《PCB设计与制作》-第1章-PCB设计的基础知识

《PCB设计与制作》1.1认识PCB1.2PCB设计软件1.3AltiumDesigner软件的安装与汉化1.4认识AD16的设计环境以单片机开发板为例PCB是什么？印制电路板（printedcircuitboard）英文简称PCB，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，并为电子元器件提供相互电气连接。因此，PCB具有导电、绝缘和支撑三个方面的功能。PCB是什么？通常说的PCB是指裸板，即没有焊接元器件的电路板。《PCB设计与制作》课程的任务就是将电子电路产品的PCB版图设计出来，然后制作成印制电路板，最后焊接并调试得到实际的电子产品。PCB是什么？PCB设计制作流程

——以一款爱心炫光流水灯为例绘制电路原理图设计PCB版图使用AltiumDesigner软件设计完成PCB设计制作流程

——以一款爱心炫光流水灯为例绘制电路原理图设计PCB版图制作PCB电路板焊接元器件电路板调试课程学习内容及方法项目1：简易闪烁灯的PCB设计项目2：呼吸灯电路的PCB设计制作与调试项目3：流水灯控制电路的PCB设计制作与调试项目4：单片机万年历双面异形PCB设计项目5：无线鼠标电路异形四层PCB设计项目1手把手教学→项目2、3引导学习→项目4、5自主学习网络教学平台——学习通APP/course/90790050.html1.1认识PCB1.1.1印制电路板分类1.1.2PCB设计要素1.1.3常见元器件及其封装1.1.1印制电路板的分类根据PCB的电路层数，可分为：单面板双面板多层板根据PCB板材的软硬进行分类，可分为：刚性PCB柔性PCB软硬结合板1.1.1印制电路板的分类单面板（Single-SidedBoards）单面板是指只有一面敷铜的电路板，有元件面（顶层TopLayer）和焊接面(底层BottomLayer)两个概念。所谓元件面，就是电子元器件所在的那个面。焊接面就是元件的引脚通过焊锡与PCB上的焊盘连接的那个面。对于过孔插装元件(THD)，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。单面板特点：制作简单，造价低；但是，走线不能交叉而必须绕独自的路径，只适用于简单电路。1.1.1印制电路板的分类双面板（Double-SidedBoards）

两面都有导电图形，不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的“桥梁”叫做金属化过孔(via）。特点：应用最广泛，双面板的面积比单面板大了一倍，并且解决了单面板中因为布线交错的难点，适用比单面板复杂的电路。1.1.1印制电路板的分类多层板（Multi-LayerBoards）指具有三层以上的导电图形层与其间的绝缘材料以相隔层压而成，且其间导电图形按要求互连的印制板。特点：装配密度高，体积小；对于高频电路，加入地线层，屏蔽效果好。通常层数都是偶数，层数越多成本越高，但是加工周期也更长，质量检测比较麻烦。1.1.1印制电路板的分类刚性PCB与柔性PCB的直观上区别是柔性PCB是可以弯曲的。柔性板的耐弯折性，精密性，可更好的应到高精密仪器上（如相机、手机、摄像机等）。柔性PCB软硬结合PCB1.1.2PCB设计要素铜箔铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成PCB的线路与图面。表现形式：铜膜导线、覆铜、焊盘、过孔等1.1.2PCB设计要素铜膜导线（trace）在PCB的表面可以看到的细小线路，称为铜膜导线，是用来提供PCB上零件的电路连接。PCB的导线有粗有细，粗的通常是电源线和地线，而细的则是数据线，导线的粗细不同主要是根据流过的电流值决定的。铜箔宽度（mm）铜箔厚度/电流值70μm50μm35μm2.506.00A5.10A4.50A2.005.10A4.30A4.00A1.504.20A3.50A3.20A1.203.60A3.00A2.70A1.003.20A2.60A2.30A0.802.80A2.40A2.00A0.602.30A1.90A1.60A0.502.00A1.70A1.35A0.401.70A1.35A1.10A0.31.30A1.10A0.80A0.200.90A0.70A0.55A0.150.70A0.50A0.20A1.1.2PCB设计要素焊盘（Pad）焊盘是用于焊接元器件引脚的金属孔，可以固定元件引脚、引出线或测试线等的。AltiumDesigner封装库中给出了形状大小不同的焊盘，如圆形、方形、八角形、圆角方形焊盘等。根据元件封装类型还分为针脚式和贴片式两类封装。针脚式元件封装焊盘上必须要有通孔，表面粘贴式元件封装焊盘上无通孔。焊盘（a）圆形

（b）矩形

（c）八角形

（d）圆角矩形

直插式焊盘

直插式焊盘

贴片焊盘

贴片焊盘图1-11几种类型焊盘1.1.2PCB设计要素过孔（Via）PCB层与层之间的电气连接是通过金属化的过孔来完成的。过孔是在钻孔后的基材孔壁上淀积金属层以实现不同导电层之间的电气连接。从工艺上，过孔可以分为三类：盲孔：从印制板内仅延展到一个表层的导通孔，用于表层电路和下面内层的电路连接，孔的深度通常不超过一定的比率。埋孔：未延伸到印制板表面的一种导通孔。通孔：从印制板的一个表层延展到另一个表层的导通孔，用于实现内部互连或作为元器件的安装定位孔。1.1.2PCB设计要素覆铜（PlaceFill）覆铜，就是将PCB上闲置的空间作为基准面，然后用铜箔填充，敷铜的作用：一是散热，二是屏蔽用来减小高频干扰，三是降低压降，提高电源效率印制。敷铜的方法有大面积覆铜和网格覆铜两种。

（a）大面积覆铜（b）网格覆铜图1-13PCB上的覆铜类型1.1.2PCB设计要素阻焊膜（soldermask）在PCB上除了需要锡焊的焊盘等部分外，其余部分的表面有一层彩色的阻焊膜，其作用是提高焊接质量和节约焊料，也是PCB的永久性保护层，能起到防潮，防腐蚀，防霉和机械擦伤等作用。阻焊膜的颜色只是起到装饰作用，对性能是没有什么影响的。

1.1.2PCB设计要素丝印字符（silkscreen）在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面，主要的功能是在电路板上标注各零件的名称、位置框（大多是白色的），以方便组装后维修及辨识用。1.1.3常见元器件及其封装元件封装分类：针脚式元件（THD）封装：元件的焊盘通孔贯通整个电路板1.1.3常见元器件及其封装元件封装分类：针脚式元件（THD）封装：元件的焊盘通孔贯通整个电路板贴片式元件（SMD）封装：焊接时元件与其焊盘在同一层。1.1.3常见元器件及其封装印制电路板上的元件封装是指实际元件焊接到电路板时所指示的外观和焊点的位置，主要由封装外形和焊盘组成。封装外形用图形及字符形式来指示具体元件装配的位置，是不具备电气性质的。焊盘外形1.1.3常见元器件及其封装焊盘（Pad）：用来放置焊锡、连接导线和焊接元件的管脚针脚式的焊盘放在“多层Multilayer”贴片式焊盘放在“顶层Toplayer”

或“底层Bottomlayer”图形标注放在“

”顶层丝印层TopOverLayer1.1.3常见元器件及其封装元件封装的命名规则一般为：元件类型+焊盘距离（或焊盘数）+元件外形尺寸。轴状的封装，如电阻、电容封装名为“AXIAL0.4”，表示两个管脚焊盘的间距为0.4英寸(400mil)。AXIAL0.4AXIAL0.31.1.3常见元器件及其封装元件类型+焊盘距离（或焊盘数）+元件外形尺寸。电阻电容的贴片封装：英制单位的名称为“0402”，表示元件的外形长×宽为0.04×0.02inch，如图所示。公制单位的名称为“RESC1005L”表示元件的外形长×宽为1.0×0.5mm，如图所示1.1.3常见元器件及其封装元件类型+焊盘距离（或焊盘数）+元件外形尺寸。LED、径向极性电容类元件封装:英制单位名称为“RB.2/.4”，表示两个管脚焊盘的间距为0.2英寸（200mil=5mm），元件直径为0.4英寸(400mil=10mm)。RB.1/.2RB.2/.41.1.3常见元器件及其封装元件类型+焊盘距离（或焊盘数）+元件外形尺寸。CAPPR2-5x6.8同样表示径向极性电容类元件封装，但为公制单位，表示焊盘间距2mm，包含“+”号轮廓为5X6.8mm的圆形尺寸CAPPR5-4x5，表示焊盘间距5mm，4×5表示元件轮廓直径为4mm，包括焊盘长度为5mm。CAPPR2-5x6.8CAPPR5-4x51.1.3常见元器件及其封装元件类型+焊盘距离（或焊盘数）+元件外形尺寸。DIP-16表示双列直插式元件的封装，两列共16个引脚SOP-14为与DIP对应的小型贴片封装，共14个引脚1.2PCB设计软件1.2.1ORCADCapture软件1.2.2PowerPCB软件1.2.3AltiumDesigner软件1.2.1ORCADCapture软件ORCAD是一个混合名词，来源于：俄勒冈(Oregon)+计算机辅助设计（CAD）。早在工作于DOS环境的ORCAD4.0，它就集成了电路原理图绘制、印制电路板设计、数字电路仿真、可编程逻辑器件设计等功能，而且它的界面友好且直观，它的元器件库也是所有EDA软件中最丰富的，在世界上它一直是EDA软件中的首选。1.2.2PowerPCB软件PowerPCB系列软件是由美国MentorGraphics公司主推的电路设计自动化软件，也是目前在电子工程领域内使用最广泛、性能最优秀的EDA软件之一。是一个优秀的印制电路板设计软件。1.2.3AltiumDesigner软件AltiumDesigner是一款综合电子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能的软件，简称AD。AD包含所有设计任务所需工具：原理图、电路仿真、信号完整分析、PCB设计等。1.3AltiumDesigner软件的安装与汉化1.3.1AD16软件的安装1.3.2AD16软件的汉化AD16的下载自行在Altium公司的官网上下载，下载地址为：/下载AltiumDesigner16或其他AD版本的软件或者在网络学习平台的1.2节的“2任务概要”中下载1.3.1AD16软件的安装运行主程序:只改盘符不改路径！两个一起改。方便后面软件的破解。安装过程中有提示修改电脑配置的，全部“选允许本程序所有操作”！1.3.1AD16软件的安装启动主程序

1.3.2AD16软件的汉化菜单栏“DXP”→“Preferences……”→“General”选项→勾选√“UseLocalizedResources”→关闭、重启软件1.4认识AD16软件的设计环境1.4.1AD16的界面环境1.4.2工程文件的操作1.4.1AD16的界面环境菜单栏系统工具栏导航栏工作区面板工作区窗口面板标签已打开面板的选项卡面板选项卡工作窗口标签重设工作区面板的默认状态方法：点击查看→桌面布局→Default。隐藏或固定工作面板的按钮状态栏：可选择工作区面板元件库工作区的面板可以通过拖拽，使其悬浮或者固定在主界面的某一侧边。1.4.1AD16的界面环境1.4.2工程文件的操作PCB工程文件原理图文件PCB文件制造输出文件设置文件库文件PCB封装库原理图库FPGA工程文件自由文件工程文件：PCB工程文件*.PrjPCBFPGA工程文件*.PrjFpg集成库工程 *.LibPkgAD16常见工程及文件类型（用扩展名加以区分）：原理图文件*.SchDoc电路版图文件*.PcbDoc元件符号库*.SchLib元件封装库*.PcbLib1.4.2工程文件的操作PCB作业（学生文件夹）工程1（文件夹）…工程n（文件夹）原理图文件1PCB文件1…原理图文件nPCB文件n…【注意】每个工程都要建立一个文件夹，以存放工程中的所有文档1.PCB工程的创建与关闭新建文件夹“E