《Altium Designer 原理图与PCB设计精讲教程 第2版》课件 第9章 印制电路板（PCB）基础

Altium

Designer

原理图

与

PCB设计

2第9章印制电路板（PCB）基础9.1 印制电路板基础知识9.2 印制电路板的常用术语9.3 印制电路板的基本原则9.1印制电路板基础知识1.印制电路板基本概念印制电路板（又称印刷电路板），英文全称为PrintedCircuitBoard，是用来机械支撑与电气连接电子元件的物理载体。1936年，第一块现代印制电路板才由英国Eisler博士采用首创的铜箔腐蚀工艺制造而成。经过多年的发展，印制电路板历经了从单面板、双面板、多层板，到积层法多层板、高密度互连电路板的发展。当前，电路板正朝着高密度、高精度、高性能、微孔化、薄形化、柔性化的方向发展，其应用范围涵盖了大型电子计算机、通信设备、电气与自动化仪表、航空航天、汽车电子、移动终端、数码产品等广阔的领域。9.1印制电路板基础知识2.印制电路板的分类按照不同的分类标准，印制电路板可以分为很多类型：（1）按照结构分类：单面板、双面板和多层板。（2）按照硬度分类：刚性板（rigid）、柔性板（flex）、刚柔混合板（rigid-flex）。（3）按照孔的导通状态分类：通孔板、埋孔板、盲孔板。（4）按照材质分类：有机材质板（包括酚醛树脂、玻璃纤维/环氧树脂、聚酰亚胺(Polyimide)等）、无机材质板（包括铝、陶瓷等）。（5）按照表面工艺分类：HASL（热风整平，俗称喷锡）板、化学镀镍/沉金（ENIG）板、沉银板、沉锡板、OSP（有机涂覆）板、电镀镍金板、金手指板等。印制电路板常用板材规格基板类型组成部分特征用途XPC纸基板纸+酚醛树脂+铜箔经济性可冷冲计算器、遥控器、电话机、钟表XXXPC高电性可冷冲音响、收音机、黑白电视机FR-1经济性、阻燃音响、彩色电视、显示器FR-2高电性、阻燃音响、彩色电视、显示器FR-4玻璃布基板玻璃布+环氧树脂+铜箔高电性、阻燃，强度高通讯、电脑、仪器仪表、汽车电路等CEM-2复合基板纸（芯）+玻璃布（面）纸+玻璃布+环氧树脂+铜箔非阻燃电玩、计算机、彩电等CEM-3复合基板玻璃毡（芯）+玻璃布（面）玻璃毡+玻璃布+环氧树脂+铜箔高电性、阻燃，强度低于FR-4电玩、计算机、彩电等单面板、双面板和多层板（1）单面板单面板是只有一面覆铜的电路板，如图91所示。因为只有一面，布线间不能交叉，只有较为简单的电路板才使用单面板。单面板、双面板和多层板（2）双面板双面电路板的两面都覆盖有铜箔，如图所示，因此两面都可以用来刻蚀线路。上下两层的线路通过贯穿电路板的金属化过孔（Via）进行电气连接。单面板、双面板和多层板（3）多层板多层电路板是在双面电路板的基础上发展起来的，一般将铜箔层的层数作为电路板的层数。除了表面的覆铜层外（TopLayer和BottomLayer），内部还包含了多个覆铜层。内部覆铜层又可以分为内部信号层和内部平面层两类，前者用来放置普通的信号走线，后者则用来连接电源网络。9.2 印制电路板的常用术语9.2.1 封装（Package）9.2.2 焊盘（Pad）9.2.3 过孔（Via）9.2.4 走线（Track）9.2.5 预拉线（Ratsnest）9.2.6 板层（Layer）9.2.1 封装（Package）封装就是对芯片内部电路进行安装、固定、密封和保护的外壳。外壳常用的材料有金属、陶瓷、塑料等。外壳上装有金属引脚，芯片内部电路的信号通过bonding的方式连接到引脚上，形成到外部电路的通路。bondingBonding（帮定或者邦定）是指利用极细的金属丝（常用金线，掺入少量其它金属），利用热压或者超声振动，完成芯片内部电路与封装引脚的连接封装的分类（1）直插式元件（也称为针脚式或通孔式元件）封装的分类（2）表面贴片式元件（简称表贴式元件）

贴片式元件体积小、重量轻，实现了电子产品组装的高密度、高可靠、小型化、低成本以及生产的自动化。现在先进的电子产品，特别是计算机及通信类电子产品，已普遍采用SMT技术。常用分立元件封装不同元件可以使用同一个封装，例如电阻、电容、电感都可以使用相同的贴片封装同种元件也可以有不同的封装，例如一个16引脚的芯片可以分别封装成直插式或者贴片式。常用分立元件封装直插式电阻 Axial-x.y形式，Axial表示轴向元件，元件本体一般为圆柱形，x.y表示元件两个焊盘中心孔之间的距离，常用分立元件封装直插式电容无极性电容的封装以RAD-x.y表示，如RAD-0.1、RAD-0.2、RAD-0.3、RAD-0.4。后面两个数字表示焊盘中心孔的间距，电解电容则用RB.x/.y标识，如RB.2/.4、RB.3/.6、RB.4/.8、RB.5/1.0，符号中前面数字表示焊盘中心孔间距，后面数字表示圆形轮廓线直径。常用分立元件封装直插式电感：常使用和直插式电阻一样的Axial-x.y封装。表贴式电阻、电容、电感：小功率的电阻、电容以及小感量小功率的电感经常采用贴片封装形式，如图所示，其规格尺寸可以采用英制和公制单位。二极管封装二极管包括直插式和贴片式两种封装，直插式二极管常使用的封装为Diodex.y，例如Diode0.4，它表示两个焊盘中心距为400mil三极管/场效应管常用集成电路封装DIP（DualInlinePackage，双列直插式封装）SIP（SingleInlinePackage，单列直插式封装）常用集成电路封装SOP封装（双列小型贴片封装，也叫SOIC）常用集成电路封装SOJ（SmallOutlinePackage-JLeads，J形引脚小外形封装）常用集成电路封装PLCC（PlasticLeadedChipCarrier，带引脚的塑料芯片载体封装）可以直接焊接在电路板表面，也可以安装在配套的插座上。插座是直插式的，焊接在电路板上。PLCC适用于需要经常插拔芯片的场合，如可编程的逻辑芯片。常用集成电路封装QFP型（QuadFlatPackage，方型扁平封装）常用集成电路封装PGA（PinGridArray，引脚栅格阵列封装）常用集成电路封装BGA（BallGridArray，球形栅格阵列封装）9.2.2 焊盘（Pad)焊盘主要用于焊接时固定元件引脚，同时完成元件引脚和铜箔导线之间的电气连接。选择元件的焊盘类型要综合考虑元件的形状、大小、安装形式、振动、受热情况、受力方向等。焊盘分为贴片式焊盘和通孔式焊盘。9.2.3 过孔（Via）过孔是内壁镀铜、用于连接不同板层间铜箔走线的金属化孔通常过孔直径比焊盘直径要小，这样不仅可以减小过孔的寄生参数，而且可以节省布线空间。过孔的大小也对电路产生影响。过孔越小．其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速布线。但孔径尺寸缩小的同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制减少，它受到钻孔（Drill）和电镀（Plating）等工艺技术的限制。孔径越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置。且当孔的深度超过钻孔直径6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜9.2.4 走线（Track）铜箔走线用来连接焊盘，是印制电路板最重要的部分，也是PCB设计成功与否的关键所在。印制走线的最小宽度受限于走线的载流量和允许温升印制走线的宽度还受到蚀刻工艺的限制，太细的走线在生产上可能无法实现，即使勉强进行蚀刻，生产出来的电路板也容易发生故障，难以稳定工作。因此在进行PCB设计时，除非万不得已，否则线宽不要小于5mil。走线间还需要保持安全间距，以防止信号间的串扰以及电压击穿，并保证电路板的可加工性。9.2.5 预拉线（Ratsnest）预拉线（又称飞线）是用来指示焊盘间存在连接关系的一种连线，通常为白色的细线9.2.6 板层（Layer）在AltiumDesigner中涉及到的板层分为三类：电气板层：AD10最多支持32个信号层和16个内部平面层机械层：AD10最多支持16个机械层特殊层：包括顶层和底层丝印层、顶层和底层阻焊层、底层和底层助焊层、钻孔层、禁止布线层、多层（Mulit-Layer）、DRC错误层、钻孔位置层（钻孔导引层与钻孔图层）。各层的详细说明请见教材9.2.6节例9-1元件封装的分层拆解9.3印制电路板的基本原则前期准备准备正确的原理图确定电路板尺寸形状、板层数量元器件选型布局原则详见9.3.2节布线原则详见9.3.3节焊盘与钻孔的大小及间距通孔式焊盘直径通常是内径的1.5—2.0倍之间，且两者之差最好不小于18mil。焊盘内径=元件引脚直径（或对角线）+（0.2-0.6mm）焊盘直径≥焊盘内径+18mil例如，焊盘/孔径为1.52mm/0.76mm（60mil/30mil）。具体应用中，应根据元件的实际尺寸来定。有条件时，可适当加大焊盘尺寸。焊盘与钻孔的大小及间距过孔焊盘的计算方法为：过孔直径通常是内径的1.5—3.0倍之间，且两者之差最好不小于12mil。过孔直径≥过孔内径+0.3mm（12mil）例如，过孔直径/过孔内径为1.27mm/0.7mm（50mil/28mil）。当布线密度较高时，过孔尺寸可适当减小，但不宜过小，可考虑采用1.0mm/0.6mm（40mil/24mil）。工艺参数板层数：1层、2—20层（取其中的偶数）；板子厚度：0.2—4.0mm(以0.2mm为单位递增)；铜箔厚度：1oz—10oz（1oz代表铜箔厚度约为35um）。线宽/安全间距：≥5mil/5mil（0.125mm）；目前有厂商能提供细至3mil/3mil的工艺。过孔：多层板过孔内径≥8mil（0.2mm），过孔外径≥16mil（0.4mm）；单、