PCB设计基础剖析.ppt

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1、第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202226.36.3 任务三：认识元器件封装任务三：认识元器件封装 6.3.1 元器件封装元器件封装 6.3.2 常用元器件封装常用元器件封装 第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/20223 背景背景 要进行要进行PCB设计，首先要了解印制电路板的结构、板设计，首先要了解印制电路板的结构、板中的各种对象及其用途，了解这些对象在中的各种对象及其用途，了解这些对象在Protel软件中的表软件中的表示，以及示，以及PCB编辑器的一些基本参数设置，这是进行编辑器的一些基本参数设置，这是进行PCB设计的基础。设计的基础。第第 6 章章 PCB

2、设计基础设计基础 7/2/20224 要点要点印制电路板的结构印制电路板的结构印制电路板图在印制电路板图在PCB文件中的表示文件中的表示元器件封装的概念元器件封装的概念元器件封装在元器件封装在PCB文件中的表示文件中的表示PCB文件的建立文件的建立PCB文件中一些常用参数的设置等文件中一些常用参数的设置等第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202256.1任务一：认识印制电路板任务一：认识印制电路板6.1.1 印制电路板结构印制电路板结构 印制电路板简称为印制电路板简称为PCB（Printed Circuit Board），是通），是通过一定的制作工艺，在绝缘度非常高的基材上覆盖一

3、层导电性过一定的制作工艺，在绝缘度非常高的基材上覆盖一层导电性能良好的铜箔构成覆铜板，按照能良好的铜箔构成覆铜板，按照PCB图的要求，在覆铜板上蚀图的要求，在覆铜板上蚀刻出相关的图形，再经钻孔等后处理制成，以供元器件装配所刻出相关的图形，再经钻孔等后处理制成，以供元器件装配所用。用。 印制电路板根据结构不同可分为单面板、双面板和多层板。印制电路板根据结构不同可分为单面板、双面板和多层板。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/20226 单面板是指在一面覆铜的电路板，只可在覆铜的一面布线。单面板是指在一面覆铜的电路板，只可在覆铜的一面布线。制作成本简单，但由于只能在一面布线且不允许交叉

4、，布线难制作成本简单，但由于只能在一面布线且不允许交叉，布线难度较大，适用于比较简单的电路。度较大，适用于比较简单的电路。 双面板是两面覆铜，两面均可布线。制作成本低于多层板，双面板是两面覆铜，两面均可布线。制作成本低于多层板，由于可以两面布线，布线难度降低，因此是最常用的结构。由于可以两面布线，布线难度降低，因此是最常用的结构。 多层板一般指多层板一般指3层以上的电路板。多层板不仅两面覆铜，在层以上的电路板。多层板不仅两面覆铜，在电路板内部也包含铜箔，各铜箔之间通过绝缘材料隔离。但制电路板内部也包含铜箔，各铜箔之间通过绝缘材料隔离。但制作成本较高，多用于电路布线密集的情况。作成本较高，多用于

5、电路布线密集的情况。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202276.1.2 印制电路板中的各种对象印制电路板中的各种对象（1）铜膜导线：用于各导电对象之间的连接，由铜箔构成，具）铜膜导线：用于各导电对象之间的连接，由铜箔构成，具有导电特性。有导电特性。（2）焊盘：用于放置焊锡、连接导线和元器件引脚，由铜箔构）焊盘：用于放置焊锡、连接导线和元器件引脚，由铜箔构成，具有导电特性。成，具有导电特性。（3）过孔：用于连接印制电路板不同板层的铜膜导线，由铜箔）过孔：用于连接印制电路板不同板层的铜膜导线，由铜箔构成，具有导电特性。构成，具有导电特性。（4）元器件符号轮廓：表示元器件实际所占空

6、间大小，不具有）元器件符号轮廓：表示元器件实际所占空间大小，不具有导电特性。导电特性。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/20228（5）字符：可以是元器件的标号、标注或其他需要标注的内容，）字符：可以是元器件的标号、标注或其他需要标注的内容，不具有导电特性。不具有导电特性。（6）阻焊剂：为防止焊接时焊锡溢出造成短路，需在铜膜导线）阻焊剂：为防止焊接时焊锡溢出造成短路，需在铜膜导线上涂覆一层阻焊剂。阻焊剂只留出焊点的位置，而将铜膜导线上涂覆一层阻焊剂。阻焊剂只留出焊点的位置，而将铜膜导线覆盖住，不具有导电特性。覆盖住，不具有导电特性。过孔铜膜导线，其上覆盖阻焊剂元器件符号轮廓焊盘字

7、符图图6-1-1 印制电路板印制电路板第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202296.2 任务二：了解印制电路板图在任务二：了解印制电路板图在Protel软件中的表示软件中的表示1信号层（信号层（Signal Layer） 信号层用于表示铜膜导线所在的层面，包括顶层（信号层用于表示铜膜导线所在的层面，包括顶层（Top Layer）、底层（）、底层（Bottom Layer）和）和30个中间层（个中间层（Mid Layer），），其中中间层只用于多层板。其中中间层只用于多层板。2内部电源内部电源/接地层（接地层（Internal Plane Layer） 内部电源内部电源/接地层共

8、有接地层共有16个，用于在多层板中布置电源线和个，用于在多层板中布置电源线和接地线。接地线。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022103机械层（机械层（Mechanical Layer） 机械层共有机械层共有16个。用于设置电路板的外形尺寸、数据标记、个。用于设置电路板的外形尺寸、数据标记、对齐标记、装配说明以及其他机械信息。这些信息因设计公司对齐标记、装配说明以及其他机械信息。这些信息因设计公司或或PCB制造厂家的要求而有所不同。制造厂家的要求而有所不同。4阻焊层（阻焊层（Solder Mask Layer） 阻焊层用于表示阻焊剂的涂覆位置，包括顶层阻焊层阻焊层用于表示阻焊

9、剂的涂覆位置，包括顶层阻焊层（Top Solder）和底层阻焊层（）和底层阻焊层（Bottom Solder）。）。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022115Paste Mask Layer（锡膏防护层）（锡膏防护层） 锡膏保护层与阻焊层的作用相似，不同的是，在机器焊接锡膏保护层与阻焊层的作用相似，不同的是，在机器焊接时对应的是表面粘贴式元件的焊盘。它包括顶层锡膏防护层时对应的是表面粘贴式元件的焊盘。它包括顶层锡膏防护层（Top Paste）和底层锡膏防护层（）和底层锡膏防护层（Bottom Paste）。）。6丝印层（丝印层（Silkscreen Layer） 丝印层用于

10、放置元器件符号轮廓、元器件标注、标号以及丝印层用于放置元器件符号轮廓、元器件标注、标号以及各种字符等印制信息。它包括顶层丝印层（各种字符等印制信息。它包括顶层丝印层（Top Overlay）和）和底层丝印层（底层丝印层（Bottom Overlay）。）。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022127多层（多层（Multi Layer） 多层用于显示焊盘和过孔。多层用于显示焊盘和过孔。8禁止布线层（禁止布线层（Keep Out Layer） 禁止布线层用于定义在电路板上能够有效放置元器件和布禁止布线层用于定义在电路板上能够有效放置元器件和布线的区域，主要用于线的区域，主要用于P

11、CB设计中的自动布局和自动布线。设计中的自动布局和自动布线。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202213图图6-2-1 顶层（顶层（Top Layer）的布线）的布线图图6-2-2 底层（底层（Bottom Layer）的布线）的布线图图6-2-3 顶层丝印层（顶层丝印层（Top Overlay）图图6-2-4 底层丝印层（底层丝印层（Bottom Overlay）第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202214图图6-2-5 多层（多层（Multi Layer）显示的焊盘与过孔）显示的焊盘与过孔6.2.2 铜膜导线、焊盘、过孔、字符等的表示铜膜导线、焊盘、过孔、字

12、符等的表示1铜膜导线（铜膜导线（Track） 铜膜导线（铜膜导线（Track）必须绘制在信号层，即顶层（）必须绘制在信号层，即顶层（Top Layer）、底层（）、底层（Bottom Layer）和中间层（）和中间层（Mid Layer）。）。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022152焊盘（焊盘（Pad） 焊盘（焊盘（Pad）分为两类，即针脚式和表面粘贴式，分别对）分为两类，即针脚式和表面粘贴式，分别对应具有针脚式引脚的元器件和表贴式（表面粘贴式）元器件。应具有针脚式引脚的元器件和表贴式（表面粘贴式）元器件。 图图6-2-6 针脚式焊盘尺寸针脚式焊盘尺寸 图图6-2-7 针

13、脚式焊盘的三种类型针脚式焊盘的三种类型第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022163过孔（过孔（Via） 过孔（过孔（Via）也称为导孔，过孔分为三种，即从顶层到底）也称为导孔，过孔分为三种，即从顶层到底层的穿透式过孔（如图层的穿透式过孔（如图6-2-9所示）从顶层到内层或从内层到底所示）从顶层到内层或从内层到底层的盲过孔（如图层的盲过孔（如图6-2-10所示）和层间的隐藏过孔。所示）和层间的隐藏过孔。图图6-2-8 表面粘贴式焊盘表面粘贴式焊盘图图6-2-9 穿透式过孔穿透式过孔图图6-2-10 盲过孔盲过孔第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022174字符（

14、字符（String） 字符必须写在顶层丝印层（字符必须写在顶层丝印层（Top Overlay）和底层丝印层）和底层丝印层（Bottom Overlay。5安全间距（安全间距（Clearance） 进行印制电路板图设计时，为了避免导线、过孔、焊盘及进行印制电路板图设计时，为了避免导线、过孔、焊盘及元器件间的相互干扰，必须在它们之间留出一定间隙，即安全元器件间的相互干扰，必须在它们之间留出一定间隙，即安全间距（如图间距（如图6-2-11所示）。所示）。图图6-2-11 安全间距安全间距第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022186.3 任务三：认识元器件封装任务三：认识元器件封装6

15、.3.1 元器件封装元器件封装1元器件封装的概念元器件封装的概念 元器件封装是指实际的电子元器件焊接到电路板时所指示元器件封装是指实际的电子元器件焊接到电路板时所指示的轮廓和焊点的位置，它保证了元器件引脚与电路板上的焊盘的轮廓和焊点的位置，它保证了元器件引脚与电路板上的焊盘一致。一致。2元器件封装的分类元器件封装的分类 根据焊接方式不同，元器件封装可分为两大类：针脚式和根据焊接方式不同，元器件封装可分为两大类：针脚式和表面粘贴式。表面粘贴式。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202219（a）针脚式元器件）针脚式元器件（b）表面粘贴式元器件）表面粘贴式元器件图图6-3-1 元器件

16、封装的分类元器件封装的分类第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022206.3.2 常用元器件封装常用元器件封装1电容类封装电容类封装1212 图图6-3-2 无极性电容封装无极性电容封装 图图6-3-3 有极性电容封装有极性电容封装第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022212电阻类封装电阻类封装12图图6-3-4 电阻封装电阻封装3二极管类封装二极管类封装12图图6-3-5 二极管封装二极管封装第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022224晶体管类封装晶体管类封装图图6-3-6 常用小功率常用小功率三极管封装三极管封装123321图图6-3-7

17、 表贴式三极表贴式三极管封装管封装5集成电路封装集成电路封装1234567141312111098图图6-3-8 双列直插式双列直插式芯片封装芯片封装 图图6-3-9 表贴式芯片表贴式芯片封装封装第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022236.4 任务四：任务四：PCB编辑器编辑器6.4.1 PCB编辑器的画面管理编辑器的画面管理1在工程项目中建立在工程项目中建立PCB文件文件（1）新建或打开一个工程项目文件，并执行保存操作。）新建或打开一个工程项目文件，并执行保存操作。（2）在）在“Projects（项目）（项目）”面板的项目名称上单击鼠标右面板的项目名称上单击鼠标右键，在快

18、捷菜单中选择键，在快捷菜单中选择“Add New to Project”“PCB”，则，则在左边的面板中出现了在左边的面板中出现了PCB1.PcbDoc的文件名，同时右边打的文件名，同时右边打开了一个开了一个PCB文件，如图文件，如图6-4-1所示。所示。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202224图图6-4-1 新建的新建的PCB文件文件（3）继续执行菜单命令）继续执行菜单命令“File”“Save”或单击或单击“保存保存”图标，图标，系统弹出系统弹出“保存保存”对话框，选择工程项目文件所在文件夹，并对话框，选择工程项目文件所在文件夹，并将该将该PCB文件重新命名后，单击文件

19、重新命名后，单击“保存保存”按钮。按钮。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022252管理管理PCB编辑器画面编辑器画面 要求：打开系统提供的示例要求：打开系统提供的示例C:Program FilesAltium2004 SP2ExamplesPCB Auto-RoutingPCB Auto-Routing.PrjPCB中的中的Routed BOARD1.PcbDOC文件，练习文件，练习各种画面显示的操作。各种画面显示的操作。（1）放大画面。执行菜单命令）放大画面。执行菜单命令“View”“Zoom In”或按或按“Page Up”键。键。（2）缩小画面。执行菜单命令）缩小画面

20、。执行菜单命令“View”“Zoom Out”或按或按“Page Down”键。键。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202226（3）显示电路板的全部内容。执行菜单命令）显示电路板的全部内容。执行菜单命令“View”“Fit Document”或单击或单击“PCB Standard”工具栏中的工具栏中的 图标，图标，则图纸上的全部内容都显示在工作窗口中间。则图纸上的全部内容都显示在工作窗口中间。（4）放大指定区域。执行菜单命令）放大指定区域。执行菜单命令“View”“Area”或单击或单击“PCB Standard”工具栏中的工具栏中的 图标，用十字光标分别在要图标，用十字光标

21、分别在要放大区域的两个对角线顶点单击鼠标左键，则选定的区域放大放大区域的两个对角线顶点单击鼠标左键，则选定的区域放大在工作区中间。在工作区中间。（5）快速移动画面。按住鼠标右键，此时光标变成手形，拖动）快速移动画面。按住鼠标右键，此时光标变成手形，拖动即可。即可。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022276.4.2 PCB编辑器的工作层管理编辑器的工作层管理 要求：打开系统提供的示例要求：打开系统提供的示例C:Program FilesAltium2004 SP2ExamplesPCB Auto-RoutingPCB Auto-Routing.PrjPCB中的中的Routed

22、 BOARD1.PcbDOC文件，练习文件，练习各种有关工作层的操作。各种有关工作层的操作。1当前工作层的转换当前工作层的转换图图6-4-2 PCB文件中的工作层标签文件中的工作层标签第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202228（1）用鼠标左键单击要设置为当前层的工作层标签。）用鼠标左键单击要设置为当前层的工作层标签。（2）按小键盘上的）按小键盘上的“*”键，可在键，可在Top Layer和和Bottom Layer之之间进行转换，这种方法在绘图过程中鼠标正在使用时非常方便。间进行转换，这种方法在绘图过程中鼠标正在使用时非常方便。（3）按小键盘上的）按小键盘上的“+”或或“”键

23、，可按工作层标签的排列顺键，可按工作层标签的排列顺序依次将其设置为当前工作层。序依次将其设置为当前工作层。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022292单层显示单层显示 执行菜单命令执行菜单命令“Tools”“Preferences”，系统弹出，系统弹出“Preferences”对话框对话框用鼠标左键单击对话框左侧的用鼠标左键单击对话框左侧的“Protel PCB”前的前的“+”图标，使其变为图标，使其变为“”单击单击“Protel PCB”文件夹下的文件夹下的“Display”选项选项在对话框右侧的在对话框右侧的“Display Options”区域中选中区域中选中“Sing

24、le Layer Mode（单层显示模式）（单层显示模式）”复选框，如图复选框，如图6-4-3所示所示单击单击“OK”按钮即可。按钮即可。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202230图图6-4-3 设置单层显示模式设置单层显示模式第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022313工作层的显示工作层的显示 执行菜单命令执行菜单命令“Design”“Board Layers & Colors”，系，系统弹出统弹出“Board Layers & Colors”对话框，如图对话框，如图6-4-4所示。所示。图图6-4-4 “Board Layers and Colors”对

25、话框对话框第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022324工作层的颜色工作层的颜色 在默认状态下，系统为每个工作层赋予一个颜色。要修改工作在默认状态下，系统为每个工作层赋予一个颜色。要修改工作层颜色，可以单击工作层名称后面的颜色块，在弹出的调色板中进层颜色，可以单击工作层名称后面的颜色块，在弹出的调色板中进行修改。行修改。6.4.3 PCB编辑器的参数设置编辑器的参数设置1栅格、单位等参数设置栅格、单位等参数设置1）在）在“Board Options”对话框中设置对话框中设置 执行菜单命令执行菜单命令“Design”“Board Options”或在或在PCB文件的文件的工作窗口

26、单击鼠标右键，在快捷菜单中选择工作窗口单击鼠标右键，在快捷菜单中选择“Options”“Board Options”，系统弹出，系统弹出“Board Options”对话框，如图对话框，如图6-4-8所示。所示。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202233图图6-4-8 “Board Options”对话框对话框第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202234（1）单位设置。在）单位设置。在“Measurement Unit”区域中进行单位设置。区域中进行单位设置。PCB文件中共有两种单位，即文件中共有两种单位，即Imperial（英制）和（英制）和Metric（公

27、（公制），单击制），单击Unit右侧的下拉按钮，从中进行选择。右侧的下拉按钮，从中进行选择。PCB文件的当前单位可在屏幕左下角的状态栏中显示出来，如文件的当前单位可在屏幕左下角的状态栏中显示出来，如图图6-4-9所示。所示。图图6-4-9 PCB文件中的状态栏文件中的状态栏第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202235（2）栅格类型设置。在）栅格类型设置。在“Visible Grid”区域的区域的“Markers”中中进行设置。进行设置。PCB文件中共有两种栅格类型，即文件中共有两种栅格类型，即Lines（线状）和（线状）和Dots（点（点状）。用鼠标左键单击状）。用鼠标左键单击

28、“Markers“右侧的下拉按钮，从中进行右侧的下拉按钮，从中进行选择。选择。（3）显示栅格设置。在）显示栅格设置。在“Visible Grid”区域的区域的“Grid 1”和和“Grid 2”中进行设置，注意要分别设置中进行设置，注意要分别设置X和和Y值。值。（4）捕获栅格设置。在）捕获栅格设置。在“Snap Grid”区域中进行设置。要分别区域中进行设置。要分别设置注意设置注意X和和Y值。值。第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022362）快捷设置）快捷设置（1）栅格类型转换。执行菜单命令）栅格类型转换。执行菜单命令“View”“Grids”“Toggle Visible

29、Grid Kind”，可在两种栅，可在两种栅格之间转换。格之间转换。 或在或在“Utilities”工具栏中单击工具栏中单击“Grids（栅格）（栅格）”图标旁的图标旁的下拉按钮，从中选择下拉按钮，从中选择“Toggle Visible Grid Kind”，如图，如图6-4-10所示。所示。图图6-4-10 栅格类型快速转换栅格类型快速转换第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202237（2）单位转换。执行菜单命令）单位转换。执行菜单命令“View”“Toggle Units”或直或直接按接按“Q”键，可在两种单位中进行转换。键，可在两种单位中进行转换。（3）捕获栅格设置。执行菜

30、单命令）捕获栅格设置。执行菜单命令“View”“Grids”“Set Snap Grid”，在弹出的对话框中直接输入捕获栅格数值即可，在弹出的对话框中直接输入捕获栅格数值即可，如图如图6-4-11所示。所示。图图6-4-11 “Snap Grid （1.1000）（捕获栅格）（捕获栅格）”对话框对话框第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022382PCB文件中各对象的显示方式文件中各对象的显示方式 执行菜单命令执行菜单命令“Tools”“Preferences”，系统弹出，系统弹出“Preferences”对话框对话框用鼠标左键单击对话框左侧用鼠标左键单击对话框左侧“Protel

31、 PCB”前的前的“+”图标，使其变为图标，使其变为“”单击单击“Protel PCB”文文件夹下的件夹下的“Show/Hide”，“Preferences”对话框变为如图对话框变为如图6-4-13所示。所示。图图6-4-13 Show/Hide显示方式设置显示方式设置第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202239Final：精细显示，是默认选择。：精细显示，是默认选择。Draft：轮廓显示，选择该项，相应对象只显示符号的轮廓，如：轮廓显示，选择该项，相应对象只显示符号的轮廓，如图图6-4-14所示。所示。Hidden：隐藏。：隐藏。（a）Final（精细）显示（精细）显示 （b

32、）All Draft（全部轮廓）显示（全部轮廓）显示图图6-4-14 电阻封装的两种显示方式电阻封装的两种显示方式第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/202240（a）Final（精细）显示（精细）显示 （b）Draft（轮廓）显示（轮廓）显示图图6-4-15 焊盘封装的两种显示方式焊盘封装的两种显示方式第第 6 章章 PCB设计基础设计基础 7/2/2022413显示原点标记显示原点标记 执行菜单命令执行菜单命令“Tools”“Preferences”，系统弹出，系统弹出“Preferences”对话框对话框用鼠标左键单击对话框左侧用鼠标左键单击对话框左侧“Protel PCB”前的前的“+”图标，使其变为图标，使其变为“”单击单击“Protel PCB”文文件夹下的件夹下的“Display”选项选项在对话框右侧的在对话框右侧的“Show”区域中选区域中选中中“Origin Marker”（原点标记）复选框（原点标记）复选框单击单击“OK”按钮即按钮即可。显示的原点标记如图可。显示的原点标记如图6-4-16所示。所示。图图6-4-16 显示的原点标记显示的原点标记