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1、PCB设计室2一 简介 PCB（printed circuit board），即印制电路板是在绝缘基材上，按预定设计，制成印制线路，印制元件或由两者组合而成的导电图形后制成的板。它作为元器件的支撑，并且提供系统电路工作所需要的电气连接，是实现电子产品小型化、轻量化、装配机械化和自动化的重要基础部件，在电子工业中有广泛应用。本讲义主要介绍手机PCB的应用特点。PCB设计室3历史沿革 PCB诞生于上世纪四、五十年代,发展于上世纪八、九十年代。伴随半导体技术和计算机技术的进步，印刷电路板向着高密度,细导线,更多层数的方向发展，其设计技术也从最初的手工绘制发展到计算机辅助设计（CAD)和电子设计自动化
2、（EDA).PCB设计室4分类按所用基材的机械特性。可以分为刚性电路板(Rigid PCB） 、柔性电路板（Flex PCB）以及刚性柔性结合的电路板(FlexRigid PCB)按导体图形的层数可分为单面/双面和多层印制板。手机中的电路板多为高密度互连多层电路板（high density integrated board)。PCB设计室5二二 PCB的设计 印制板的设计决定印制板的固有特性，在一定程度上也决定了印制板的制造、安装和维修的难易程度，同时也影响印制板的可靠性和成本。所以在设计时应遵循以下基本原则，综合考虑各项要素，才能取得较好的设计效果。 PCB设计室6PCB设计的原则电气连接的
3、准确性电路板的可测试性可靠性和环境适应性工艺性(可制造性)经济性等PCB设计室7PCB设计流程元器件封装PCB外形设计器件布局布线设计 规则检查PCB设计室8 元件名称 封装形式名称电阻 RES2（1、3、4） AXIAL0.3 AXIAL0.4可变电阻 POT2（1） VR5(1、2、3、4)普通电容 CAP RAD0.2 RAD0.3电解电容 ELECTRO1 RB.2/.4 RB.3/.6 RB.4/.8 电容器 CAPACITOR RAD0.2 RAD0.3二极管 DIODE0.4 稳压二极 ZENER1（2、3） DIODE0.4发光二极管 LED DIODE0.4三极管 NPN（P
4、NP） TO-92A（单面板）TO-92B（双面板）电感 INDUCTOR1 可变电感 INDUCTOR4 AXIAL0.3放大器 OPAMP 双列直插IC座 DIP8，14，16晶振 CRYSTAL XTAL1稳压块 VOLTREG TO-220H接口 CON2，3，4 SIP2，3，4按钮 SW-PB 电源 POWER4开关 SW SPST AXIAL0.4 SW SPDT SW DPDT 接收二极管 PHOTO 三脚插座 LAMP NEON 三三 常用元件及封装形式常用元件及封装形式PCB设计室9常用元件封装形式实物图常用元件封装形式实物图 （见（见PDF文件）文件）PCB设计室10PC
5、B设计室11PCB设计室12PCB设计室13 表面粘贴式元件封装：表面粘贴式元件封装：现在，越来越多的元件采用此类现在，越来越多的元件采用此类封装。这类元件在焊接时元件与其焊盘在同一层。故在其焊封装。这类元件在焊接时元件与其焊盘在同一层。故在其焊盘属性对话框中，盘属性对话框中，Layer属性必须为单一板层（如属性必须为单一板层（如Top layer 或或Bottom layer）。）。（a）AXIAL0.4 (b)DIODE0.4 ( c)RAD0.4 (d) FUSE （电阻类）（电阻类） （二极管类）（二极管类） （无极性电容类）（无极性电容类） （保险管）（保险管）(e)XATAL1（晶
6、振类）（晶振类）(f)VR5（电位器类）（电位器类）(g) SIP8（单列直插类）（单列直插类）(h) RB.2/.4（极性电容类）（极性电容类）(i)DB9/M（D型连接器）型连接器） (j) TO-92B（小功率三极管）（小功率三极管） 1. 元件封装的分类元件封装的分类PCB设计室14 (k) LCC16（贴片元件类）（贴片元件类） (l) DIP16（双列直插类）（双列直插类） (m)TO-220（三极管类）（三极管类）图图8.1 常见元件封装常见元件封装2. 元件封装的编号元件封装的编号 元件封装的编号规则一般为元件类型元件封装的编号规则一般为元件类型+焊盘距离（或焊盘焊盘距离（或焊
7、盘数）数）+元件外形尺寸。根据元件封装编号可区别元件封装的规元件外形尺寸。根据元件封装编号可区别元件封装的规格。格。如如AXIAL0.6表示该元件封装为轴状，两个管脚焊盘的间表示该元件封装为轴状，两个管脚焊盘的间距为距为0.6英寸（英寸（600mil）；）；RB.3/.6表示极性电容类元件封装，表示极性电容类元件封装，两个管脚焊盘的间距为两个管脚焊盘的间距为0.3英寸（英寸（300mil），元件直径为），元件直径为0.6英英寸寸(600mil)；DIP14表示双列直插式元件的封装，两列共表示双列直插式元件的封装，两列共14个个引脚。引脚。PCB设计室15 四 印制板设计过程 印制电路板（PCB
8、）设计也称印制板排版设计，通常包括以下过程： （1）确定印制板的外形及结构： 印制板对外连接一般包括电源线、地线、板外元器件的引线，板与板之间连接线等，绘图时应大致确定其位置和排列顺序。若采用接插件引出时，要确定接插件位置和方向。图41是温度控制器电路板的板外连接图，图42是计算机上一种插卡外形尺寸草图。PCB设计室16 图41 温度控制器电路板的板外连接草图 图42 外形尺寸草图示例PCB设计室17（1）印制板外形尺寸确定：根据产品的结构要求，考虑对原材料的有效利用，应选取合适的尺寸，不应选用过大也不应选用过小。选材过大，元件排列稀疏，浪费材料；选材过，元件密集度又高，元件引线，外壳又易相碰
9、，给安装、调试、维修带来不方便。（2）印制板外形尺寸受各种因素制约，在设计时注意考虑以下因素： 1）形状：优先考虑矩形。 2）安装、定位：考虑印制板的安装、固定孔位，安装某些特殊元器件或插接定位用的孔、糟等几何形状的位置和尺寸，印制板与机壳或其他结构件连接的螺孔位置及孔径应明确标出。PCB设计室18 3）类型：建议优先采用双面印制板布线，若电路比较简单可采用单面板，若电路非常复杂可采多层印制板布线。 4）方便：对电路中的可调节元件要置于有利于调节位置。 5）把要放置到本印制板上的所有元件在印制板的区域上排列起来，确定印刷线路板的面积和元件的大致位置，位于边缘的元件，应离印刷线路板边至少应大于2
10、mm。PCB设计室19布局就是将电路元器件放在印制板布线区内，布局是否合理不仅影响后面的布线工作，而且对整个电路板的性能也有重要作用。元器件排列：元器件在印制板上的排列时尽可能按元器件轴线方向排列，元器件以卧式安装为主，并与板的四边垂直或平行，这样排列元件版面美观、整齐、规范，对安装调试及维修均较方便。元器件安装尺寸：设计PCB时，元器件的间距通常采用0.1英寸即2.54mm为一个间距单位，设计PCB时尽可能采用这个单位，既有利与Protel 绘图，又有利于使安装规范，便于PCB加工和检测。（2）元件布局：）元件布局：PCB设计室20布局原则：布局原则：元件排列对电子设备的性能影响很大，不同电
11、路在排列元件元件排列对电子设备的性能影响很大，不同电路在排列元件时有不同的要求。因此，在动手安装前，首先要分析电路原理图，了解时有不同的要求。因此，在动手安装前，首先要分析电路原理图，了解电路元件的特性。排列元器件时应考虑下列因素。电路元件的特性。排列元器件时应考虑下列因素。 1）排列顺序：）排列顺序：先大后小，先放置面积较大的元器件；先集成后分立，放先大后小，先放置面积较大的元器件；先集成后分立，放置集成电路后，再在其周围放置其它分立器件；先主后次，先放置主电置集成电路后，再在其周围放置其它分立器件；先主后次，先放置主电路器件，之后放置次电路，先放置核心器件，再放置其它附属器件。路器件，之后
12、放置次电路，先放置核心器件，再放置其它附属器件。 2）信号流向原则：）信号流向原则：按信号流向排列，一般从输入级开始，到输出级终止，按信号流向排列，一般从输入级开始，到输出级终止，避免输入输出部分交叉；将高频和低频部分电路分开来布置。避免输入输出部分交叉；将高频和低频部分电路分开来布置。3）就近原则：）就近原则：当印制板上对外连接确定后，相关电路部分应就近安放，避当印制板上对外连接确定后，相关电路部分应就近安放，避免走远路，绕弯子，尤其忌讳交叉穿插。每个单元电路，应以核心器件免走远路，绕弯子，尤其忌讳交叉穿插。每个单元电路，应以核心器件为中心，围绕它进行布局。为中心，围绕它进行布局。PCB设计
13、室214）美观原则：）美观原则：在保证电路功能和性能指标的前提下，元件排列应均匀、整齐、在保证电路功能和性能指标的前提下，元件排列应均匀、整齐、紧凑、疏密得当。单元电路之间的引线应尽可能短，引出线数目尽可能少。紧凑、疏密得当。单元电路之间的引线应尽可能短，引出线数目尽可能少。5）工艺原则：）工艺原则：满足工艺、检测、维修方面的要求，既要考虑元器件排列顺序、满足工艺、检测、维修方面的要求，既要考虑元器件排列顺序、方向、引线间距，又要考虑到印制板检测的需要，设置必要的调整空间和测方向、引线间距，又要考虑到印制板检测的需要，设置必要的调整空间和测试点。试点。6）散热原则：）散热原则：发热元器件应放在
14、有利于散热的位置；发热量较大的元件，应发热元器件应放在有利于散热的位置；发热量较大的元件，应尽可能放置在有利于散热的位置或靠近机壳；发热元器件不宜贴板安装；如尽可能放置在有利于散热的位置或靠近机壳；发热元器件不宜贴板安装；如电源电路中发热量大的器件，可以考虑放在机壳上；热敏元件要远离发热元电源电路中发热量大的器件，可以考虑放在机壳上；热敏元件要远离发热元件。件。7）敏感元件要远离干扰源；）敏感元件要远离干扰源；有铁芯的电感线圈，应尽量相互垂直放置，且相有铁芯的电感线圈，应尽量相互垂直放置，且相互远离以减小相互间的磁耦合；尽可能缩短高频元件的连接线，设法减小它互远离以减小相互间的磁耦合；尽可能缩
15、短高频元件的连接线，设法减小它们的分布参数和相互间的干扰；易受干扰的元件应加屏蔽。们的分布参数和相互间的干扰；易受干扰的元件应加屏蔽。PCB设计室22 8）对于比较大、）对于比较大、重的元件，要另加支架或紧固件，不能直接焊在印刷线路板重的元件，要另加支架或紧固件，不能直接焊在印刷线路板上；可调元件布置时，要考虑到调节方便；线路板需要固定的，应留有紧固上；可调元件布置时，要考虑到调节方便；线路板需要固定的，应留有紧固件的位置，放置紧固件的位置应考虑到安装，拆卸方便；若有引出线，最好件的位置，放置紧固件的位置应考虑到安装，拆卸方便；若有引出线，最好使用接线插头。使用接线插头。 9）某些元件或导线）
16、某些元件或导线间有较大电位差者，应加大它们之间的距离；元件外壳之间有较大电位差者，应加大它们之间的距离；元件外壳之间的距离，应根据它们之间的电压来确定，不应小于间的距离，应根据它们之间的电压来确定，不应小于0.5mm。个别密集的。个别密集的地方应加套管。地方应加套管。10）对称式的电路，）对称式的电路，如推挽功放，桥式电路等，应注意元件的对称性，尽可能如推挽功放，桥式电路等，应注意元件的对称性，尽可能使其分布参数一致；位于边缘的元件，应离印刷线路板边至少应大于使其分布参数一致；位于边缘的元件，应离印刷线路板边至少应大于2mm。PCB设计室23 布线原则：布线原则：布线是按照原理图线路连接要求将
17、元器件通过印制导线连接，这是布线是按照原理图线路连接要求将元器件通过印制导线连接，这是印制板设计中的关键步骤，具体布线要把握以下要点：印制板设计中的关键步骤，具体布线要把握以下要点：1）连接正确：）连接正确：印制板上的印制导线与电路原理图的连接线有很大的区别，在印制板上的印制导线与电路原理图的连接线有很大的区别，在印制板上的所有导线不能相互交叉，若相互交叉则交叉导线是相互连接的，印制板上的所有导线不能相互交叉，若相互交叉则交叉导线是相互连接的，这是我们在布置印制导线时特别注意的问题，利用这是我们在布置印制导线时特别注意的问题，利用Protell绘图软件绘图可绘图软件绘图可以将失误减到尽可能小的
18、程度。以将失误减到尽可能小的程度。2）走线要简捷：）走线要简捷：印制导线走线要简捷，尽可能使走线短、直、平滑，特别是印制导线走线要简捷，尽可能使走线短、直、平滑，特别是高频、高电压电路部分。高频、高电压电路部分。3）粗细要适当：）粗细要适当：同一类型的导线应尽可能采用相同的宽度，电源线、地线和同一类型的导线应尽可能采用相同的宽度，电源线、地线和大电流线线必须保证足够宽度。特别是地线，在版面允许的条件下尽可能宽大电流线线必须保证足够宽度。特别是地线，在版面允许的条件下尽可能宽一些。一些。（3）布线设计）布线设计PCB设计室24焊盘设计：焊盘设计：焊盘是焊接元件的地方，元件的一根引线只能对应焊盘是
19、焊接元件的地方，元件的一根引线只能对应一个焊盘，不允许一个焊盘焊接多个元件引线。焊盘之间是由一个焊盘，不允许一个焊盘焊接多个元件引线。焊盘之间是由印制导线连接起来的。印制导线连接起来的。每个焊盘中心都钻有引线孔，孔径要比所插入元件引线直径略每个焊盘中心都钻有引线孔，孔径要比所插入元件引线直径略大些，但不要过大。否则，焊锡易从引线孔中流过而损坏被焊大些，但不要过大。否则，焊锡易从引线孔中流过而损坏被焊元件，或由于元件的活动容易造成虚焊。元件引线孔直径优先元件，或由于元件的活动容易造成虚焊。元件引线孔直径优先采用采用0.5mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm。 （a）圆形 （b）方形 （c）矩
20、形焊盘 图43焊盘形状 PCB设计室25 1）焊盘形状：焊盘形状有很多样式（如图33所示），圆形焊盘，焊盘与穿线孔为一同心圆，其外径一般为23倍孔径。焊盘不宜过小，太小则在焊接中极易脱落。至于采用何种形状的焊盘，应根据元器件封装和引线的形状、大小来确定。 2）焊盘外径：焊盘外径的大小主要由所焊接元件的载流量和机械强度等因素所决定的，一般单面板焊盘外径应大于引线孔1.5mm以上，双面板大于1.0mm，高密度精密板大于0.5mm。 3）引线孔和过孔：引线孔有电气连接和机械固定双重作用，引线孔既不能过大，也不能过小。过大容易使焊锡从引线孔流过而损坏元件，或形成气孔造成焊接缺陷；过小则带来安装困难，焊
21、锡不能润湿金属孔。引线孔径应比元器件引线直径大0.20.4mm。PCB设计室26过孔作用是连接不同层面之间的电气连线。一般电路过孔直径过孔作用是连接不同层面之间的电气连线。一般电路过孔直径可取可取0.60.8mm，高密度板可减小到，高密度板可减小到0.4mm，尺寸越小则布，尺寸越小则布线密度越高，过孔的最小极限受制板厂技术设备条件的制约。线密度越高，过孔的最小极限受制板厂技术设备条件的制约。4）安装孔：）安装孔：安装孔用于在印制板上固定大型元器件，或将印制安装孔用于在印制板上固定大型元器件，或将印制板固定在机壳内部的安装支架上，安装孔根据实际需要选取，板固定在机壳内部的安装支架上，安装孔根据实
22、际需要选取，优选选择优选选择2.2，3.0，35，4.0，4.5，5.0，6.0mm。 5）定位孔：）定位孔：定位孔是印制板加工和检测定位用的。一般采用三定位孔是印制板加工和检测定位用的。一般采用三孔定位方式，孔径根据装配工艺确定。孔定位方式，孔径根据装配工艺确定。PCB设计室27印制导线设计：印制导线设计：印制导线的宽度确定：印刷线路板上的印制导线宽度主要由印刷导线与绝缘板之间的粘附强度和流过它们的电流值决定的。印制导线宽度和间距可根据布线的实际情况进行选择。 PCB设计室28PCB设计室29安全间距（安全间距（Clearance） 进行印刷电路板进行印刷电路板设计时，为了避免导设计时，为了
23、避免导线、过孔、焊盘及元线、过孔、焊盘及元件间的距离过近而造件间的距离过近而造成相互干扰，就必须成相互干扰，就必须在他们之间留出一定在他们之间留出一定的间距，这个间距就的间距，这个间距就称为安全间距。右图称为安全间距。右图8为安全间距示意图。为安全间距示意图。安全间距安全间距PCB设计室30根据实际经验和具体电路的要求，布线时要掌握以下几条基根据实际经验和具体电路的要求，布线时要掌握以下几条基本原则。本原则。1）印制导线应尽可能地短，能走直线的就不要绕弯。）印制导线应尽可能地短，能走直线的就不要绕弯。2）走线平滑自然，间距能一致的尽量一致，避免急拐弯和尖角）走线平滑自然，间距能一致的尽量一致，
24、避免急拐弯和尖角出现。出现。3）电源线、地线布置在印制板的最边缘，且分两层布置。公共）电源线、地线布置在印制板的最边缘，且分两层布置。公共地线应尽可能多地保留铜箔。地线应尽可能多地保留铜箔。4）首先对单元电路进行布线，之后再进行单元电路之间的布线；）首先对单元电路进行布线，之后再进行单元电路之间的布线；先对核心器件（如晶体管、集成电路为核心的单元电路）布先对核心器件（如晶体管、集成电路为核心的单元电路）布线，再对外围元件布线。线，再对外围元件布线。5）将大部分导线布置在印刷电路板的底面，其余少部分导线布）将大部分导线布置在印刷电路板的底面，其余少部分导线布置在顶面。两层面的导线应相互垂直，减小
25、相互间的干扰，置在顶面。两层面的导线应相互垂直，减小相互间的干扰，避免平行线效应。避免平行线效应。PCB设计室316）高频电路地线要采用用大面积接地方法。印制板上）高频电路地线要采用用大面积接地方法。印制板上大面积铜箔应偻空成栅状，导线宽度超过大面积铜箔应偻空成栅状，导线宽度超过3mm时中间时中间留槽，以利于印制板涂覆铅锡及波峰焊。留槽，以利于印制板涂覆铅锡及波峰焊。7）避免成环，印制板上环形导线相当于单匝线圈或环）避免成环，印制板上环形导线相当于单匝线圈或环形天线，使电磁感应和天线效应增强。布线时尽可能形天线，使电磁感应和天线效应增强。布线时尽可能避免成环或减小环形面积。避免成环或减小环形面
26、积。8）在印制线路板上标注元件图形符号，极性和文字符）在印制线路板上标注元件图形符号，极性和文字符号，以便校对，同时也便于安装、测试和检修。应在号，以便校对，同时也便于安装、测试和检修。应在印刷线路板的明显位置标注电路名称或印刷线路板的印刷线路板的明显位置标注电路名称或印刷线路板的代号，以利于辨别。代号，以利于辨别。 PCB设计室32PCB设计室33PCB设计室34结束语（发展趋势）更加灵活的更加灵活的PCB设计和仿真工具使设计和仿真工具使PCB设计更设计更加智能化，但设计师的重要性不容取代加智能化，但设计师的重要性不容取代PCB加工工艺的发展使更高密度的加工工艺的发展使更高密度的PCB设计成设计成为可能为可能材料成本和加工成本的降低将使得软硬结合板材料成本和加工成本的降低将使得软硬结合板获得大规模应用获得大规模应用,埋入式器件的发展将会使得板级设计与芯片级埋入式器件的发展将会使得板级设计与芯片级设计的界限逐渐模糊设计的界限逐渐模糊