补充原理图与PCB的设计课件

原理图与PCB设计第一节原理图设计一般而言，设计电路板最基本的过程可以分为三大步骤：(1)电路原理图的设计与绘制(2)产生网络表(3)印刷电路板的设计一、什么是印刷(PCB)电路板？PCB即PrintedCircuitBoard的简写，中文名称为印刷电路板、是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。PCB的历史：在PCB出现之前，电子元器件之间的互连都是依靠电线直接连接实现的。而现在，电路面包板只是作为有效的实验工具而存在；印刷电路板在电子工业中已经占据了绝对统治的地位。印制电路板的发明者是奥地利人保罗·爱斯勒（PaulEisler），他于1936年在一个收音机装置内采用了印刷电路板。1943年，美国人将该技术大量使用于军用收音机内。1948年，美国正式认可这个发明用于商业用途。自20世纪50年代中期起，印刷电路版技术才开始被广泛采用。PCB板要解决的两个基本问题：1、放置元器件2、提供电路连接第二节印刷电路板的基本知识二、元器件的封装形式元器件的封装形式与印刷电路板的排版设计密切相关，它关系到设计时如何设置焊盘、以何种方式将元器件固定在印刷电路板上等问题。元器件的基本封装形式很多，下面仅举几个例子进行说明。1、分离封装分离封装是一般分离元件的封装形式。分离元件种类繁多，管脚形式多样，同一种元件的管脚排列也不尽相同。例如，同是小功率三极管，有一字形排列的，也有三角形排列的。在排版设计时，必须查出或测出管脚的间距，调用CAD软件库中相应的焊盘类型。3、针阵式封装(PGP)

针阵式封装(PGP——PinGridPackage)是超大规模集成电路的一种封装形式，它有几十条管脚，管脚与管壳垂直按矩阵形式排列，如图所示。由于管脚数量多，排列密集，所以，一般要用多层印刷电路板，至少是双面板。4、表面贴装器件(SMD)5、PGA&PLCCPGA(Pin-GridArray)——针栅阵列封装PLCC(PlasticLeadedChipCarrier)——塑料引线片式载体封装

PLD典型器件封装型式说明1．BGA(BallGridArray) 球状格栅阵列封装2．CPGA(CeramicPinGridArray) 陶瓷引脚格栅阵列封装3．CQFP(CeramicQuadF1atPack) 陶瓷四边有引线扁平封装4．DIP(DualIn-LinePackage) 双列直插式封装5．JLCC(CeramicJ-LeadChipCarrier) 陶瓷J型引线片式载体封装6．MQFP(MetalQuadF1atPack) 金属四边有引线扁平封装7．PBGA(PlasticBallGridArray) 塑料球状格栅阵列封装8．PDIP(PlasticDualIn-LinePackage) 塑料双列直插封装9．PGA(Pin-GridArray) 针栅阵列封装10．PLCC(P1asticLeadedChipCarrier) 塑料引线片式载体封装11．PQFP(P1asticQuadF1atPack) 塑料四边有引线扁平封装12．RQFP(PowerQuadF1atPack) 功率型四边有引线扁平封装13．TQFP(Thin(1.4mm)QuadFlatPack) 细型四边有引线扁平封装14．VQFP(VeryThin(1.0mm)QuadFact)超细型四边有引线扁平封装在PCB设计中，针对具体的元器件及其封装需要做的事情确定元器件的尺寸以及引脚(焊盘)的尺寸和间距看器件资料自己测量PLCCDIPSMDSMDSIP分离器件器件封装实例

三、印刷电路板设计时的常用术语

1、元件面(ComponentSide)：大多数元件都安装在其上的那一面2、焊接面(SolderSide)：与元件面相对的那一面3、丝印层(Overlay，TopOverlay)：是印制板面上的一种不导电的图形，这些图形是一些器件的符号和标号，一般通过丝印的方法，将绝缘的白色涂料印制在元件面上4、阻焊图(层)：它是为了防止不需要焊接的印刷导线被焊接而绘制的一种图形。在制板过程中，可根据阻焊图的要求将不需要焊接的地方涂上一层阻焊剂，只露出需要焊接的部位。使用CAD软件设计PCB时，当焊接面和元件面设计完成后，软件可自动生成阻焊图5、焊盘(Land或Pad)：用于连接和焊接元件的一种导电图形6、金属化孔(PlatedThroughHole)：金属化孔也称为通孔，孔壁沉积有金属的孔，主要用于层间导电图形的电气连接7、通孔(ViaHole)：通孔也称为中继孔，是用于导线转接的一种金属化孔。通孔一般只用于电气连接，不用于焊接元件8、坐标网格(Grid)：两组等距离平行正交而成的网格<或称为格点)。它用于元器件在印刷电路板上的定位，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。四、印刷电路板设计常用标准印刷电路板的设计必须符合有关标准，下面列出几个最基本的标准。1、网格尺寸一般分公制和英制两种标准。最基本的坐标网格间距为2.5mm，当需要更小的网格时，可采用1.25mm和0.625mm。国外生产的集成电路一般采用英制规范，例如，双列直插式(DIP)的管脚间距为2.54mm(十分之一英寸)，所以，在放置元件时一般可采用英制坐标网格。

2、孔径和焊盘尺寸标称孔径和最小焊盘直径如表所示。实际制作中，最小孔径受生产印刷电路板的厂家具有的工艺水平的限制，就目前而言，一般选0.8mm以上，焊盘尺寸一般也要比表中所列数据稍大些。标称孔径与最小焊盘直径单位：mm标称孔径0.40.50.60.80.91.01.31.62.0最小焊盘直径1.01.01.21.41.51.61.82.53.03、导线宽度导线宽度没有统一的要求，其最小值应能承受通过这条导线的最大电流值。考虑到美观整齐，导线宽度应尽量一致。但是，地线和电源线的宽度要尽量宽一些，一般可取20—50密耳

4、导线间距导线之间的距离没有统一的要求，但两条导线之间的最小距离应满足电气安全要求。在允许的条件下，导线间距应尽量宽一些，在集成块两管脚之间(100mil)一般只设计一根导线。当多条导线平行时，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4种：方形、圆形、长圆形和椭圆形。最常用的是圆形焊盘。

下面简要介绍一些在布局时要考虑的相关问题：

(1)合理选择印刷电路板的层数；(2)选择单元电路的位置；(3)元件的排列安排元件的位置是布局时最关键的一步，需要综合考虑很多因素，一般应考虑多种方案，反复权衡，取长补短。安排元件位置时要考虑的主要问题如下：①尽量把元件设置在元件面上：这样有利于生产和维护②调节方便：一些需要调节的元件应安排在规定的位置或便于调节的地方。③散热：对于大功率管、电源变压器等需要散热的器件，应考虑散热问题。

布线设计是在布局基本完成后进行的，在布线设计时如果发现布局不合理(如布线困难)，还要调整布局。布线设计的基本考虑是如何使导线最短，同时要使导线的形状合理。布线设计时的考虑要点如下：

六、印刷电路板的布线设计1、先设计公共通路的导线2、按信号流向布线3、保持良好的导线形状4、双面板布线要求：双面板的导线设计与单面板有较大的不同，一般要求是：同一层面上的导线方向尽量一致，或者都是水平方向布线或者都是垂直方向布线；元件面的导线与焊接面的导线相互垂直；两个层面上的导线连接必须通过通孔。5、地线的处理：在印刷电路板的排版设计中，地线的设计是十分重要的，有时可能关系到没计的成败。导线必然存在电阻，地线的电阻称为共阻。地线是所有信号电流的公共通路，各种信号电流都将在共阻上产生压降，这些压降又反作用于电路，形成共阻干扰。共阻干扰严重时将使电路指标无法满足要求。地线的设计要考虑众多因素，现将最基本的要求介绍如下：（1）数字与模拟电路的地线要分别设置：在一块印刷电路板上同时有模拟电路和数字电路时，必须为它们分别设置地线，在地线的出口处再汇集在一起。如图是一种模拟与数字电路地线处理的方式，常称为菊花形地线。（2）地线应尽量宽：为了减小地线共阻的干扰，地线和电源线应尽量宽一些，这是设计地线的最基本要求。（3）大面积地线应设计成网状。当地线的面积较大，超过直径为25mm的圆的区域时，应开局部窗口，使地线成为网状。这是因为大面积的铜箔在焊接时，受热后容易产生膨胀造成脱落，也容易影响焊接质量。窗口的形式和要求如图所示。2、PCB设计流程

(1)准备原理图及网络表(2)规划电路板(3)启动PCB程序并设置参数(4)装入网络表及元件封装(5)布局(6)自动布线与手工调整(7)PCB文件的存储及打印输出第四节印制电路技术1、印刷电路的制造工艺⑴单面印制板

单面印制板一般用于民用产品，如收音机、电视机、电子仪器等。单面板图形比较简单，一般采用丝网漏印正像图形然后蚀刻出印制板，也可采用光化学生产，其工艺流程如下：

黑白墨图→照相制版→敷铜箔板下料→图像转移(丝网漏印／光化学)→蚀刻→去除抗腐蚀印料→孔加工→外形加工→检验→印制阻焊涂料→印制标记符号→涂敷助焊剂→成品⑵双面印制板

双面印制板主要用于性能较高的通信电子设备、高级仪器仪表等场合。双面板的制造工艺一般分为工艺导线法、堵塞孔法、掩蔽法和图形电镀-蚀刻法。使用最多的是图形电镀-蚀刻法，其工艺流程如下：

敷铜箔板下料→数控钻孔→孔金属化→全板预镀铜→(黑白墨图)→照相制版→光能干膜图像转移→图形电镀铜→图形电镀铅锡合金→去膜→蚀刻→板边插头镀金(银)→外形加工→热熔→检验→印制阻焊层→印制标记符号→成品

⑶多层印制板

制作多层印制板，对设计电路者而言，利用任何PCB软件都可以比较方便地实现；但对制造厂家来说，当布线密度较大时，对工艺要求十分苛刻，如导线和金属化孔的定位，热压、粘合等工序要求的精度都很高，而电气性能的检测需用专门的CAD软件，因而整个过程周期较长，成本也很高。制造多层印制板的工艺流程如下：

内层用敷铜箔板→冲定位孔→图像转移→蚀刻→去除抗蚀剂→氧化→层压→数控钻孔→清洁→孔金属化→图像转移→图形电镀铜→图形电镀铅锡合金→去膜→蚀刻→板边插头镀金(银)→外形加工→热熔→检验→印制阻焊层→印制标记符号→成品使用多层印制板的有很多的好处，比如将信号层与地层分开，地层的电阻可以做得很小，…….2照相底版⑴照相底版的用途

丝网漏印工艺中丝网模板的制作，例如线路图形、阻焊印料图形、标记符号图形感光照相饰刻工艺中感光掩膜图形，包括线路图形、阻焊干膜需要的照相底版。加成法工艺中选择化学镀铜用感光掩膜图形。胶印工艺中作印刷母版用照相底版。⑵照相底版的制作制造照相底版的方法有很多，目前大致分为3类：

人工描绘或贴制黑白工艺图，然后照相翻拍成照相底版。计算机系统的绘图仪绘制黑白工艺图，再照相成照相底版计算机系统的光绘图机(GERBER)直接制成照相底版。3图像转移

制好照相底版后，下一道工序一般是将底版上的电路图形转移到敷铜箔层压板上，也叫图像转移。图像转移大致可分为两种方法

⑴“印制-蚀刻”：即用保护性的抗饰材料在敷铜箔层压板上形成比较精确的图形(正相的)。那些未被抗蚀材料保护下的不需要铜箔，在随后的化学蚀刻工序中被去掉。蚀刻后去掉抗蚀层，就得到由铜箔构成的所需电路图像。

⑵“电镀-蚀刻”：即用电镀层进行负像图像转移，露出的铜表面是要求的图像，其他部分形成抗镀层，对这些露出的图像清洗处理后，电镀一层金属保护层，形成图形电镀(镀铜或铅锡)。蚀刻工序完成后再将抗镀层去掉，这里，电镀的金属(铅锡、金或锡·镍)在蚀刻工序中起了抗蚀层的作用。注意：上述两种方法都要用到有机保护抗蚀剂。一般来说，常用的抗蚀剂及图像转移法有3类：液体光致抗蚀剂、干膜光致抗蚀剂和丝网漏印。前两类可用于工艺要求较高的场合。4电镀和蚀刻

⑴平常意义上的电镀