PCB设计基础知识课件(PPT 76页)

1、第3章 PCB设计基础3.1 PCB的基本知识3.2 常用元件封装介绍3.3 PCB自动布局和布线第1页，共76页。3.1 PCB的基本知识3.1.1 PCB的种类3.1.2 元件的封装形式3.1.3 PCB设计常用术语3.1.4 PCB设计的常用标准3.1.5 PCB的布局设计3.1.6 PCB的布线设计第2页，共76页。3.1.1 PCB的种类(1)刚性与挠性印刷电路板 刚性印刷电路板 是指由不易变形的刚性基材制成 的PCB，在使用时处于平展状态，一般电子 设备中使用的都是刚性PCB。挠性印刷电路板 是指用可以扭曲和伸缩的基材制成 的PCB，在使用时可根据安装要求将其弯曲。 用于特殊场合，

2、如某些无绳电话的手柄。第3页，共76页。3.1.1 印刷电路版的种类(2)单层、双层和多层印刷电路版 单层PCB上只有一面有铜模，只能在该面布线； 双层PCB的正反两面都可以进行布线和放置元件； 多层PCB除了正反两面之外，还有中间层(实际布线层) 和电源层及接地层。 单层和双层PCB比较常用，多层PCB用在VLSIC的装配上，例如微机的主板。生成多层板时，先将组成各个分层的单面板按设计要求生成出来，再将各个分层的单面板压合在一起，然后打孔及孔金属化，通过金属化孔将各层连接起来。第4页，共76页。3.1.1 印刷电路版的种类(3)印刷电路版的材料 印刷电路版是在绝缘基材上敷以电解铜箔， 再经热

3、压而制成。目前我国常用的单,双层PCB 的铜箔厚度为35um，国外开始使用18um、 10um和5um等超薄铜箔。 超薄铜箔具有蚀刻时间短、侧面腐蚀小、易钻孔和节约铜材等优点。第5页，共76页。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)酚醛纸质基板：价格低，耐潮和耐热性不好， 用于要求不高的设备中；(2)环氧酚醛玻璃布基板：耐热和耐潮性较好， 透明度较差；(3)环氧玻璃布基板：耐热和耐潮性好，透明度好， 冲剪和钻孔性能好，多用于双面板。(4)聚四氟乙烯玻璃布基板：具有良好的介电性能和化学稳定性，耐高温

4、(230260)、高绝缘第6页，共76页。3.1.2 元件的封装形式（1）分离式封装 （2）双列直插式封装 （3）针阵式封装 （4）表面贴装器件（SMD）第7页，共76页。第8页，共76页。SMD：Surface Mount Device 表面贴装器件第9页，共76页。3.1.3 PCB设计常用术语1. 元件面 Component Side 大多数元件都安装在朝上的一面。2. 焊接面 Solder Side 与元件面相对的那一面。3. 丝印层 Overlay, Top Overlay 印制在元件面上的一种不导电的图形；有时 焊接面上也可印丝印层，即Bottom Overlay 主要用于绘制器件

5、外形轮廓和符号，标注元件 的安装位置 (绝缘白色涂料) 在PCB上放置元件库中的元件时，其管脚的封装形状会自动放到丝印上。 如果在PCB的两面放置元件，需要将两个丝印层都打开。 元件序号必须标注在丝印层，否则可能引起不必要的电气连接。第10页，共76页。3.1.3 PCB设计常用术语4. 阻焊图 为防止不需要焊接的印刷导线被焊接而绘制 的一种图形。制板的过程中在此涂一层阻焊剂。5. 焊盘 Land or Pad 用于连接和焊接元件的一种导电图形。6. 金属化孔 Plated Through也称为“通孔” 孔壁沉积有金属，用于层间导电图形的连接。第11页，共76页。3.1.3 PCB设计常用术语

6、7. 通孔 Via Hole也称为“中继孔” 用于导线电气连接，不焊接。8. 坐标网络 Grid也称为“格点” 两组等距平行正交而成的网格，用于元器件 在PCB上的定位，一般 要求元件的管脚必须位于 网格的交点上，导线不一定按网格定位。第12页，共76页。3.1.4 PCB设计常用标准1. 网络尺寸 分为英制Imperial和公制Metric两种公制最基本的Grid为2.5mm, 当需要更小时可采用1.25mm,0.625mm英制是国外IC的生产规范，DIP的管脚间距为2.54mm(十分之一英寸即100mil)第13页，共76页。3.1.4 PCB设计常用标准2. 孔径和焊盘尺寸 实际制作中，

7、最小孔径受工艺水平的 限制，目前一般选0.8mm以上 标称孔径 mm0.40.50.60.80.91.01.31.62.0最小焊盘直径 mm1.01.01.21.41.51.61.82.53.0第14页，共76页。3.1.4 PCB设计常用标准3. 导线宽度 导线宽度没有统一要求，其最小值应能承受通 过这条导线的最大电流值。 一般大于10mil，要求美观则应尽量一致； 地线和电源线应尽量宽一些， 一般可取2050mil。第15页，共76页。4. 导线间距 导线间距没有统一要求，应考虑电气安全和美观, 在IC的管脚之间一般只能设计一根导线；条件允许时， 导线间距应尽可能宽一些。 多条导线平行时，

8、各导线之间的距离应均匀一致。5. 焊盘形状 常用的焊盘形状有四种： 方形、圆形、长圆形和椭圆形， 最常用的是圆形焊盘。3.1.4 PCB设计常用标准第16页，共76页。3.1.5 PCB的布局设计 布局的基本原则：1. 保证电路的电气性能 考虑分布电容，磁场耦合等因素。 2. 便于实际元件的安放、焊接及整机调试和检查 需要调测的有关元件和测试点，在布局时应尽量安排在便于操作的位置。3. 整洁、清晰，尽量减少PCB的面积。 导线尽可能短。因导线存在电阻、电容和电感。第17页，共76页。PCB走线的基本原则：1）走线最好与元件放在不同的两个面 TOP/BOTTOM LAYER2）走线的间距应尽可能

9、大些，拐弯尽量少3）电源和地线可以用填充按钮绘制大面积覆铜区3.1.5 PCB的布局设计第18页，共76页。3.1.5 PCB的布局设计 布局时需要考虑的相关问题：1. 合理选择PCB的层数 考虑器件多少、连线密度、成本、体积等因素双层板使布线的灵活性大为提高，由于金属化孔将元件面和焊接面的导线连接起来，使导线的附着力增强，目前用的最多在满足要求时尽量采用单层板，当有少数几条线无法在焊接面布通时，可采用跳线第19页，共76页。3.1.5 PCB的布局设计2. 选择单元电路的位置 单元电路的位置应按信号的传输关系来安排； 模拟电路与数字电路尽量远离； 大功率与小功率电路尽量远离；3. 元件的排列

10、 尽量将元件放置在元件面； 排列整齐、均匀； 管脚要顺；调节方便； 功率器件和VLSIC散热； 在PCB边缘板面空白处尽量布上地线；第20页，共76页。3.1.6 PCB的布线设计 布线设计要点：1.先设计公共通路的导线(地线和电源线)2.按信号流向布线3.保持良好的导线形状良好导线的标准：导线的长度最短；转弯时避免出现锐角；有利于加强导线和焊盘的附着力；地线和电源线尽可能宽；除地线和电源线外，导线的宽度和线距应整齐、均匀、美观。4.双面版布线要求5.地线的处理地线设计要求：数字地和模拟地分别设置； （水平or垂直）2. 地线尽量宽；3. 大面积地线应设计成网状双面板布线要求：同一层上的导线方

11、向尽量一致； （水平or垂直）2. 元件面的导线和焊接面的导线相互垂直；3. 两个层面上导线的连接必须通过“通孔”第21页，共76页。导 线 设 计 示 例第22页，共76页。导 线 设 计 示 例第23页，共76页。第24页，共76页。第25页，共76页。第26页，共76页。第27页，共76页。3.2 常用元件封装介绍1.电阻器 2.电容器 3.电位器 4. 二极管 5. 三极管 6. 集成运放 7. 电源稳压器 8. 石英晶体 9. 连接器第28页，共76页。1.电阻: 原理图用名：RES1和RES20.9英寸1/41/2瓦特电阻1瓦特电阻轴状包装方式封装名AXIAL第29页，共76页。2

12、.电容器: 原理图用名CAP(无极性) ELECRO1 (有极性), CAPVAR(可变电容)管脚封装名：RAD无极性陶瓷电容扁平包装方式管脚封装名：RB有极性电解电容圆筒包装方式0.4英寸0.8英寸第30页，共76页。3. 电位器(三只引脚可变电阻器): 原理图用名：POT1 管脚封装名：VR1VR5第31页，共76页。小功率大功率4. 二极管: 原理图用名 DIODE（普通管） DIODE SCHOTTKY（肖特基二极管） DIODE TUNNEL（隧道二极管） ZENER13（稳压二极管） 管脚封装名 DIODE第32页，共76页。5. 三极管: 原理图用名BJT有NPN和PNP JFE

13、T N, JFET P, MOSFET N, MOSFET P 管脚封装名:TO-18至TO-220第33页，共76页。6. 集成运放: 原理图用名OP-07, 741, NE5534等 常用封装为 DIP8 第34页，共76页。7. 电源稳压器： 78系列: 7805, 7806, 7809, 7812, 7815, 7818 79系列: 7905, 7906, 7909, 7912, 7915, 7918两种封装形式:第35页，共76页。8. 石英晶体： 原理图名称XTAL1 封装名 XTAL1一种封装形式:第36页，共76页。9. 连接器：封装名IDC26(例1)原理图名CON26,第3

14、7页，共76页。9. 连接器：(例2)金手指：原理图名CONAT, 封装名ECNIBMXT 第38页，共76页。3.3 PCB自动布局和布线PCB布线流程： 规划电路板存盘及打印输出手工调整自动布线布置元件装入网络表及元件封装设置参数 电路板规划包括：PCB层数、物理尺寸；采用的连接器和各元件的封装形式；安装位置等； 设置参数包括：元件的布置、板层和布线等第39页，共76页。3.3 PCB自动布局和布线 新建PCB文件（方法一）第40页，共76页。挂接器件库第41页，共76页。挂接器件库第42页，共76页。3.3 PCB自动布局和布线 新建PCB文件（方法二）第43页，共76页。3.3 PCB

15、自动布局和布线参数设置1. 工作层设置信号层中的顶层Top和底层Bottom主要用于放置元件和布线，中间层Mid114用于布线内部电源和接地层Plane14 放置有关制作及装配信息，如尺寸标记、孔洞信息 两个阻焊层 两个防锡膏层 两个丝印层。 若两面均放置元件，则两个都需打开 禁止布线层，用于定义元件放置区域，定义PCB边界时打开 代表信号层，所有全通过孔和焊盘放在此层钻孔说明和钻孔制图，制板时提供钻孔信息 用于在设计时方便实体对准，一般开一个即可用于显示焊盘内孔用于显示过孔的内孔用于显示实体之间的连接线用于显示违反布线规则的信息第44页，共76页。3.3 PCB自动布局和布线参数设置对于单面

16、板，需打开： 底层Bottom Layer,禁止布线层Keep Out Layer 顶层丝印层Top SilkscreenLayer, 对于双面板，需打开： 顶层Top Layer, 底层Bottom Layer, 顶层丝印层Top Silkscreen Layer, 禁止布线层KeepOutLayer 如果要在两面布置元件，需打开 Bottom Silkscreen Layer对于多面板，需打开： 顶层Top Layer, 底层Bottom Layer, 顶层丝印层Top Silkscreen Layer, Bottom Silkscreen Layer 禁止布线层KeepOutLayer,

17、 在信号层需打开顶层、底层和一些中间层 第45页，共76页。第46页，共76页。第47页，共76页。3.3 PCB自动布局和布线举例1MY_8255.pcbIBM标准：生成62pin和36pin两排金手指IBM标准：生成62pin金手指公制英制2. 选择模板第48页，共76页。3.3 PCB自动布局和布线举例12. 选择模板第49页，共76页。IBM标准：短卡IBM标准：长卡IBM标准：短卡,附可折断标签页IBM标准：长卡,附可折断标签页3.3 PCB自动布局和布线举例12. 选择模板第50页，共76页。镀孔双层板不镀孔双层板3.3 PCB自动布局和布线举例13. 选择2层板第51页，共76页

18、。只采用穿透式导孔只采用隐藏式和半隐藏式导孔3.3 PCB自动布局和布线举例14. 选择导孔的风格第52页，共76页。以表面贴式元件为主以针脚式元件为主元件安装在PCB的两面？3.3 PCB自动布局和布线举例15. 选择元件的主要封装方式第53页，共76页。最小走线宽度最小导孔宽度最小导孔钻孔直径走线安全距离3.3 PCB自动布局和布线举例16. 选择走线规则第54页，共76页。3.3 PCB自动布局和布线举例17. PCB的物理边界完成第55页，共76页。3.3 PCB自动布局和布线举例1第56页，共76页。单层板可以关掉一些层Design/Options 第57页，共76页。3.3 PCB自动布局和布线举例1 8. 装入网络表