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1、关于印制电路板设计基础第一张，PPT共五十四页，创作于2022年6月印制电路板基础n印制电路板概念nPrinted Circuit Board，简称，简称PCBn指在绝缘基材上，用指在绝缘基材上，用印制的方法印制的方法制成导电制成导电线路和元件封装，以实现元器件之间的电线路和元件封装，以实现元器件之间的电气互连。气互连。n印制电路板的层数由铜覆层来决定。通常是单层板、双层板和多层板。原理图表示元件的电气连接；PCB表示元件的实际物理连接。第二张，PPT共五十四页，创作于2022年6月印刷电路板简介nPCB的主要功能：n固定电子零件固定电子零件n提供印刷电路板上各项零件的相互电气连接提供印刷电路
2、板上各项零件的相互电气连接如今每一种电子如今每一种电子如今每一种电子如今每一种电子设备中几乎都会出现设备中几乎都会出现设备中几乎都会出现设备中几乎都会出现印刷电路板印刷电路板印刷电路板印刷电路板印刷电路板印刷电路板裸板裸板也称“印刷线路板Printed Wiring Board（PWB）”。第三张，PPT共五十四页，创作于2022年6月 印制电路板样板 第五张，PPT共五十四页，创作于2022年6月印制电路板结构印制电路板结构n单面板单面板n单边布线。单边布线。n双面板双面板n两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可布线。两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可布线。n通常在顶层放置元件，在顶层和底层两面进行
3、走线。通常在顶层放置元件，在顶层和底层两面进行走线。n一般需要由过孔或焊盘连通。一般需要由过孔或焊盘连通。n多层板多层板n包括多个工作层面，一般指包括多个工作层面，一般指3层以上的电路板。层以上的电路板。n 它在双面板的基础上加了内部电源层、接地层及多个中间它在双面板的基础上加了内部电源层、接地层及多个中间信号层。通常层数为偶数。信号层。通常层数为偶数。第六张，PPT共五十四页，创作于2022年6月单面板单面板（Single-Sided Boards）单面PCB表面 单面PCB底面 一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板。单层板只能在敷铜的一面布线，适用于简单的电路板。第七张，PPT共五十四页，创作
4、于2022年6月单面板单面板n焊锡面：焊锡面：n单面板上的导电图形主要包括固定、连接元件引脚的单面板上的导电图形主要包括固定、连接元件引脚的焊盘焊盘和实现元和实现元件引脚互连的件引脚互连的印制导线印制导线，该面称为焊锡面。，该面称为焊锡面。n元件面：元件面：n没有铜膜的一面用于安放元件，该面称为元件面。没有铜膜的一面用于安放元件，该面称为元件面。图 单面、双面及多面印制电路板剖面第八张，PPT共五十四页，创作于2022年6月双面板（双面板（Double-Sided Boards）n包括顶层(Top Layer)和底层(Bottom Layer)两层，两面敷铜，中间为绝缘层。双面板两面都可以布线
5、，一般需要由过孔或焊盘连通。双面板可用于比较复杂的电路，但设计工作不比单面板困难，因此被广泛采用。第九张，PPT共五十四页，创作于2022年6月双面板n基板的上下两面均覆盖铜箔。上、下两面都含有导电图形。基板的上下两面均覆盖铜箔。上、下两面都含有导电图形。n导电图形中除了焊盘、印制导线外导电图形中除了焊盘、印制导线外n还有用于使上、下两面印制导线相连的金属化过孔。还有用于使上、下两面印制导线相连的金属化过孔。n元件也只安装在其中的一个面上元件也只安装在其中的一个面上“元件面元件面”，另一面称为，另一面称为“焊锡面焊锡面”。第十张，PPT共五十四页，创作于2022年6月n为了增加可以布线的面积，
6、多层板用上了更多单或双面的布线板。n包含了多个工作层面。它是在双面板的基础上增加了内部电源层、接地层及多个中间信号层。其缺点是制作成本很高。n多层板（多层板（Multi-Layer Boards）第十一张，PPT共五十四页，创作于2022年6月多层板（4层）n上、下层是信号层（元件面和焊锡面）上、下层是信号层（元件面和焊锡面）n在上、下两层之间还有电源层和地线层。在上、下两层之间还有电源层和地线层。n多层电路板，层与层间的电气连接通过元件引脚焊盘和金属化过孔实现。多层电路板，层与层间的电气连接通过元件引脚焊盘和金属化过孔实现。n引脚焊盘贯穿整个电路板。引脚焊盘贯穿整个电路板。n用于实现不同层电
7、气互连的金属化过孔最好也贯穿整个电路板，以方便钻孔加用于实现不同层电气互连的金属化过孔最好也贯穿整个电路板，以方便钻孔加工，在经过特定工艺处理后，不会造成短路。工，在经过特定工艺处理后，不会造成短路。穿透式过孔穿透式过孔盲过孔盲过孔隐蔽式过孔隐蔽式过孔第十二张，PPT共五十四页，创作于2022年6月印制电路板中的组成元素nPCB 板包含一系列板包含一系列元器件封装元器件封装、由印刷电路板材料支持、由印刷电路板材料支持并并通过铜箔层进行电气连接的电路板通过铜箔层进行电气连接的电路板，还有在印刷电路板，还有在印刷电路板表面对表面对PCB板起注释作用的板起注释作用的丝印层丝印层等。等。n元件封装元件
8、封装n铜膜导线与飞线铜膜导线与飞线n焊盘焊盘n过孔过孔n层层第十三张，PPT共五十四页，创作于2022年6月PCB设计的几个重要概念设计的几个重要概念设计的几个重要概念设计的几个重要概念丝印层丝印层焊盘焊盘覆铜覆铜过孔过孔注：绿色的一层是阻焊漆注：绿色的一层是阻焊漆第十四张，PPT共五十四页，创作于2022年6月过孔铜膜导线，其上覆盖阻焊剂元器件符号轮廓焊盘字符第十五张，PPT共五十四页，创作于2022年6月印制电路板的基本元素-元件封装n元件封装的概念n元件封装的编号n元件封装的分类n常见元件封装第十六张，PPT共五十四页，创作于2022年6月4、元器件封装的基本知识概念：概念：n原理图符号
9、：原理图符号：n代表元器件引脚电气分布关系的符号，没有实际意义。代表元器件引脚电气分布关系的符号，没有实际意义。n封装：封装：n实实际际元元器器件件焊焊接接到到电电路路板板上上时时，在在电电路路板板上上所所显显示示的的外外形和焊点位置关系，仅是空间概念。形和焊点位置关系，仅是空间概念。印制电路板的基本元素印制电路板的基本元素元件封装第十七张，PPT共五十四页，创作于2022年6月印制电路板的基本元素印制电路板的基本元素元件封装n元器件与元器件封装的关系元器件与元器件封装的关系n同种元件也可以有不同的封装同种元件也可以有不同的封装n不同的元件可以共用同一个元件封装不同的元件可以共用同一个元件封装
10、n8031、8255封装形式都是封装形式都是DIP40或电阻和电容；或电阻和电容；n原理图符号与元器件封装的对应关系原理图符号与元器件封装的对应关系n原理图符号的引脚序号和元器件封装的焊盘序号一一对应原理图符号的引脚序号和元器件封装的焊盘序号一一对应n附元器件与原理图符号关系：附元器件与原理图符号关系：n一个元器件可以同时与不同的原理图符号相对应，如电阻。一个元器件可以同时与不同的原理图符号相对应，如电阻。第十八张，PPT共五十四页，创作于2022年6月元件封装与元件实物、原理图元件的对应关系 n封装对焊盘大小、焊盘间距、焊盘孔大小、焊盘序号等参数有非常严格的要求。n元器件的封装、元器件实物、
11、原理图元件引脚序号三者之间必须保持严格的对应关系，否则直接关系到制作电路板的成败和质量。第十九张，PPT共五十四页，创作于2022年6月n元件封装种类元件封装种类n插入式封装插入式封装（Through Hole Technology,THT）n焊接时焊接时将元件放置在板子的一面，并将元件的管脚将元件放置在板子的一面，并将元件的管脚插入焊点导通插入焊点导通孔，然后孔，然后焊在另一面上。焊在另一面上。n表面粘贴式封装表面粘贴式封装（Surface Mounted Technology,SMT）n零件的管脚与元件焊接在板子同一侧，不需钻孔零件的管脚与元件焊接在板子同一侧，不需钻孔!由于插入式元件封装
12、的焊点导孔贯穿整个电路板，所以其焊点的由于插入式元件封装的焊点导孔贯穿整个电路板，所以其焊点的属性对话框中，属性对话框中，Layer板层属性必须为板层属性必须为 Multi Layer。第二十张，PPT共五十四页，创作于2022年6月印制电路板的基本元素印制电路板的基本元素元件封装n元器件封装的编号元器件封装的编号n元件类型元件类型+焊点距离（焊点数）焊点距离（焊点数）+元件外型尺寸元件外型尺寸nDIP-4表示双列直插式元件封装，表示双列直插式元件封装，4个焊盘引脚，两焊盘间的距离为个焊盘引脚，两焊盘间的距离为100mil；nAXIAL-0.4表示轴状类元件封装（如电阻），引脚间距为表示轴状类
13、元件封装（如电阻），引脚间距为400mil；nRB7.6/15 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7.62mm，零件直径为，零件直径为15mm。n在制作电路板时必须知道元件的名称，同时也要知道该元件的封装形式。在制作电路板时必须知道元件的名称，同时也要知道该元件的封装形式。1mil=0.001inch=0.0254mm第二十一张，PPT共五十四页，创作于2022年6月 电阻的电气符号与其不同封装电阻的电气符号与其不同封装第二十二张，PPT共五十四页，创作于2022年6月电阻封装：AXIAL-0.4第二十三张，PPT共五十四页，创作于2022年6月极性电容类元件
14、封装：RB7.6-15第二十四张，PPT共五十四页，创作于2022年6月双列直插式元件封装：DIP-4第二十五张，PPT共五十四页，创作于2022年6月常用元件封装常用元件封装nProtel DXP 将常用的封装集成在将常用的封装集成在 Miscellaneous Devices PCB PcbLib 集成库中。集成库中。n常用的分立元件常用的分立元件n电阻电阻n电容电容n二极管类二极管类n晶体管类晶体管类n可变电阻类等。可变电阻类等。n常用的集成电路的封装有常用的集成电路的封装有 DIP XX 等。等。第二十六张，PPT共五十四页，创作于2022年6月n 电阻类电阻类 n轴对称式电阻类元件轴
15、对称式电阻类元件n常用封装为常用封装为AXIAL XX，（AXIAL代表轴状，代表轴状，xx表示两脚距表示两脚距离离)n AXIAL-0.3-AXIAL-1.0 nAXIAL0.4 管脚之间距离为管脚之间距离为400milAXIAL-0.4AXIAL-0.31mil=0.001inch=0.0254mm电阻的电气符号电阻的电气符号第二十七张，PPT共五十四页，创作于2022年6月n电阻类电阻类 n表面粘贴式表面粘贴式n0402、0403、0805、1005、1206、1210等系列。等系列。n封装名分两部分：封装名分两部分：前两个数字表示元件长度，后前两个数字表示元件长度，后两个数字表示元件的
16、宽度，单位为英寸。两个数字表示元件的宽度，单位为英寸。n0603元件长度为元件长度为0.06英寸、宽度为英寸、宽度为0.03英寸英寸封装封装06030603示意图示意图第二十八张，PPT共五十四页，创作于2022年6月n电容类电容类n扁平封装扁平封装n根据体积不同，从RAD-0.1RAD-0.4可以作为无极性电容封装n RAD后面的数值表示两个焊点间的距离。nRAD-0.1管脚之间距离为100mil。n筒状封装筒状封装n常用RBxx-xx作为有极性（电解）电容元件封装。nRB后的两个数字分别表示焊盘之间的距离和圆筒的直径，单位是英寸。nRB7.6/15表示元件封装焊盘间距为7.6英寸，圆筒的直
17、径为15英寸。第二十九张，PPT共五十四页，创作于2022年6月RB7.6-15RAD-0.3第三十张，PPT共五十四页，创作于2022年6月n二极管类元件二极管类元件n常用封装系列名称为常用封装系列名称为DIODExx，其中，其中xx表示两焊盘间距离。表示两焊盘间距离。nDIODE-0.4 管脚之间距离为管脚之间距离为400mil 常用于小功率二极管常用于小功率二极管nDIODE-0.7 管脚之间距离为管脚之间距离为700mil 常用于大功率二极管常用于大功率二极管DIODE-0.7!n二极管为有极性元件，封装外形上画有短线的一端代表负端，二极管为有极性元件，封装外形上画有短线的一端代表负端
18、，和实物二极管外壳上表示负端的白色或银色色环相对应。和实物二极管外壳上表示负端的白色或银色色环相对应。第三十一张，PPT共五十四页，创作于2022年6月n晶体管类晶体管类 nMiscellaneous Devices PCB.PcbLib 集成库中提供的有集成库中提供的有BCY W3/H.7 等。等。n常见的晶体管的封装如图所示常见的晶体管的封装如图所示第三十二张，PPT共五十四页，创作于2022年6月n可调电阻类可调电阻类 n常用的封装为常用的封装为VR系列，从系列，从VR2VR5，如图所示。，如图所示。n这里后缀的数字也只是表示外形的不同，而没有实际尺寸的含义，其中这里后缀的数字也只是表示
19、外形的不同，而没有实际尺寸的含义，其中VR5一般为精密电位器封装。一般为精密电位器封装。第三十三张，PPT共五十四页，创作于2022年6月n集成电路类集成电路类 n集成电路常见的封装是双列直插式封装，如图所示为集成电路常见的封装是双列直插式封装，如图所示为DIP-16的封装外形。的封装外形。第三十四张，PPT共五十四页，创作于2022年6月管壳的外观，引脚形状，封装管壳的外观，引脚形状，封装SOPQFPPGAZIPSIPDIPSOJQFJDual In-Line Package双列双列直插式封装直插式封装 Quad Flat Package 方型扁平式封装方型扁平式封装Small Outlin
20、e Package小小外形封装外形封装 Small outline J-lead Package J型引脚小外形封装型引脚小外形封装 Pin Grid Array PACkage插针插针网格阵列封装网格阵列封装第三十五张，PPT共五十四页，创作于2022年6月印制电路板的基本元素印制电路板的基本元素铜膜导线与飞线n铜膜导线n板子上的敷铜经过蚀刻处理形成的一定宽度和形状的导线，分布在层上连接各个焊点的金属线，用以实现电气连接。n飞线飞线nPCB布线过程中的预拉线，表示元件间的连接关系。电路板设计在引入网络表后，采用飞线指示元件之间连接关系。用导线连接后飞线消失。第三十六张，PPT共五十四页，创作
21、于2022年6月飞线印制电路板的基本元素印制电路板的基本元素铜膜导线与飞线n区别：n飞线只是一种形式上、逻辑上的连接，没有电气意义；飞线只是一种形式上、逻辑上的连接，没有电气意义；n导线有电气意义，物理连接。导线有电气意义，物理连接。n两者关系：两者关系：飞线指示导线的实际布置，导线实现飞线的意图。第三十七张，PPT共五十四页，创作于2022年6月印制电路板的基本元素印制电路板的基本元素-焊盘焊盘nPad(焊盘）焊盘）n放置焊锡用来焊接元件的。n焊盘根据元件封装不同结构也不同：n可以是穿透多个不同的层n或在一个层内；n焊盘的形状有圆形、方形、八角形等，如图所示。n焊盘由两部分组成：焊盘直径和孔
22、径直径。图焊盘的形状图焊盘的形状第三十八张，PPT共五十四页，创作于2022年6月焊盘（Pad）和过孔（Via）第三十九张，PPT共五十四页，创作于2022年6月印制电路板的基本元素-过孔n作用n在各层需要连通的导线的交际处钻上一个孔，用于连接不同板层之间的导线n种类nThnchole Vias:从顶层直接通到底层。nBlind Vias：只从顶层通到某一层里层，并没有穿透所有层，或者从里层穿透出来的到底层的过孔。nBuried Vias:只在内部两个里层之间相互连接，没有穿透底层或顶层的过孔。n过孔只有圆形圆形，包括，包括两个尺寸两个尺寸：n过孔的直径（Diameter）n通孔的直径（hol
23、e size）n通孔的孔壁由导电材料构成，用于连接不同层的导线。第四十张，PPT共五十四页，创作于2022年6月电路板的结构图印制电路板结构印制电路板结构第四十一张，PPT共五十四页，创作于2022年6月敷铜n对于电路抗干扰性能要求较高的场合，可考虑在电路板上敷铜。敷铜可以有效地起到信号屏蔽作用，提高信号的抗电磁干扰能力。n敷铜可分为实心填充和网格填充。第四十二张，PPT共五十四页，创作于2022年6月n层n印制板材料本身实实在在存在的n例如印制板的上下两面可供走线，这样的面即为层n甚至在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔（也称为层）。n敷铜层和非敷铜层n注意：布线时一旦选定了所用印制板的层
24、数，务必关闭那些未被使用的层，以免布线出现差错。nDXP中的Layer:nPCB编辑器中都有一个独立的层面（Layers）与之相对应，电路板设计者通过层面给电路板厂家提供制作该板所需的印制参数。印制电路板的基本元素-层第四十三张，PPT共五十四页，创作于2022年6月n类型：nSignal Layer（信号层）（信号层）nInternal plane（内部电源层）（内部电源层）nMechanical Layer（机械层）（机械层）nSolder Mark&Paste Mark（阻焊层及助焊层）（阻焊层及助焊层）nSilkScreen（丝印层）、（丝印层）、Others（其它层）。（其它层）。n
25、PCB编辑器，执行【Design】/【Board Layers】命令，可根据设计需要在相应板层后面的复选框中打上“”，选中该项，以便显示该层面。印制电路板的基本元素-层第四十四张，PPT共五十四页，创作于2022年6月Signal Layer：信号层主要用于放置：信号层主要用于放置元件和导线元件和导线Top Layer（顶层）（顶层）可用于放置可用于放置电子元件电子元件和和信号走线信号走线。Bottom Layer（底层）（底层）用于放置信号走线和焊点，用于放置信号走线和焊点，是单面板唯一的布线层是单面板唯一的布线层.Midlayer1-n（中间工作层）。（中间工作层）。Midlayer（Mi
26、d1Mid14）仅放置信号走线仅放置信号走线。一般只有在一般只有在5层以上较为复杂的电路板中才采用。层以上较为复杂的电路板中才采用。设计多层印制电路板，可以从设计多层印制电路板，可以从DXP的层管理环境中添加的层管理环境中添加MidProtel DXP PCB编辑器常用层面 第四十五张，PPT共五十四页，创作于2022年6月Internal plane：内部电源层主要用于布置电源线及接地线。内部电源层主要用于布置电源线及接地线。分别为Plane1-n。Protel DXP PCB编辑器支持16个内部电源/接地层。内部电源/接地层通常是一块完整的铜箔，单独设置内部电源/接地层可最大限度地减少电源
27、与地之间的连线长度，而且对电路中高频信号的干扰起到屏蔽作用。如果PCB上的元器件需要不同的电源供应，可充分利用内部电源/接地层将大量的接电源（或接地）的元件管脚通过元件焊盘或过孔直接与电源（或地线）相连，减少顶层和底层电源/地线的连线长度。用户使用多层印刷电路板才会有内部电源层。Protel DXP PCB编辑器常用层面 第四十六张，PPT共五十四页，创作于2022年6月nKeep Out Layer（禁止布线层）用于定义放置元件的区域。n如果用户要对电路进行自动布局和自动布线，必须在Keep Out Layer上设置一个布线区，具体步骤将在后面讲解。n在Keep Out Layer层上由Tr
28、ack形成的一个闭合的区域来构成布线区。nMechanical Layer（机械层）分别为Mechanical 1-16n定义整个PCB板的外观，即整个PCB板的外形结构，如电路板的标注尺寸、机械尺寸、定位孔及装配说明等。n机械层没有电气特性，在实际电路板中也没有实际的对象与其对应，是PCB编辑器便于电路板厂家规划尺寸制板而设置，属于逻辑层。Protel DXP PCB编辑器常用层面 第四十七张，PPT共五十四页，创作于2022年6月Solder Mark&Paste Mark（阻焊层及防锡膏层）阻焊层涂于焊盘以外阻止焊锡。n助焊膜（Top or Bottom Solder Mask）是涂于焊
29、盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是绿色板子上比焊盘略大一点的浅色圆斑SilkScreen（丝印层）主要用于设置印制信息，如元件轮廓和标注。Protel DXP PCB编辑器常用层面 第四十八张，PPT共五十四页，创作于2022年6月PCB图操作界面nPCB菜单及工具栏nPCB编辑器的画面管理nPageUp nPageDownn工作面板n工作层管理PCB放置工具栏介绍：第四十九张，PPT共五十四页，创作于2022年6月层面管理器层面管理器执行菜单DesignLayer Stack Managern1、添加一个信号层n2、添加一个内部电源/接地层n3、删除一个层面n4、改变层面的层叠次序n5、编辑
30、层面的属性第五十张，PPT共五十四页，创作于2022年6月设置工作层面设置工作层面DesignDoard Layers&Colors设置各个工作层面的显示与隐藏以及外观颜色等。设置各个工作层面的显示与隐藏以及外观颜色等。双面板双面板PCB设计时，常用的工作层面有设计时，常用的工作层面有Top Layer、Bottom Layer、Mechanical 1、Keep out Layer、Multi-Layer、Top Overlay，系统已默认显示。此外飞线层，系统已默认显示。此外飞线层Connections and From Tos在设计时也十分必要设置为显示，其他参数在设计时也十分必要设置为
31、显示，其他参数按系统默认设置。按系统默认设置。第五十一张，PPT共五十四页，创作于2022年6月PCB图设计流程图设计流程n新建新建PCB图文件。图文件。n设置设置PCB图纸：确定图纸：确定PCB板尺寸、板尺寸、设置设置布线区、设置布线区、设置PCB板层等。板层等。n从原理图导入设计。从原理图导入设计。n元件布局。元件布局。n设置设计规则。设置设计规则。n布线：手动布线或自动布线。布线：手动布线或自动布线。第五十二张，PPT共五十四页，创作于2022年6月PCB设计流程印制电路板的设计原则n整体考虑n可靠性n工艺性n经济性n印制电路板尺寸及板层选取结构n一般情况下，在禁止布线层中指定的布线范围就是电路板尺寸的大小。n电路板最佳形状是矩形，长宽比为3:2或4:3。n印制电路板布局原则n印制电路板布线原则第五十三张，PPT共五十四页，创作于2022年6月感谢大家观看第五十四张，PPT共五十四页，创作于2022年6月