《电子产品工艺与设备(大三上学期第)3章 印制电路板设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子产品工艺与设备(大三上学期第)3章 印制电路板设计.ppt（112页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3.1 3.1 印制电路板的种类和特点印制电路板的种类和特点3.2 3.2 印制电路板设计基础印制电路板设计基础3.3 3.3 印制电路的设计印制电路的设计3.4 3.4 印制电路板的制造工艺印制电路板的制造工艺 3.5 3.5 印制电路板的手工制作印制电路板的手工制作第第3 3章章 印制电路板印制电路板设计与制作设计与制作印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3.1 印制电路板的种类和特点印制电路板的种类和特点一、印制电路板的类型一、印制电路板的类型 二、印制电路板的材料二、印制电路板的材料 印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 一、一、印制
2、电路板的类型印制电路板的类型1、单面印制电路板、单面印制电路板2、双面印制电路板、双面印制电路板3、多层印制电路板、多层印制电路板4、软印制电路板、软印制电路板5、平面印制电路板、平面印制电路板印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 1、单面印制电路板、单面印制电路板单面印制电路板是在厚度为0.20.5mm的绝缘基板的一个表面上敷有铜箔，通过印制和腐蚀的方法，在基板上形成印制电路。它适用于电子元件密度不高的电子产品，如收音机、一般的电子产品等，比较适合于手工制作。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 2、双面印制电路板、双面印制电路板双面印制电路板双面印制电路板在绝缘基板上（其厚度为0.
3、20.5mm）的两面均敷有铜箔，可在基板上的两面制成印制电路。这适用于电子元件密度比较高的电子产品，如电子计算机、电子仪器、手机等。由于双面印制电路的布线密度较高，所以能减小电子产品的体积，但需要在两面铜箔之间安排金属化过孔，这需要特殊的制作工艺，手工制作基本是不可能的。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3、多层印制电路板、多层印制电路板在绝缘基板上制成三层以上印制电路的印制电路板称为多层印制电路板。它是由几层较薄的单面板或双层面板粘合而成，其厚度一般为1.22.5 mm。为了把夹在绝缘基板中间的电路引出，多层印制电路板上安装元件的孔需要金属化，即在小孔内表面涂覆金属层，使之与夹在绝缘
4、基板中间的印制电路接通。其特点是与集成电路块配合使用，可以减小产品的体积与重量，还可以增设屏蔽层，以提高电路的电气性能。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 4、软印制电路板、软印制电路板软印制电路板的基材是软的层状塑料或其它质软膜性材料，如聚脂或聚亚胺的绝缘材料，其厚度为0.251 mm之间。它也有单层、双层及多层之分，它可以端接、排接到任意规定的位置，如在手机的翻盖和机体之间实现电气连接，被广泛用于电子计算机、通信、仪表等电子产品上。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 5、平面印制电路板、平面印制电路板将印制电路板的印制导线嵌入绝缘基板，使导线与基板表面平齐，就构成了平面印制电路
5、板。在平面印制电路板的导线上都电镀一层耐磨的金属，通常用于转换开关、电子计算机的键盘等。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 二、印制电路板的材料二、印制电路板的材料根据印制电路板材料的不同可分为四种：根据印制电路板材料的不同可分为四种：1、酚醛纸基敷铜箔板（又称纸铜箔板）、酚醛纸基敷铜箔板（又称纸铜箔板）2、环氧酚醛玻璃布敷铜箔板、环氧酚醛玻璃布敷铜箔板3、环氧玻璃布敷铜箔板、环氧玻璃布敷铜箔板4、聚四氟乙烯玻璃布敷铜箔板、聚四氟乙烯玻璃布敷铜箔板印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 1、酚醛纸基敷铜箔板（又称纸铜箔板）、酚醛纸基敷铜箔板（又称纸铜箔板）它是由纸浸以酚醛树脂，两面衬以
6、无碱玻璃布，在一面或两面覆以电解铜箔，经热压而成。这种板的缺点是机械强度低、易吸水及耐高温较差，但价格便宜。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 2、环氧酚醛玻璃布敷铜箔板、环氧酚醛玻璃布敷铜箔板环氧酚醛玻璃布敷铜箔板是用无碱玻璃布浸以酚醛树脂，并覆以电解紫铜经热压而成。由于使用了环氧树脂，所以环氧酚醛玻璃布敷铜箔板的粘结力强、电气及机械性能好、既耐化学溶剂又耐高温潮湿，但环氧酚醛玻璃布敷铜箔板的价格较贵。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3、环氧玻璃布敷铜箔板、环氧玻璃布敷铜箔板环氧玻璃布敷铜箔板环氧玻璃布敷铜箔板是将玻璃丝布浸以用双氰胺作为固化剂的环氧树脂，再覆以电解紫铜箔经热
7、压而成。它的电气及机械性能好，耐高温潮湿，且板基透明。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 4、聚四氟乙烯玻璃布敷铜箔板、聚四氟乙烯玻璃布敷铜箔板聚四氟乙烯玻璃布敷铜箔板聚四氟乙烯玻璃布敷铜箔板是用无碱玻璃布浸渍聚四氟乙烯分散乳液，再覆以经氧化处理的电解紫铜箔经热压而成。它具有优良的电性能和化学稳定性，是一种能耐高温且有高绝缘性的新型材料。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3.2 印制电路板（印制电路板（PCB）设计基础）设计基础 随着电子技术的不断发展，随着电子技术的不断发展，PCB（Printed Circuit Board）设计具有越来越重要的地位。一个电路的实）设计具有越来
8、越重要的地位。一个电路的实现必须依赖于其载体，即现必须依赖于其载体，即PCB板。电路的设计功能能板。电路的设计功能能否有效地实现，是由否有效地实现，是由PCB的设计与制造决定的。而在的设计与制造决定的。而在PCB设计的过程中，遵循一定的设计规则和技巧，可设计的过程中，遵循一定的设计规则和技巧，可以有效地提高以有效地提高PCB信号的质量，从而实现设计的功能。信号的质量，从而实现设计的功能。本章主要对本章主要对PCB设计的一些基本的知识作为入门介绍，设计的一些基本的知识作为入门介绍，同时介绍同时介绍PCB的制作方法，以供学生学习具体的设计。的制作方法，以供学生学习具体的设计。印制电路板设计与制作印
9、制电路板设计与制作 3.2.1 3.2.1 印制电路的基本概念印制电路的基本概念 在进行在进行PCBPCB的设计与制作前，先了解一下印制电路的设计与制作前，先了解一下印制电路板的结构，理解一些基本概念，尤其是涉及到布线规板的结构，理解一些基本概念，尤其是涉及到布线规则时，这些概念很重要。则时，这些概念很重要。1.1.印制电路板结构印制电路板结构 一个普通的一个普通的PCBPCB板由镀铜的树脂玻璃材料或一层板由镀铜的树脂玻璃材料或一层铜箔与树脂材料粘贴在一起，如图铜箔与树脂材料粘贴在一起，如图3-13-1所示。所示。图3-1 PCB板的结构示例印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 铜层介电绝
10、缘层图3-1 PCB板的结构示例铜层印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 一般来说，印制电路板的结构有单面板、双面板一般来说，印制电路板的结构有单面板、双面板和多层板三种。和多层板三种。单面板：单面板是一种一面有敷铜，另一面没单面板：单面板是一种一面有敷铜，另一面没有敷铜的电路板，用户只可在敷铜的一面布线并放置元有敷铜的电路板，用户只可在敷铜的一面布线并放置元件。单面板由于成本低、不用打孔而被广泛应用。由于件。单面板由于成本低、不用打孔而被广泛应用。由于单面走线只能在一面上进行，因此，它的设计往往比双单面走线只能在一面上进行，因此，它的设计往往比双面板或多层板困难得多。面板或多层板困难得多
11、。双面板：双面板包括顶层（双面板：双面板包括顶层（Top Layer）和底层）和底层（Bottom Layer），顶层一般为元件面，底层一般为焊），顶层一般为元件面，底层一般为焊锡层面，双面板的双面都可以敷铜，都可以布线。双面锡层面，双面板的双面都可以敷铜，都可以布线。双面板的电路一般比单面板的电路复杂，但布线比较容易，板的电路一般比单面板的电路复杂，但布线比较容易，是制作电路板比较理想的选择。是制作电路板比较理想的选择。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 多层板：多层板是包含了多个工作层的电路板。除多层板：多层板是包含了多个工作层的电路板。除了上面讲到的顶层、底层以外，还包括中间层、内
12、部电源了上面讲到的顶层、底层以外，还包括中间层、内部电源或接地层等。随着电子技术的高速发展，电子产品越来越或接地层等。随着电子技术的高速发展，电子产品越来越精密，电路板也就越来越复杂，多层电路板的应用也越来精密，电路板也就越来越复杂，多层电路板的应用也越来越广泛。多层电路板一般指三层以上的电路板。越广泛。多层电路板一般指三层以上的电路板。2.元件封装元件封装 通常设计完成印制电路板后，将它拿到专门制作电路通常设计完成印制电路板后，将它拿到专门制作电路板的单位，制作电路板。取回制好的电路板后，要将元件板的单位，制作电路板。取回制好的电路板后，要将元件焊接上去。那么如何保证取用元件的引脚和印制电路
13、板上焊接上去。那么如何保证取用元件的引脚和印制电路板上的焊盘一致呢？那就得靠元件封装了。元件封装是指元件的焊盘一致呢？那就得靠元件封装了。元件封装是指元件焊接到电路板时所指的外观和焊盘位置。焊接到电路板时所指的外观和焊盘位置。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 既然元件封装只是元件的外观和焊盘位置，那么纯粹的元件既然元件封装只是元件的外观和焊盘位置，那么纯粹的元件封装仅仅是空间的概念，因此，不同的元件可以共用同一个元封装仅仅是空间的概念，因此，不同的元件可以共用同一个元件封装；另一方面，同种元件也可以有不同的封装，所以在取件封装；另一方面，同种元件也可以有不同的封装，所以在取用焊接元器件
14、时，不仅要知道元件名称，还要知道元件的封装。用焊接元器件时，不仅要知道元件名称，还要知道元件的封装。（1）元件封装的分类）元件封装的分类 元件的封装形式可以分成两大类，即针脚式（直插式）元元件的封装形式可以分成两大类，即针脚式（直插式）元件封装和件封装和SMT（表面贴装式）元件封装。针脚式元件封装焊接（表面贴装式）元件封装。针脚式元件封装焊接时先要将元件针脚插入焊盘导通孔，然后再焊锡。针脚式元件时先要将元件针脚插入焊盘导通孔，然后再焊锡。针脚式元件封装的焊盘和过孔贯穿整个电路板，封装的焊盘和过孔贯穿整个电路板，SMT元件封装的焊盘只限元件封装的焊盘只限于表面层。于表面层。（2）元件封装的编号一
15、般为）元件封装的编号一般为“元件类型元件类型+焊盘距离（焊盘焊盘距离（焊盘数）数）+元件外形尺寸元件外形尺寸”。可以根据元件封装编号来判别元件封装。可以根据元件封装编号来判别元件封装的规格。的规格。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 图3-2 常见的元器件封装 印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3.铜膜导线铜膜导线 铜膜导线也称铜膜走线，简称导线，用于连接各个焊盘，是铜膜导线也称铜膜走线，简称导线，用于连接各个焊盘，是印制电路板最重要的部分。印制电路板设计都是围绕如何布置导印制电路板最重要的部分。印制电路板设计都是围绕如何布置导线来进行的。线来进行的。4.助焊膜和阻焊膜助焊膜和阻
16、焊膜 按按“膜膜”所处的位置及其作用，所处的位置及其作用，“膜膜”可分为元件面（或焊可分为元件面（或焊接面）助焊膜和元件面（或焊接面）阻焊膜两类。接面）助焊膜和元件面（或焊接面）阻焊膜两类。助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜。阻焊膜的情助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜。阻焊膜的情况正好相反，为了使制成的况正好相反，为了使制成的PCB适应波峰焊等焊接形式，要求板适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘锡，因此在焊盘以外的各个部位都要子上非焊盘处的铜箔不能粘锡，因此在焊盘以外的各个部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡。可见，这两种膜是一种涂覆一层涂料，用于阻止这些部
17、位上锡。可见，这两种膜是一种互补关系。互补关系。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 5.层层 现今，由于电子线路的元件密集安装、抗干扰和现今，由于电子线路的元件密集安装、抗干扰和布线等特殊要求，一些较新的电子产品中所用的印制板布线等特殊要求，一些较新的电子产品中所用的印制板不仅上下两面可供走线，在板的中间还设有能被特殊加不仅上下两面可供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔。例如，现在的计算机主板所用的印制电工的夹层铜箔。例如，现在的计算机主板所用的印制电路板材料大多在路板材料大多在4层以上。这些层因加工相对较难而大层以上。这些层因加工相对较难而大多用于设置走线较为简单的电源布线层
18、，并常用大面积多用于设置走线较为简单的电源布线层，并常用大面积填充的办法来布线。上下位置的表面层与中间各层需要填充的办法来布线。上下位置的表面层与中间各层需要连通的地方用连通的地方用“过孔（过孔（Via）”来沟通。来沟通。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 6.6.焊盘和过孔焊盘和过孔 （1 1）焊盘：焊盘的作用是放置焊锡、连接导线和元件引脚。）焊盘：焊盘的作用是放置焊锡、连接导线和元件引脚。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。振动和受热情况、受力方向等因素。焊盘的形状有圆、方
19、、八角、焊盘的形状有圆、方、八角、圆方、定位用焊盘和特殊焊盘，特殊焊盘需要单独设计。自行设圆方、定位用焊盘和特殊焊盘，特殊焊盘需要单独设计。自行设计焊盘时还要考虑以下原则：计焊盘时还要考虑以下原则：l形状上长短不一致时，要考虑边线宽度与焊盘定边长的大小形状上长短不一致时，要考虑边线宽度与焊盘定边长的大小差异不能过大。差异不能过大。l需要在元件引脚之间走线时，选用长短不对称的焊盘往往事需要在元件引脚之间走线时，选用长短不对称的焊盘往往事半功倍。半功倍。l各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定，原则各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定，原则是孔的尺寸比引脚直径大是孔的尺寸比引脚直
20、径大0.20.4mm。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 （2 2）过孔：为连通各层之间的线路，在各层需要）过孔：为连通各层之间的线路，在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，这就是过孔。连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，这就是过孔。过孔有三种，即从顶层贯通到底层穿透式过孔、从顶过孔有三种，即从顶层贯通到底层穿透式过孔、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲过孔以及内层间的层通到内层或从内层通到底层的盲过孔以及内层间的隐藏过孔。隐藏过孔。过孔从上面看上去，有两个尺寸，即通孔直径和过孔从上面看上去，有两个尺寸，即通孔直径和过孔直径，如图过孔直径，如图3-3所示。所示。通孔和过孔之间的孔壁，
21、通孔和过孔之间的孔壁，用于连接不同层的导线。用于连接不同层的导线。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 过过孔孔直直径径 通通孔孔直直径径 图3-3 过孔尺寸印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3.3.丝印层丝印层 为方便电路的安装和维修，要在印制板的上下两表面印为方便电路的安装和维修，要在印制板的上下两表面印上必要的标志图案和文字代号等，例如元件标号和标称值、元上必要的标志图案和文字代号等，例如元件标号和标称值、元件轮廓形状和厂家标志、生产日期等，这就称为丝印层。不少件轮廓形状和厂家标志、生产日期等，这就称为丝印层。不少初学者设计丝印层的有关内容时，只注意文字符号放置得整齐初学者设
22、计丝印层的有关内容时，只注意文字符号放置得整齐美观，而忽略了实际制出的美观，而忽略了实际制出的PCB效果。在他们设计的印制板上，效果。在他们设计的印制板上，字符不是被元器件档住就是侵入了助焊区而被抹除了，还有把字符不是被元器件档住就是侵入了助焊区而被抹除了，还有把元件标号打在相邻元件上，如此种种的设计都将会给装配和维元件标号打在相邻元件上，如此种种的设计都将会给装配和维修带来很大不便。正确的丝印层字符布置原则是：不出歧义，修带来很大不便。正确的丝印层字符布置原则是：不出歧义，见缝插针，美观大方。见缝插针，美观大方。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 8.8.敷铜敷铜 对于抗干扰要求比较高
23、的电路板，常常需要在对于抗干扰要求比较高的电路板，常常需要在PCB上敷上敷铜。敷铜可以有效地实现电路板信号屏蔽作用，提高电路板信铜。敷铜可以有效地实现电路板信号屏蔽作用，提高电路板信号的抗电磁干扰的能力。通常敷铜有两种方式：一种是实心填号的抗电磁干扰的能力。通常敷铜有两种方式：一种是实心填充方式；另一种是网格状的填充。在实际应用中，实心式的填充方式；另一种是网格状的填充。在实际应用中，实心式的填充比网格状的更好，建议使用实心式的填充方式。如图充比网格状的更好，建议使用实心式的填充方式。如图3-4所示。所示。（a）实心式 （b）网状式图3-4 敷铜实心式和网状式填充图 印制电路板设计与制作印制电
24、路板设计与制作 3.2.2 印制焊盘印制焊盘 焊盘也叫连接盘，是指印制导线在焊接孔周围的金属部分，焊盘也叫连接盘，是指印制导线在焊接孔周围的金属部分，供元件引线跨接线焊接用。供元件引线跨接线焊接用。连连接接盘盘的尺寸：的尺寸：连连接接盘盘的尺寸取决于的尺寸取决于焊焊接孔的尺寸。接孔的尺寸。焊焊接接孔是指固定元件引孔是指固定元件引线线或跨接或跨接线线面面贯贯穿基板的孔。穿基板的孔。显显然，然，焊焊接孔接孔的直径的直径应该应该稍大于稍大于焊焊接元件的引接元件的引线线直径。直径。焊焊接孔径的大小与工接孔径的大小与工艺艺有关，当有关，当焊焊接孔径大于或等于印制板厚度接孔径大于或等于印制板厚度时时，可用
25、冲孔；当，可用冲孔；当焊焊接孔径小于印制板厚度接孔径小于印制板厚度时时，可用，可用钻钻孔。一般孔。一般焊焊接孔的接孔的规规格不格不宜宜过过大，可按表大，可按表3.1来来选选用（表中有用（表中有*者者为优为优先先选选用）用）印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 表3.1 焊接孔的规格印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 连接盘直径连接盘直径D应大于焊接孔内径应大于焊接孔内径d，D=(23)d，如图，如图3-5所示。为了保证焊接及结合强度，所示。为了保证焊接及结合强度，建议采用表建议采用表3-2的尺寸的尺寸。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 表表3-2连接盘直径与焊接孔关系连接盘直
26、径与焊接孔关系 连接盘的形状。根据不同的要求选择不同形状连接盘的形状。根据不同的要求选择不同形状的连接盘，圆形连接盘用得最多，因为圆焊盘在焊接的连接盘，圆形连接盘用得最多，因为圆焊盘在焊接时，焊锡将自然堆焊成光滑的圆锥形，结合牢固、美时，焊锡将自然堆焊成光滑的圆锥形，结合牢固、美观。但有时，为了增加连接盘的粘附强度，也采用正观。但有时，为了增加连接盘的粘附强度，也采用正方形、椭圆形和长圆形连接盘。连接盘的常用形状如方形、椭圆形和长圆形连接盘。连接盘的常用形状如图图3-6所示。所示。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 岛形焊盘。焊盘与焊盘间的连线合
27、为一体，如同水上小岛，故称为岛形焊盘，如图3-3所示。常用于元件的不规则排列中，其有利于元器件密集固定，并可大量减少印制导线的长度与数量。此外，焊盘与印制线合为一体后，铜箔面积加大，使焊盘和印制线的抗剥强度增加。所以，多用在高频电路中，它可以减少接点和印制导线电感，增大地线的屏蔽面积，以减少连接点间的寄生耦合。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 图3-3 岛形焊盘印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 定位孔。定位孔是用于印制电路板制板制作时定位孔。定位孔是用于印制电路板制板制作时的加工基准。根据定位精确度要求的不同，有不同的的加工基准。根据定位精确度要求的不同，有不同的定位方法。印制
28、电路板上的定位孔，应该用专门图形定位方法。印制电路板上的定位孔，应该用专门图形符号表示。当要求不高时，也可采用印制线路板内较符号表示。当要求不高时，也可采用印制线路板内较大的装配孔代替。图大的装配孔代替。图3-8给出了三种定位孔图形符号。给出了三种定位孔图形符号。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3.2.3 印制导线印制导线 设计印制电路板时，当元件布局和布线的方案初设计印制电路板时，当元件布局和布线的方案初步确定后，就要具体地设计印制导线与印制板图形。这步确定后，就要具体地设计印制导线与印制板图形。这时必然会遇到印制线宽度、导线间距等设计尺寸的确定时必然会遇到印制线宽度、导线间距等设
29、计尺寸的确定以及图形的格式等问题。设计尺寸和图形格式不能随便以及图形的格式等问题。设计尺寸和图形格式不能随便选择，它关系到印制板的总尺寸和电路性能。选择，它关系到印制板的总尺寸和电路性能。印制导线的宽度印制导线的宽度 一般情况下，印制导线应尽可能宽一些，这有利一般情况下，印制导线应尽可能宽一些，这有利于承受电流和制造时方便。表于承受电流和制造时方便。表3-3为为0.05mm厚的导线宽厚的导线宽度与允许电流量、电阻的关系。度与允许电流量、电阻的关系。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 表表3-3 导线宽度与允许电流量、电阻的关系导线宽度与允许电流量、电阻的关系 在决定印制导线宽度时，除需要
30、考虑载流量外，在决定印制导线宽度时，除需要考虑载流量外，还应注意它在板上的剥离强度，以及与连接盘的协调，还应注意它在板上的剥离强度，以及与连接盘的协调，如图如图3-3所示，线宽所示，线宽b=(1/32/3)D。一般的导线宽度。一般的导线宽度可在可在0.32.0 mm之间，建议优先采用之间，建议优先采用0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm,其中其中0.5mm主要用于微小型化设备。主要用于微小型化设备。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 印制导线具有电阻，通过电流时将产生热量和电压降。印制导线具有电阻，通过电流时将产生热量和电压降。印制导线的电阻在一般情况下可不予考虑，但当作为公共
31、地线印制导线的电阻在一般情况下可不予考虑，但当作为公共地线时，为避免地线电位差而引起寄生回授时要适当考虑。时，为避免地线电位差而引起寄生回授时要适当考虑。印制电路的电源线和接地线的载流量较大，因此，设计时要印制电路的电源线和接地线的载流量较大，因此，设计时要适当加宽，一般取适当加宽，一般取1.52.0mm。当要求印制导线的电阻和电感小时，可采用较宽的信号当要求印制导线的电阻和电感小时，可采用较宽的信号线；当要求分布电容小时，可采用较窄的信号线。线；当要求分布电容小时，可采用较窄的信号线。印制导线的间距印制导线的间距 一般情况下，建议导线间距等于导线宽度，但不小于一般情况下，建议导线间距等于导线
32、宽度，但不小于1mm，否则浸焊就有困难。对微型化设备，导线的最小间距就，否则浸焊就有困难。对微型化设备，导线的最小间距就不小于不小于0.4mm。导线间距与焊接工艺有关，采用浸焊或波峰焊。导线间距与焊接工艺有关，采用浸焊或波峰焊时，间距要大一些，手工焊接时的间距可小一些。时，间距要大一些，手工焊接时的间距可小一些。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 在高压电路中，相邻导线间存在着高电位梯度，在高压电路中，相邻导线间存在着高电位梯度，必须考虑其影响。印制导线间的击穿将导致基板表面炭必须考虑其影响。印制导线间的击穿将导致基板表面炭化、腐蚀和破裂。在高频电路中，导线之间的距离将影化、腐蚀和破裂。
33、在高频电路中，导线之间的距离将影响分布电容的大小，从而影响着电路的损耗和稳定性。响分布电容的大小，从而影响着电路的损耗和稳定性。因此导线间距的选择要根据基板材料、工作环境、分布因此导线间距的选择要根据基板材料、工作环境、分布电容大小等因素来确定。最小导线间距还同印制板的加电容大小等因素来确定。最小导线间距还同印制板的加工方法有关，选用时就综合考虑。工方法有关，选用时就综合考虑。印制导线形状印制导线形状 印制导线的形状可分为：平直均匀形；斜线均匀印制导线的形状可分为：平直均匀形；斜线均匀形；曲线均匀形；曲线非均匀形。如图形；曲线均匀形；曲线非均匀形。如图3-9所示。所示。印制电路板设计与制作印制
34、电路板设计与制作 印制导线的图形除要考虑机械因素、电气因印制导线的图形除要考虑机械因素、电气因素外，还要考虑美观大方。所以在设计印制导线素外，还要考虑美观大方。所以在设计印制导线的图形时，应遵循以下原则（如图的图形时，应遵循以下原则（如图3-10所示）：所示）：印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 (a)避免采用(b)优先采用图3-10 印制导线的形状 印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 a同一印制板的导线宽度（除地线外）最好一样。同一印制板的导线宽度（除地线外）最好一样。b印制导线应走向平直，不应有急剧的弯曲和出现尖角，所印制导线应走向平直，不应有急剧的弯曲和出现尖角，所有弯曲与过
35、渡部分均须用圆弧连接。有弯曲与过渡部分均须用圆弧连接。c印制导线应尽可能避免有分支，如必须有分支，分支处应印制导线应尽可能避免有分支，如必须有分支，分支处应圆滑。圆滑。d印制导线尽避免长距离平行，对双面布设的印制线不能平印制导线尽避免长距离平行，对双面布设的印制线不能平行，应交叉布设。行，应交叉布设。e如果印制板面需要有大面积的铜箔，例如电路中的接地部如果印制板面需要有大面积的铜箔，例如电路中的接地部分，则整个区域应镂空成栅状，见图分，则整个区域应镂空成栅状，见图3-11。这样在浸焊时能迅。这样在浸焊时能迅速加热，并保证涂锡均匀。此外还能防止板受热变形，防止铜速加热，并保证涂锡均匀。此外还能防
36、止板受热变形，防止铜箔翘起和剥脱。箔翘起和剥脱。f当导线宽度超过当导线宽度超过3mm时，最好在导线中间开槽成两根并行时，最好在导线中间开槽成两根并行的连接线，见图的连接线，见图3-12。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3.3 印制电路的设计印制电路的设计 3.3.1 PCB设计流程设计流程 PCB的设计就是将设计的电路在一块板上实现。一块的设计就是将设计的电路在一块板上实现。一块PCB板板上不但要包含所有必需的电路，而且还应该具有合适的元件选上不但要包含所有必需的电路，而且还应该具有合适的元件选择、元件的信号速度、材料、温度范围、电源的电压范
37、围以及择、元件的信号速度、材料、温度范围、电源的电压范围以及制造公差等信息，一块设计出来的制造公差等信息，一块设计出来的PCB必须能够制造出来，所必须能够制造出来，所以以PCB的设计除了满足功能要求外，还要满足制造工艺要求以的设计除了满足功能要求外，还要满足制造工艺要求以及装配要求。为了有效地实现这些设计目标，我们需要遵循一及装配要求。为了有效地实现这些设计目标，我们需要遵循一定的设计过程和规范。定的设计过程和规范。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 图3-13 PCB项目的设计流程印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 1）产生设计要求和规范。通常，一个新的设计要从新的）产生设计要求
38、和规范。通常，一个新的设计要从新的系统规范和功能要求开始。产生了设计的系统规范和功能要求系统规范和功能要求开始。产生了设计的系统规范和功能要求等说明后，就可以进行功能分析，并且产生成本目标、开发计等说明后，就可以进行功能分析，并且产生成本目标、开发计划、开发成本、需要应用的相关技术以及各种必需的要求。例划、开发成本、需要应用的相关技术以及各种必需的要求。例如，一个电机控制系统的开发项目，它的设计要求和规范可能如，一个电机控制系统的开发项目，它的设计要求和规范可能包括控制电机的类型（永磁同步电机，包括控制电机的类型（永磁同步电机，PMSM）、电机的功率）、电机的功率（100W）、电压和电流的要求
39、（）、电压和电流的要求（24V，5A）、控制精度要求、）、控制精度要求、平均无故障时间（平均无故障时间（MTBF）、通信接口的要求、应用环境等。）、通信接口的要求、应用环境等。这些设计规范将是整个设计的起点，后续的设计过程将要严格这些设计规范将是整个设计的起点，后续的设计过程将要严格满足这此规范要求。满足这此规范要求。2）将系统组成结构框图。一旦获得了系统的设计规范，）将系统组成结构框图。一旦获得了系统的设计规范，我们就可以产生为实现该系统所要求的主要功能的结构框图。我们就可以产生为实现该系统所要求的主要功能的结构框图。这个系统组成的结构框图描述了所设计的系统如何进行功能分这个系统组成的结构框
40、图描述了所设计的系统如何进行功能分解，各个功能模块之间的关系如何。解，各个功能模块之间的关系如何。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3）将系统按实现的功能分解到各个）将系统按实现的功能分解到各个PCB。主要功能确定后，。主要功能确定后，就可以按照可应用的技术，将实现的电路分解到就可以按照可应用的技术，将实现的电路分解到PCB模块中，模块中，在一个在一个PCB中的功能必须可以有效地实现。各个中的功能必须可以有效地实现。各个PCB之间可以之间可以通过数据总线或其他通信模式进行连接。多数情况下，是通过通过数据总线或其他通信模式进行连接。多数情况下，是通过背板上的总线将各个子背板上的总线将各个
41、子PCB连接起来，比如连接起来，比如LabView的背板和数的背板和数据采集子卡之间的连接。再如计算机的主板和内存条、显示驱据采集子卡之间的连接。再如计算机的主板和内存条、显示驱动、硬盘控制器以及动、硬盘控制器以及PCMCIA卡的接口。卡的接口。4）绘制）绘制PCB的原理图。根据各个的原理图。根据各个PCB的功能模块，绘制的功能模块，绘制PCB实现的原理图电路图，从而在原理上实现其功能。在这个实现的原理图电路图，从而在原理上实现其功能。在这个过程中，需要过程中，需要PCB实现所需要的合适元件以及元件之间的连接实现所需要的合适元件以及元件之间的连接方式。方式。印制电路板设计与制作印制电路板设计与
42、制作 5）确定）确定PCB的尺寸和结构。确定了原理后，就可以规划的尺寸和结构。确定了原理后，就可以规划PCB。可以根据电路的复杂度和成本要求，确定。可以根据电路的复杂度和成本要求，确定PCB板的大小。板的大小。PCB板的大小和层数也有关系。增加板层可以更容易实现复杂板的大小和层数也有关系。增加板层可以更容易实现复杂电路的布线，从而可以减小电路的布线，从而可以减小PCB板的尺寸。但是板层的增加会板的尺寸。但是板层的增加会增加板的成本。因此，设计人员要折中考虑，如果板的信号要增加板的成本。因此，设计人员要折中考虑，如果板的信号要求比较高，而且线路复杂，可以使用多层板。如果线路不复杂，求比较高，而且
43、线路复杂，可以使用多层板。如果线路不复杂，则可以使用双面板。具体设计应该综合考虑双面板、多层板的则可以使用双面板。具体设计应该综合考虑双面板、多层板的尺寸和制造成本。尺寸和制造成本。6）将元件封装布置到）将元件封装布置到PCB上。在确定了上。在确定了PCB的尺寸和结构的尺寸和结构后，就可以将元件封装布置到后，就可以将元件封装布置到PCB上。在放置元件封装时，应上。在放置元件封装时，应该尽可能将具有相互关系的元件靠近；数字电路和模拟电路应该尽可能将具有相互关系的元件靠近；数字电路和模拟电路应该分放在不同的区域；对发热的元件应该进行散热处理；敏感该分放在不同的区域；对发热的元件应该进行散热处理；敏
44、感信号应该避免产生干扰或被干扰，比如时钟信号，引线要尽可信号应该避免产生干扰或被干扰，比如时钟信号，引线要尽可能短，所以要靠近其连接的芯片。能短，所以要靠近其连接的芯片。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3）确定）确定PCB的设计布线规则。在的设计布线规则。在PCB布线前，应该确定布线前，应该确定布线的规则，比如信号线之间的距离、走线宽度、信号线的拐布线的规则，比如信号线之间的距离、走线宽度、信号线的拐角、走线的最长长度等规则的要求。角、走线的最长长度等规则的要求。8）对）对PCB进行布线。通常的做法是先对重要信号进行进行布线。通常的做法是先对重要信号进行布线，其次为特殊元器件的布线，
45、然后才是普通元器件的布线，布线，其次为特殊元器件的布线，然后才是普通元器件的布线，最后对电源和地进行走线。最后对电源和地进行走线。9）设计规则检查和调整）设计规则检查和调整PCB。在完成了布线后，还需。在完成了布线后，还需要对布线后的要对布线后的PCB进行设计规则检查，看布线是否符合定义的进行设计规则检查，看布线是否符合定义的设计规则的电气要求。根据检查的结果再调整设计规则的电气要求。根据检查的结果再调整PCB的走线。的走线。10）时序和信号完整性分析。一个优秀的）时序和信号完整性分析。一个优秀的PCB设计，其设计，其时序应该满足设计要求。为了检查信号的时序以及信号的完整时序应该满足设计要求。
46、为了检查信号的时序以及信号的完整性，我们需要对布线后的性，我们需要对布线后的PCB进行时序和信号完整性分析。对进行时序和信号完整性分析。对于时序分析，我们通常对一个关键信号的时序和信号完整性进于时序分析，我们通常对一个关键信号的时序和信号完整性进行分析，比如总线、时钟等信号。行分析，比如总线、时钟等信号。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 11）PCB的制造和装配。的制造和装配。PCB的制造是将设计完整表现的制造是将设计完整表现在一块实际的在一块实际的PCB板上，包括所有的信号连线、封装及层等。板上，包括所有的信号连线、封装及层等。然后就可以将芯片焊接装配到然后就可以将芯片焊接装配到PC
47、B上。这样就完成了上。这样就完成了PCB的设的设计和制造。计和制造。12）PCB产品的测试。根据设计规范，对产品的测试。根据设计规范，对PCB进行现场进行现场测试，以便评估设计是否达到设计规范的要求。测试，以便评估设计是否达到设计规范的要求。以上是以上是PCB设计的一般过程，在通常的设计中，我们都设计的一般过程，在通常的设计中，我们都可以遵循这个设计流程。同时随着可以遵循这个设计流程。同时随着EDA软件的快速发展，虚拟软件的快速发展，虚拟的设计环境已经在软件平台中实现，它能有效地实现设计的仿的设计环境已经在软件平台中实现，它能有效地实现设计的仿真以及信号的虚拟分析，有助于设计的成功实现以及产品
48、的快真以及信号的虚拟分析，有助于设计的成功实现以及产品的快速开发，降低产品的开发成本。速开发，降低产品的开发成本。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3.3.2 PCB设计应遵循的原则设计应遵循的原则 PCB设计的好坏对电路板抗干扰能力影响很大。因此，设计的好坏对电路板抗干扰能力影响很大。因此，在进行在进行PCB设计时，必须遵守设计时，必须遵守PCB设计的一般原则，并应符设计的一般原则，并应符合抗干扰设计的要求。要使电子线路获得最佳性能，元件的合抗干扰设计的要求。要使电子线路获得最佳性能，元件的布局及导线的布设是很重要的。为了设计出质量好、造价低布局及导线的布设是很重要的。为了设计出质量
49、好、造价低的的PCB，应遵循下面讲述的一般原则。，应遵循下面讲述的一般原则。1.布局应遵循的原则布局应遵循的原则 首先，要考虑首先，要考虑PCB尺寸大小。尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制尺寸过大时，印制线路长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，线路长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后，再尺寸后，再确定特殊元器件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电确定特殊元器件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。路的全部元器件进行布局。印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作
50、 一般说来，布局应遵循以下原则：一般说来，布局应遵循以下原则：1）尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的）尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元器件应尽量远离。得太近，输入和输出元器件应尽量远离。2）某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大）某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带强电的元器件应它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带强电的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。尽量布置在调试时手不