5层以上较为复杂的电路板中才采用。层以上较为复杂的电路板中才采用。设计多层印制电路板，可以从设计多层印制电路板，可以从DXP的层管理环境中添加的层管理环境中添加MidProtel DXP PCB编辑器常用层面 Internal plane：内部电源层主要用于布置电源线及接地线。内部电源层主要用于布置电源线及接地线。分别为Plan

24、e1-n。Protel DXP PCB编辑器支持16个内部电源/接地层。内部电源/接地层通常是一块完整的铜箔，单独设置内部电源/接地层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。如果PCB上的元器件需要不同的电源供应，可充分利用内部电源/接地层将大量的接电源（或接地）的元件管脚通过元件焊盘或过孔直接与电源（或地线）相连，减少顶层和底层电源/地线的连线长度。用户使用多层印刷电路板才会有内部电源层。Protel DXP PCB编辑器常用层面 nKeep Out Layer（禁止布线层）用于定义放置元件的区域。n如果用户要对电路进行自动布局和自动布线，必须在Kee

25、p Out Layer上设置一个布线区，具体步骤将在后面讲解。n在Keep Out Layer层上由Track形成的一个闭合的区域来构成布线区。nMechanical Layer（机械层）分别为Mechanical 1-16n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。 n机械层没有电气特性，在实际电路板中也没有实际的对象与其对应，是PCB编辑器便于电路板厂家规划尺寸制板而设置，属于逻辑层。Protel DXP PCB编辑器常用层面 Solder Mark & Paste Mark（阻焊层及防锡膏层）阻焊层n涂于焊盘以外n阻止焊锡。n助焊膜（Top or Bottom Solder Mask）是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是绿色板子上比焊盘略大一点的浅色圆斑SilkScreen（丝印层）主要用于设置印制信息，如元件轮廓和标注。Protel DXP PCB编辑器常用层面 PCB图操作界面PCB菜单及工具栏PCB编辑器的画面管理PageUp PageDown工作面板工作层管理PCB放置工具栏介绍：层面管理器层面管理器执行菜单DesignLayer Stack Managern1、添加一个信号层n2、添加一个内部电源/接地层n3、删除一个层面n4、改变层面的层叠次序n5、编辑层面的属