第7章电路板新设计基础

第7章电路板新设计基础Protel DXP课程描述：课程描述：本章主要介绍印制电路板的基础知识、印制电路板的布本章主要介绍印制电路板的基础知识、印制电路板的布局原则和布线原则以及印制电路板的设计流程。局原则和布线原则以及印制电路板的设计流程。本章的学习是进行印制电路板设计的基础。作为一个好本章的学习是进行印制电路板设计的基础。作为一个好的的PCB设计师，应充分了解各种覆铜板、元器件的特性、特设计师，应充分了解各种覆铜板、元器件的特性、特点；并熟练掌握印制电路板的布局原则和布线原则。点；并熟练掌握印制电路板的布局原则和布线原则。第7章 印制电路板设计基础Protel DXP 了解印制电路板的概念、种类及作用了解印制电路板的概念、种类及作用 熟悉并初步理解印制电路板的基本组件熟悉并初步理解印制电路板的基本组件 掌握印制电路板的布局、布线原则掌握印制电路板的布局、布线原则 掌握印制电路板设计流程掌握印制电路板设计流程 知识点及技能点Protel DXP所谓印制电路板，也称印制线路板（所谓印制电路板，也称印制线路板（Printed Circuit Board，简称简称PCB）。它是指在绝缘基材上，按预先设计，制成的一）。它是指在绝缘基材上，按预先设计，制成的一定尺寸板，在其上面至少有一个导电图形或印制元件以及所定尺寸板，在其上面至少有一个导电图形或印制元件以及所设计好的孔，以实现元器件之间的电气互连设计好的孔，以实现元器件之间的电气互连7.1.1 单层板、双层板、多层板单层板（单层板（Single-Sided Boards）:单边布线。单边布线。双层板（双层板（Double-Sided Boards）：两面布线。）：两面布线。多层板（多层板（Multi-Layer Boards）：顶、底两个信号层，内）：顶、底两个信号层，内部电源层，接地层，中间信号层。部电源层，接地层，中间信号层。7.1 电路板设计的基本常识Protel DXP 元件封装（元件封装（FootprintFootprint）元器件的封装是指实际元器件焊接到电路板时所指示的外观和焊元器件的封装是指实际元器件焊接到电路板时所指示的外观和焊点位置，仅是空间的概念点位置，仅是空间的概念 元器件封装分为两大类：针脚式和表面粘着式（元器件封装分为两大类：针脚式和表面粘着式（SMDSMD）元器件封装的编号：元件类型元器件封装的编号：元件类型+焊点距离（焊点数）焊点距离（焊点数）+元件外型尺元件外型尺寸寸 如：如：DIP-16表示双排插式的元件封装，两排各为表示双排插式的元件封装，两排各为8个引脚；个引脚；AXIAL-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；RB.2/.4 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200mil，零件直，零件直径为径为400mil。常用元件的封装常用元件的封装电阻：电阻：“AXIAL”为轴状包装方式为轴状包装方式，从，从AXIAL-0.3 AXIAL1.0 7.1.2 元件的封装类型Protel DXP 常用元件的封装常用元件的封装电容：电容：常用的管脚封装为常用的管脚封装为RAD（扁平包装）（扁平包装）和和RB（筒状包装）系列，（筒状包装）系列，RAD系列从系列从RAD-0.1到到RAD-0.4，RB系列从系列从 RB5-10.5到到 RB7.6-15。RAD后面的数值表示两个焊点间的距离。后面的数值表示两个焊点间的距离。二极管二极管 三级管三级管 集成电路：集成电路的封装分为针脚式和表面粘贴式集成电路：集成电路的封装分为针脚式和表面粘贴式 7.1.2 元件的封装类型Protel DXP信号层（信号层（Signal Layer）:放置信号线和电源线。放置信号线和电源线。电源层（电源层（Power LayerPower Layer）和接地层（）和接地层（Ground Ground LayerLayer）：对信号线进行修正，提供电力。）：对信号线进行修正，提供电力。丝印层（丝印层（Silk screen LayerSilk screen Layer）：注释信息。）：注释信息。7.1.3 电路板的各层Protel DXP焊盘（焊盘（Pad）:放置焊锡，焊接元件。放置焊锡，焊接元件。过孔（过孔（ViaVia）：连同）：连同3 3各层之间的线路。各层之间的线路。通孔（通孔（Through viaThrough via）：从顶层贯穿到底层。）：从顶层贯穿到底层。盲孔盲孔(Blind via)(Blind via)：从顶层到内层或从内层到：从顶层到内层或从内层到 底层。底层。埋孔（埋孔（Buried viaBuried via）：内层到内层。）：内层到内层。金手指（金手指（edge connectoredge connector）：连接）：连接PCBPCB。7.1.4 焊盘、过孔、金手指Protel DXP助焊膜助焊膜:帮助焊锡。涂于焊盘上。帮助焊锡。涂于焊盘上。阻焊膜阻焊膜：阻止焊锡。涂于焊盘以外。：阻止焊锡。涂于焊盘以外。7.1.5 助焊膜和阻焊膜7.1.6 铜膜导线与飞线铜膜导线也称印制导线或铜膜走线，用于连接各个焊盘和铜膜导线也称印制导线或铜膜走线，用于连接各个焊盘和过孔，完成电气连接，是有宽度、有位置方向（起点和终点）过孔，完成电气连接，是有宽度、有位置方向（起点和终点）和有形状（直线或弧线）的线条。和有形状（直线或弧线）的线条。铜膜飞线：电路板制成后，遗漏的布线，宁外连接称为飞铜膜飞线：电路板制成后，遗漏的布线，宁外连接称为飞线，也称跳线。线，也称跳线。Protel DXP网络状填充区网络状填充区:网络状铜箔。电气上较高的抑制网络状铜箔。电气上较高的抑制高频干扰，用于大面积填充，如屏蔽区、分割区，高频干扰，用于大面积填充，如屏蔽区、分割区，大电流的电源线。大电流的电源线。填充区填充区：完整铜箔。用于线端部或转折区。：完整铜箔。用于线端部或转折区。7.1.7 填充区Protel DXP7.2.1 确定确定PCB的尺寸与形状的尺寸与形状要进行电路板的设计，首先需要规划电路板的大小以及确定电路要进行电路板的设计，首先需要规划电路板的大小以及确定电路板的层数。板的层数。电路板尺寸应合理（恰能放入机壳为宜）。电路板尺寸应合理（恰能放入机壳为宜）。太大：印制线路加长，阻抗增加，成本增加，抗噪能力下降；太大：印制线路加长，阻抗增加，成本增加，抗噪能力下降；太小：邻线干扰大，不易散热；太小：邻线干扰大，不易散热；在满足电气功能要求的前提下，应尽可能选用层数较在满足电气功能要求的前提下，应尽可能选用层数较少的电路板少的电路板。电路板最佳形状为矩形，长宽比为电路板最佳形状为矩形，长宽比为3：2或或4：3.面积大于面积大于200mm150mm,要考虑承受的机械强度。要考虑承受的机械强度。7.2 电路板设计的基本原则Protel DXPA、元件排列一般性原则、元件排列一般性原则（1）为便于自动焊接，每边要留出）为便于自动焊接，每边要留出3.5mm的传送边。的传送边。（2）在通常情况下，所有的元器件均应布置在印制板的顶层上。）在通常情况下，所有的元器件均应布置在印制板的顶层上。（3）元器件在整个板面上应紧凑的分布，尽量缩短元件间的布线）元器件在整个板面上应紧凑的分布，尽量缩短元件间的布线长度。长度。（4）首先放置与机箱结构有关的元件，便于固定。）首先放置与机箱结构有关的元件，便于固定。（5）将可调元件布置在易调节的位置。）将可调元件布置在易调节的位置。（6）某些元器件或导线之间可能存在较高的电位差，应加大它们）某些元器件或导线之间可能存在较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电击穿引起意外短路。之间的距离，以免放电击穿引起意外短路。（7）高频元件缩短连线，易受干扰元件相互远离，尽量远离输入）高频元件缩短连线，易受干扰元件相互远离，尽量远离输入和输出元件。和输出元件。（8）带高压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。）带高压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。（9）在保证电气性能的前提下，元器件在整个板面上应均匀、整）在保证电气性能的前提下，元器件在整个板面上应均匀、整齐排列，疏密一致，以求美观。齐排列，疏密一致，以求美观。7.2.2 PCB元件布局及散热元件布局及散热Protel DXPB、元件排列其他原则、元件排列其他原则（1）信号流向布局原则）信号流向布局原则 保持信号方向一致。保持信号方向一致。（2）抑制热干扰原则）抑制热干扰原则自由对流空气冷却设备，元件纵向排列；强制空气冷却设备，元自由对流空气冷却设备，元件纵向排列；强制空气冷却设备，元件横向排列。件横向排列。发热小或耐热性差的元件排在冷气流上游；发热量大或耐热性好发热小或耐热性差的元件排在冷气流上游；发热量大或耐热性好的元件排在冷气流下游。的元件排在冷气流下游。大功率元件尽量放在大功率元件尽量放在PCB版的左右两边或上方。版的左右两边或上方。热敏元件放在温度最低的区域，可以添加散热片。热敏元件放在温度最低的区域，可以添加散热片。合理安排元件，便于空气流动，有利于散热。合理安排元件，便于空气流动，有利于散热。（3）抑制电磁干扰原则。）抑制电磁干扰原则。元件按高频、中频、低频排列。元件按高频、中频、低频排列。（4）提高机械强度原则）提高机械强度原则 7.2.2 PCB元件布局及散热元件布局及散热Protel DXP布线和布局是密切相关的两项工作，布局的好坏直接影响着布线布线和布局是密切相关的两项工作，布局的好坏直接影响着布线的布通率。布线受布局、板层、电路结构和电性能要求等多种因的布通率。布线受布局、板层、电路结构和电性能要求等多种因素影响，布线结果又直接影响电路板性能。进行布线时只有综合素影响，布线结果又直接影响电路板性能。进行布线时只有综合考虑各种因素，才能设计出高质量的印制线路板。考虑各种因素，才能设计出高质量的印制线路板。A、印制电路板布线的一般原则、印制电路板布线的一般原则（1）导线尽可能短，避免长距离平行走线。）导线尽可能短，避免长距离平行走线。（2）输入和输出线应尽量避免相邻平行，不能避免时，应加大二）输入和输出线应尽量避免相邻平行，不能避免时，应加大二者间距或在二者中间添加地线，以免发生反馈耦合。者间距或在二者中间添加地线，以免发生反馈耦合。（3）同方向信号线应尽量减小平行走线距离。）同方向信号线应尽量减小平行走线距离。（4）印制电路板相邻两个信号层的导线应互相垂直、斜交或弯曲）印制电路板相邻两个信号层的导线应互相垂直、斜交或弯曲走线，应避免平行，以减少寄生耦合。走线，应避免平行，以减少寄生耦合。（5）印制导线的宽度尽量一致，有利于阻抗匹配。）印制导线的宽度尽量一致，有利于阻抗匹配。7.2.3 PCB布线原则布线原则Protel DXP（6）印制导线的拐弯一般选择）印制导线的拐弯一般选择45斜角，或采用圆弧拐角。斜角，或采用圆弧拐角。直角和锐角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性直角和锐角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。能。（7）印制导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附）印制导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。分离元件，一般取强度和流过它们的电流值决定。分离元件，一般取0.45mm（18mil）；集成电路，线宽在）；集成电路，线宽在0.21.0mm之间，一般可取之间，一般可取0.25(10mil)；强电流线，使用；强电流线，使用0.45mm线宽。线宽。（8）印制导线的间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和）印制导线的间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。集成电路和数字电路，最小间距可取击穿电压决定。集成电路和数字电路，最小间距可取10mil（0.25mm）（9）信号线高、低电平悬殊时，还要加大导线的间距；在）信号线高、低电平悬殊时，还要加大导线的间距；在布线密度比较低时，可加粗导线，信号线的间距也可适当加布线密度比较低时，可加粗导线，信号线的间距也可适当加大。大。（10）印制导线如果需要进行屏蔽，在要求不高时，可采用）印制导线如果需要进行屏蔽，在要求不高时，可采用印制屏蔽线，即包地处理。印制屏蔽线，即包地处理。7.2.3 PCB布线原则布线原则Protel DXPB、印制电路板布线的其他原则、印制电路板布线的其他原则（1）电源、地线的布设）电源、地线的布设低频电路（小于低频电路（小于1MHz），采用单点接地；中频电路），采用单点接地；中频电路（110MHz）采用多点接地或单点接地（地线长度小于波）采用多点接地或单点接地（地线长度小于波长的长的1/20）；高频电路（大于）；高频电路（大于10MHz），采用多点接地。），采用多点接地。尽量加粗地线并大面积敷铜。尽量加粗地线并大面积敷铜。公共地线尽量布置在公共地线尽量布置在PCB板的边缘。板的边缘。（2）数字电路和模拟电路的布线）数字电路和模拟电路的布线 数字电路和模拟电路尽量分开，二者的地线也要分开。数字电路和模拟电路尽量分开，二者的地线也要分开。数字电路中将地线做成闭合环路可以明显提高抗噪能力。数字电路中将地线做成闭合环路可以明显提高抗噪能力。7.2.3 PCB布线原则布线原则Protel DXP为避免电源电磁干扰，为避免电源电磁干扰，PCB电磁兼容设计的常规做法之一是电磁兼容设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的去耦电容。去耦电容的在印制板的各个关键部位配置适当的去耦电容。去耦电容的一般配置原则是：一般配置原则是：（1）电源输入端跨接）电源输入端跨接10100uF的电解电容器。的电解电容器。（2）原则上每个集成电路芯片都应布置一个原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片的瓷片电容。电容。（3）对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的元件，在芯片）对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的元件，在芯片的电源线和地线之间接入去耦电容。的电源线和地线之间接入去耦电容。（4）去耦电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有）去耦电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。引线。7.2.4 去耦电容的配置去耦电容的配置Protel DXP过孔处理的一般原则是：过孔处理的一般原则是：（1）过孔直径的确定与载流量大小及加工工艺有关）过孔直径的确定与载流量大小及加工工艺有关，一般，一般电路中，过孔的钻孔直径设置为电路中，过孔的钻孔直径设置为40mil（1mm），焊盘直径），焊盘直径22mil（0.56mm）。多层板，使用）。多层板，使用10/20mil(钻孔钻孔/焊盘焊盘)的的过孔。过孔。（2）布线设计时应尽量减少过孔数量）布线设计时应尽量减少过孔数量。处理好过孔与周边。处理好过孔与周边导线、元件焊盘的间隙。导线、元件焊盘的间隙。（3）载流量越大，过孔直径越大）载流量越大，过孔直径越大。7.2.5 过孔的应用过孔的应用Protel DXP焊盘尺寸：焊盘尺寸：（1）分离元件和插件大多采用圆形焊盘，直径）分离元件和插件大多采用圆形焊盘，直径62mil（1.55mm），内孔直径），内孔直径32mil（0.8mm）；）；DIP或或PGA封封装的集成元件，装的集成元件，圆形焊盘直径圆形焊盘直径50mil（1.25mm），内孔直径），内孔直径32mil（0.8mm）；）；（2）扁平封装的元件采用矩形焊盘，内径为）扁平封装的元件采用矩形焊盘，内径为0，长约为，长约为86.614mil（2.2mm），宽约为），宽约为23.622mil（0.6mm）。）。（3）一般元件的引脚直径加）一般元件的引脚直径加0.3mm可作为内孔直径，且内可作为内孔直径，且内孔直径大于等于孔直径大于等于0.6mm。补泪滴处理补泪滴处理与焊盘连接的走线较细时，焊盘与走线间的连接设计为水滴与焊盘连接的走线较细时，焊盘与走线间的连接设计为水滴状。状。7.2.6 焊盘形状大小与补泪滴处理焊盘形状大小与补泪滴处理Protel DXP大面积敷铜主要有两种作用：大面积敷铜主要有两种作用：一种是用于屏蔽来减小外界干扰。一种是用于屏蔽来减小外界干扰。一种作用是利于散热。一种作用是利于散热。一般大面积敷铜设计成网状。一般大面积敷铜设计成网状。7.2.7 大面积敷铜大面积敷铜Protel DXP按基板材料划分：刚性印制电路板、柔性印制电路板、刚按基板材料划分：刚性印制电路板、柔性印制电路板、刚-柔性印柔性印制电路板。制电路板。（1）刚性印制电路板：是以刚性基材制成的印制板。）刚性印制电路板：是以刚性基材制成的印制板。酚醛纸质层压板。酚醛纸质层压板。环氧纸质层压板。环氧纸质层压板。聚酯玻璃毡层压板。聚酯玻璃毡层压板。环氧玻璃布层压板。环氧玻璃布层压板。（2）柔性印制电路板（软印制板）：是以软性绝缘材料为基材的）柔性印制电路板（软印制板）：是以软性绝缘材料为基材的印制板，可以折叠、弯曲和卷绕。印制板，可以折叠、弯曲和卷绕。具体材料有：具体材料有：聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、氟化乙丙烯薄膜。聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、氟化乙丙烯薄膜。（3）刚）刚-柔性印制电路板：利用柔性基材，并在不同区域与刚性柔性印制电路板：利用柔性基材，并在不同区域与刚性基材结合制成的印制板，主要用于印制电路的接口部分。刚基材结合制成的印制板，主要用于印制电路的接口部分。刚-柔性印制电路板以下有柔性印制电路板以下有5种类型：种类型：1型板：有增强层的柔性单面印制电路板。型板：有增强层的柔性单面印制电路板。2型板：有增强层的柔性双面印制电路板，无过孔。型板：有增强层的柔性双面印制电路板，无过孔。3型板：有增强层的柔性双面印制电路板，有过孔。型板：有增强层的柔性双面印制电路板，有过孔。4型板：刚柔结合多层板。型板：刚柔结合多层板。5型板：组合刚柔印制电路板。型板：组合刚柔印制电路板。7.2.8 板材与板厚板材与板厚Protel DXP板厚由印制板的功能及所装元件重量、印制板插板厚由印制板的功能及所装元件重量、印制板插座规格、印制板外形尺寸及所承受的机械负荷座规格、印制板外形尺寸及所承受的机械负荷决定。决定。多层板的总厚度及各层厚度由电气需要和结构性多层板的总厚度及各层厚度由电气需要和结构性能以及覆箔板规格决定。能以及覆箔板规格决定。常见厚度常见厚度0.5mm、1mm、1.5mm、2mm。7.2.8 板材与板厚板材与板厚Protel DXP2、判断题、判断题（1）为使电路板更加美观，布线应尽可能平行布置。（）为使电路板更加美观，布线应尽可能平行布置。（）答案：答案：（2）元件的布局应便于信号流通，使信号尽可能保持一致的方向。）元件的布局应便于信号流通，使信号尽可能保持一致的方向。（）答案：答案：（3）元件封装是和元件一一对应的，不能混用。（）元件封装是和元件一一对应的，不能混用。（）答案：答案：作业及练习作业及练习 Protel DXP3、选择题、选择题（1）元件封装按安装形式分为（）元件封装按安装形式分为（）大类。）大类。A、三、三 B、两、两 C、四、四 D、五、五答案：答案：B（2）元件封装英文名称为（）元件封装英文名称为（）。）。A、Pad B、Vir C、Layer D、Footprint答案：答案：D（3）板层的英文名称为（）板层的英文名称为（）。）。A、Pad B、Vir C、Layer D、Footprint答案：答案：C 作业及练习作业及练习