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1、印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造多层印制板设计与制造多层印制板设计与制造印制板电路板的设计与制造印制板电路板的设计与制造项目项目1 1 单面单面PCBPCB的设计与制作的设计与制作任务任务2 设计单面设计单面PCB2021/9/171印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造任务任务2 设计单面设计单面PCB2.1 认知印制电路板认知印制电路板 2.2 PCB编辑器的基本用法编辑器的基本用法2.3 设计单面扩音机设计单面扩音机PCB2021/9/172印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.1 认知印制电路板认知印制电路板 一个完整的电路板应当包括一些具有特定电气功能一个
2、完整的电路板应当包括一些具有特定电气功能的元器件，以及建立起这些元器件电气连接的铜的元器件，以及建立起这些元器件电气连接的铜箔、焊盘及过孔等导电器件。箔、焊盘及过孔等导电器件。2.1.1印制电路板的作用印制电路板的作用提供机械支撑。提供机械支撑。实现电气连接或绝缘。实现电气连接或绝缘。其他功能。印制电路板为自动装配提供阻焊图形，其他功能。印制电路板为自动装配提供阻焊图形，同时也为元器件插装、检查和维修提供了识别字同时也为元器件插装、检查和维修提供了识别字符和图形。符和图形。2021/9/173印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.1.2 印制电路板的组成印制电路板的组成（1）焊盘 焊
3、盘用于安装和焊接元器件引脚的金属孔，如图2-1。（2）过孔 用于连接顶层、底层或中间层导电图件的金属化孔，如图2-2。图图2-1图图2-22021/9/174印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造（3）安装孔）安装孔 安装孔主要用来将电路板固定到机箱上，其中安装安装孔主要用来将电路板固定到机箱上，其中安装孔可以用焊盘制作而成。孔可以用焊盘制作而成。（4）元器件）元器件元器件这里指的是元器件封装，一般由元器件的外元器件这里指的是元器件封装，一般由元器件的外形和焊盘组成。形和焊盘组成。（5）导线）导线导线用于连接元器件引脚的电气网络铜箔。导线用于连接元器件引脚的电气网络铜箔。（6）接插件）接
4、插件接插件属于元器件的一种，主要用于电路板之间或接插件属于元器件的一种，主要用于电路板之间或电路板与其他元器件之间的连接。电路板与其他元器件之间的连接。2021/9/175印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造（7）电路板边界）电路板边界指的是定义在机械层和禁止布线层上的电路板的外形尺寸制板。2.1.3 印制板的种类印制板的种类1.单面板单面板 即只有一面敷铜而另一面没有敷铜的电路板，通常元器件放置在没有敷铜的一面，敷铜的一面主要用于布线和焊接，如图2-3。图图2-32021/9/176印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.双面板双面板 两个面都敷铜的电路板，通常称一面为顶层（
5、Top Layer），另一面为底层（Bottom Layer）。一般将顶层作为放置元器件面，底层作为元器件焊接面。图图2-42021/9/177印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造3.多层板多层板 多层板（Multi Layer PCB），即包含多个工作层面的电路板，除了顶层和底层外还包含若干个中间层，通常中间层可作为导线层、信号层、电源层和接地层等。层与层之间相互绝缘，层与层的连接通常通过孔来实现。图图2-52021/9/178印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.1.4 元器件的封装元器件的封装 所谓元器件封装，是指元器件焊接到电路板上时，在电路板上所显示的外形和焊点位置
6、的关系。2021/9/179印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2021/9/1710印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.2.1 PCB设计流程设计流程PCB的设计的基本流程如图2-10所示。2.2.2 启动启动PCB编辑器编辑器 方法一：方法一：执行“File”（文件）菜单“New”“PCB”创建PCB文件。方法二：方法二：用鼠标右键单击项目文件名，在弹出的菜单中选择“Add New to Project”“PCB”新建PCB文件。打开的界面如图2-11。图图2-102021/9/1711印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图2-112021/9/1712印制电
7、路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.2.3规划电路板规划电路板 1PCB环境参数设置环境参数设置 PCB的环境参数设置与原理图设置相似，通过参数设置，可使操作更加灵活方便。2电路板类型设置电路板类型设置 设计者要根据实际需要，设置电路板的层数，如单面板、双面板或多层板。执行菜单命令“Design”（设计）“Layer Stack Manager”（层栈管理），打开图层堆栈管理对话框。设计者可以选择电路板的类型或设置电路板的工作层面。2021/9/1713印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造3.工作层面设置工作层面设置 执行菜单命令“Design”（设计）“Board Layers
8、&Color”（板层颜色）或将鼠标放置在工作区单击键盘上“L”键，弹出板层与颜色设置对话框，对于层面颜色采用默认设置，并单击所有设置下方的“Use On”（使用的打开）按钮。4电路板外形设置电路板外形设置 电路板的外形主要包括其物理边界和电气边界的确定。2021/9/1714印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造理论上，物理边界定义在机械层（Mechanical Layer），电气边界定义在禁止布线层（Keep Out Layer），但在实际操作中，通常认为物理边界与电气边界是重合的，所以在规划边界时只规划电路板的电气边界。电路板外形规划操作步骤如下：在图2-11中单击窗口下方的“Kee
9、p Out Layer”(禁线层)标签，将当前工作层面切换到禁止布线层。执行菜单命令“Place”“Line”（线），或单击画线工具栏上的第1个按钮，鼠标指针变成十字形状，此 2021/9/1715印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造时可根据电路板形状要求画出其电气边界。单击右键退出当前状态。画出电气边界的电路板如图2-14所示。5放置安装孔放置安装孔 电路板的安装孔即用来固定电路板的螺钉安装孔，其大小要根据实际需要及螺钉的大小确定。图图2-142021/9/1716印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造放置安装孔的操作步骤如下：执行菜单命令“Place”（放置）“Pad”（焊盘
10、），或单击放置工具栏上的第4个按钮，此时鼠标指针变成十字形状，且粘有一个焊盘。按Tab键打开焊盘属性对话框，如图2-15所示。设置完成后，单击OK按钮，返回放置焊盘状态，在电路板的合适位置放置安装孔即可，如图2-16所示。2021/9/1717印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图2-15图图2-162021/9/1718印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.2.4装载网络表装载网络表 这里以多谐振荡器原理图“多谐振荡器.SchDoc”为例介绍导入网络表的方法。打开“多谐振荡器.SchDoc”文件，使之处于当前窗口中，同时应保证“多谐振荡器.PcbDoc”文件与处于打开状态
11、。执行“Design”“Update PCB多谐振荡器.PcbDoc”菜单命令，系统将对原理图和PCB图的网络报表进行比较并弹出一个“Engineering Change Order”对话框，如图2-17所示。2021/9/1719印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图2-172021/9/1720印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造单击 按钮，系统将扫描所有的改变，看能否在PCB上执行所有的改变。进行合法性校验后，单击按钮 ，系统将完成网络表的导入，同时在每一项的“Done”（完成）栏显示标记导入成功。2021/9/1721印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.2
12、.5元器件布局元器件布局 元件布局的基本原则（1）元件放置的层面：单面板元件一律放在顶层；双面板或多层板元件绝大多数放在顶层，个别元件如有特殊需要可以放在底层。（2）元件的布局应考虑到 元件之间的连接特性，先确定特殊元件的位置，然后根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。2021/9/1722印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造（3）特殊元件的布局。（4）根据电路的功能单元对电路的全部元器件进行布局。（5）电路板上发热较多的元件应考虑加散热片或风扇等散热装置。（6）注意IC座定位槽的放置方向，应保证其方向与IC座的方向一致。（7）尽量做到元件排列、分布合理均匀，布局整齐、美观。
13、2021/9/1723印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2元器件布局方法元器件布局方法 元件布局的方法主要有自动布局、手动布局和交互式布局三种。多谐振荡器的布局结果如图2-20所示。图图2-202021/9/1724印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.2.6布线布线1布线的基本原则布线的基本原则 输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行，最好加线间地线，以免发生反馈耦合。印制导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流决定。当然，只要允许，还是尽可能用宽线，尤其是电源线和地线，一般情况下要比其它导线宽。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决
14、定。2021/9/1725印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造导线拐弯处一般取圆弧形或120左右的夹角，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。尽量避免使用大面积铜箔，否则，长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状，这样有利于散热，防止产生铜箔膨胀和脱落现象。2.布线的规则设置布线的规则设置（1）“Clearance”（安全间距规则）设置单击“Design”“Rule”。打开“PCB Rule and Constraints Editor”对话框，单击“Electrical”选项下的“Clearance”。安全间距通常设置在1020mil。2021/9/
15、1726印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造如图2-21。图图2-212021/9/1727印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造（2）“Width”（线宽）设置 线宽的设置规则是：地线宽度电源线宽度信号=这里我们以电源线宽度为30mil，地线线宽35mil，信号线为12mil为例进行设置。鼠标右键单击“Routing”（走线）下方的“Width”，系统弹出线宽规则添加与删除菜单，选择“New Rule”新建布线规则“Width_1”。在“Where The First Object Matches”（第一匹配对象的位置）区域的“Net”（网络下拉列表中选择）“GND”网络。在“
16、Constraints”（约束）区域内将2021/9/1728印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造最大线宽“Max Width”、优选线宽“Preferred Width”和最小线宽“Min Width”均设为35mil，如图2-23所示。用同样方法新建规则“Width_2”，将“VCC”网络设置为30mil。图图2-232021/9/1729印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造3.手动布线手动布线选择绘制导线的层次，如“Bottom Layer”，然后单击画线工具栏上第一个按钮，开始绘制导线。导线的拐角一般是45或者是圆弧，导线要绘制到焊盘的中心。如图2-24所示。布线结果如
17、图2-25。图图2-242021/9/1730印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图2-252021/9/1731印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.2.7 打印输出打印输出 1打印打印PCB文件文件（1）页面设置 如图2-26所示。图图2-262021/9/1732印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造（2）打印属性设置，如图2-27。（3）打印 图图2-272021/9/1733印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2生成生成Gerber文件文件（1）“General”（常规）选项卡，如图2-29所示。（2）“Layer”（层）选项卡，如图2-30。图图2
18、-29图图2-302021/9/1734印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造（3）“Drilling Drawing”（钻孔图）选项卡，如图2-31。（4）“Apertures”（光圈）选项卡 图图2-312021/9/1735印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.3 设计单面扩音机设计单面扩音机PCB2.3.1 创建创建PCB文件规划电路板文件规划电路板 1.创建创建PCB文件文件 2.PCB环境参数设置环境参数设置 按照图2-32所示设置电路板。3.单面板工作层设置单面板工作层设置执行菜单命令Design Board Layers&Color图图2-322021/9/17
19、36印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造弹出板层与颜色设置对话框，然后按照图2-33设置要显示的工作层。单面板单面板主要显示主要显示Bottom Layer（底层）、（底层）、Top Overlay（顶层丝印）、（顶层丝印）、Keep Out Layer（禁线层）（禁线层）和和Multi-Layer（多层）（多层）。图图2-332021/9/1737印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造4.电路板外形设置电路板外形设置单击PCB主界面窗口下方的“Keep Out Layer”标签,将当前工作层面切换到禁止布线层。单击绘图工具 按钮右侧的下拉列表，选择原点设置按钮 ,在电路板左下角
20、单击确定原点位置。执行菜单命令Place Line,按照图2-34所示尺寸绘制电路板形状。2021/9/1738印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造5.放置安装孔放置安装孔2.3.2 添加封装并装载网络表添加封装并装载网络表1.元器件添加封装元器件添加封装按照表2-1为元器件添加封装。图图2-342021/9/1739印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造 Designator(编号)Comment(注释)Footprint(封装)C14700uFCDC2,C3,C5,C6,C7,C8105C-5C4,C10,C11,C14,C15470uFCD3.0C9,C1310uFC12,
21、C16104C-5D1,D2,D3,D41N4007VDD5,D6,D7,D81N41481N4148LS1,LS2Speaker扬声器1P1,P2BNCBNCQ1,Q42SC1815BCY-W3/E4（自带，不用添加）Q2,Q5TIP41TIP41/42Q3,Q6TIP42R1,R5,R6,R101KAXIAL-0.4（自带，不用添加）R2,R3,R7,R8,R11,R1810KR4,R9100KR12,R192KR13,R241R14,R2047KR17,R2510R15,R16,R22,R230.50.5W 电位器U1MC7812ACT7805U2NE5532JGJG008（自带，不用添
22、加）VR1,VR250K电位器2VR322K电位器1VR4,VR550K表表 2-12021/9/1740印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.装载网络表装载网络表打开“功放.SchDoc”文件，使之处于当前窗口中，同时应保证“功放.PcbDoc”文件已处于打开状态。执行菜单命令“Design”“Update PCB 功放.PcbDoc”，在系统弹出的“Engineering Change Order”（工程变更顺序）对话框中按钮，系统将扫描所有的改变，看能否在PCB上执行所有的改变。随后在对应的“Check”（检查）栏中显示 标记。2021/9/1741印制电路板的设计与制造印制电
23、路板的设计与制造进行合法性校验后，单击按钮，系统将完成网络表的导入，同时在每一项的“Done”（完成）栏显示 标记导入成功。如图2-38所示。图图2-382021/9/1742印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.3.3 扩音机扩音机PCB布局布局扩音机在布局时，除遵循基本原则外，还应按照以下要求布局：扩音机在布局时，应将音频输入端子P1、P2和扬声器LS1、LS2放置在电路板的边缘，同时两者应相互远离，防止输入信号和输出信号中间相互干扰。音量调节电位器VR1、VR2也要放置在电路板的边缘，这样有利于手动调节音量。2021/9/1743印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造电解
24、电容要远离发热元件，因为发热元件产生的热量长时间烘烤电解电容使其内部电解液减少，容量减小。例如电解电容C1要远离带散热片的功放管Q2、Q3、Q5、Q6。布局时，尽量将元器件的焊盘放置在网格的交叉点上。这样在布线时，不容元器件的编号不要放置在焊盘上。因为元器件的编号属于丝印层，若放在焊盘上，会影响焊接质量，导致焊点虚焊。扩音机PCB的布局参考如图2-39所示。2021/9/1744印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图2-392021/9/1745印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.3.4 扩音机扩音机PCB布线布线1.布线前的规则设置布线前的规则设置（1）“Clearan
25、ce”（安全间距规则）设置 将此选项设置为0.254mm。（2）“Width”（线宽）设置按照前述方法，进行“GND”网络设置，其最大线宽“Max Width”为2mm、优选线宽“Preferred Width”为1.5mm，最小线宽“Min Width”为1mm；将“12V和2021/9/1746印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造18V”网络的最大线宽设置为2mm，优选线宽设置为1mm，最小线宽设置为1mm。其余信号线的线宽均设置为0.8mm。2.手工布线手工布线 扩音机采用手工布线，完成布线后，我们还要对整个的布线图进行加粗，加粗后的布线如图2-47所示。2021/9/1747印
26、制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图2-472021/9/1748印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.3.5 设计规则校验（设计规则校验（DRC）按照介绍的方法对设计完成的PCB进行DRC。校验之前，先按照图2-49、2-50进行设置。图图2-492021/9/1749印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造设置完毕，单击“Run Design Rule Check”按钮，开始运行批处理DRC。运行结束后，系统在当前项目的“Documents”文件夹下，自动生成网页形式的设计规则校验报告“Design Rule Check-MCU.html”，并显示在工作窗口中，如图
27、2-51所示。图图2-502021/9/1750印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.3.6 生成生成Gerber文件文件 PCB布线完成后，就要输出Gerber文件，用来制作PCB。按照前面介绍的方法生成的文件有：功放.TXT：该文件为钻孔机驱动文件，是文本格式文件。功放.DRR：该文件是钻孔报告文件，其内容包括使用的钻头、钻孔尺寸及钻孔数量等。功放.DRL：该文件是钻孔机驱动文件，是二进制格式的文件。图图2-502021/9/1751印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.4 拓展训练拓展训练2.4.1 拓展训练拓展训练1稳压电源的稳压电源的PCB设计设计1.项目设计要求
28、项目设计要求（1）原理图绘制要求正确使用元器件符号绘制原理图。每个元器件符号都要有标号和封装，且标号不能重复。图2-55所示为稳压电源原理图。（2）PCB设计要求2021/9/1752印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造印制板尺寸：长：109mm、宽：43mm。设计成单面板。隐藏所有元器件参数标注。因为是电源电路，铜箔导线要尽量宽。图图2-552021/9/1753印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.设计步骤设计步骤参考布线如图2-56所示。图图2-562021/9/1754印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造2.4.2 拓展训练拓展训练2音乐闪光灯的音乐闪光灯的P
29、CB设计设计1.项目设计要求项目设计要求 图2-57所示为闪光灯电路，它采用干电池供电，可驱动发光管闪烁发光，同时扬声器还可以播放芯片中存储的电子音乐。（1）原理图绘制要求正确使用元器件符号绘制原理图。每个元器件符号都要有标号和封装，且标号不能重复。其中，SH868的原理图符号需要自制。2021/9/1755印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造发光二极管要排列整齐，高度要一致。元器件的参数标注应靠近元器件。图图2-572021/9/1756印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造（2）PCB设计要求 印制板尺寸：长：66mm、宽：43mm。设计成单面板。隐藏所有元器件参数标注。电源线和地线要尽量宽。布线不通时，可按照前面介绍的方法添加短路线2.设计步骤设计步骤参考布线如图2-58所示。2021/9/1757印制电路板的设计与制造印制电路板的设计与制造图图2-582021/9/1758