电子产品工艺与设备大三上学期印制电路板设计与制作公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3.1 3.1 印制电路板种类和特点印制电路板种类和特点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 印制电路设计印制电路设计3.4 3.4 印制电路板制造工艺印制电路板制造工艺 3.5 3.5 印制电路板手工制作印制电路板手工制作第第3 3章章 印制电路板印制电路板设计与制作设计与制作第1页第1页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3.1 印制电路板种类和特点印制电路板种类和特点一、印制电路板类型一、印制电路板类型 二、印制电路板材料二、印制电路板材料 第2页第2页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 一、一、印制电路板类型印制电路板类型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、平面印制电路板第3页第3页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绝缘基板一个表面上敷有铜箔，通过印制和腐蚀办法，在基板上形成印制电路。它适合用于电子元件密度不高电子产品，如收音机、普通电子产品等，比较适合于手工制作。第4页第4页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0.20.5mm）两面均敷有铜箔，可在基板上两面制成印制电路。这适合用于电子元件密度比较高电子产品，如电子计算机、电子仪器、手机等。由于双面印制电路布线密度较高，因此能减小电子产品体积，但需要在两面铜箔之间安排金属化过孔，这需要特殊制作工艺，手工制作基本是不也许。第5页第5页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印制电路板称为多层印制电路板。它是由几层较薄单面板或双层面板粘合而成，其厚度普通为1.22.5 mm。为了把夹在绝缘基板中间电路引出，多层印制电路板上安装元件孔需要金属化，即在小孔内表面涂覆金属层，使之与夹在绝缘基板中间印制电路接通。其特点是与集成电路块配合使用，能够减小产品体积与重量，还能够增设屏蔽层，以提升电路电气性能。第6页第6页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基材是软层状塑料或其它质软膜性材料，如聚脂或聚亚胺绝缘材料，其厚度为0.251 mm之间。它也有单层、双层及多层之分，它能够端接、排接到任意要求位置，如在手机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。第7页第7页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板。在平面印制电路板导线上都电镀一层耐磨金属，通惯用于转换开关、电子计算机键盘等。第8页第8页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 二、印制电路板材料二、印制电路板材料依据印制电路板材料不同可分为四种：1、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3、环氧玻璃布敷铜箔板4、聚四氟乙烯玻璃布敷铜箔板第9页第9页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。这种板缺点是机械强度低、易吸水及耐高温较差，但价格廉价。第10页第10页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，因此环氧酚醛玻璃布敷铜箔板粘结力强、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价格较贵。第11页第11页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环氧树脂，再覆以电解紫铜箔经热压而成。它电气及机械性能好，耐高温潮湿，且板基透明。第12页第12页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，再覆以经氧化处理电解紫铜箔经热压而成。它含有优良电性能和化学稳定性，是一个能耐高温且有高绝缘性新型材料。第13页第13页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 伴随电子技术不断发展，伴随电子技术不断发展，PCB（Printed Circuit Board）设计含有越来越主要地位。一个电路实现必）设计含有越来越主要地位。一个电路实现必须依赖于其载体，即须依赖于其载体，即PCB板。电路设计功效能否有效板。电路设计功效能否有效地实现，是由地实现，是由PCB设计与制造决定。而在设计与制造决定。而在PCB设计过设计过程中，遵循一定设计规则和技巧，能够有效地提升程中，遵循一定设计规则和技巧，能够有效地提升PCB信号质量，从而实现设计功效。本章主要对信号质量，从而实现设计功效。本章主要对PCB设计一些基本知识作为入门简介，同时简介设计一些基本知识作为入门简介，同时简介PCB制作制作办法，以供学生学习详细设计。办法，以供学生学习详细设计。第14页第14页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3.2.1 3.2.1 印制电路基本概念印制电路基本概念 在进行在进行PCBPCB设计与制作前，先理解一下印制电路板设计与制作前，先理解一下印制电路板结构，理解一些基本概念，尤其是涉及到布线规则时，结构，理解一些基本概念，尤其是涉及到布线规则时，这些概念很主要。这些概念很主要。1.1.印制电路板结构印制电路板结构 一个普通一个普通PCBPCB板由镀铜树脂玻璃材料或一层铜箔板由镀铜树脂玻璃材料或一层铜箔与树脂材料粘贴在一起，如图与树脂材料粘贴在一起，如图3-13-1所表示。所表示。图3-1 PCB板结构示例第15页第15页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 铜层介电绝缘层图3-1 PCB板结构示例铜层第16页第16页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 普通来说，印制电路板结构有单面板、双面板和普通来说，印制电路板结构有单面板、双面板和多层板三种。多层板三种。单面板：单面板是一个一面有敷铜，另一面没单面板：单面板是一个一面有敷铜，另一面没有敷铜电路板，用户只可在敷铜一面布线并放置元件。有敷铜电路板，用户只可在敷铜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。由于单面单面板由于成本低、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，它设计往往比双面板或走线只能在一面上进行，因此，它设计往往比双面板或多层板困难得多。多层板困难得多。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），顶层普通为元件面，底层普通为焊），顶层普通为元件面，底层普通为焊锡层面，双面板双面都能够敷铜，都能够布线。双面板锡层面，双面板双面都能够敷铜，都能够布线。双面板电路普通比单面板电路复杂，但布线比较容易，是制作电路普通比单面板电路复杂，但布线比较容易，是制作电路板比较抱负选择。电路板比较抱负选择。第17页第17页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 多层板：多层板是包括了多个工作层电路板。除了多层板：多层板是包括了多个工作层电路板。除了上面讲到顶层、底层以外，还包括中间层、内部电源或接上面讲到顶层、底层以外，还包括中间层、内部电源或接地层等。伴随电子技术高速发展，电子产品越来越精密，地层等。伴随电子技术高速发展，电子产品越来越精密，电路板也就越来越复杂，多层电路板应用也越来越广泛。电路板也就越来越复杂，多层电路板应用也越来越广泛。多层电路板普通指三层以上电路板。多层电路板普通指三层以上电路板。2.元件封装元件封装 通常设计完毕印制电路板后，将它拿到专门制作电路通常设计完毕印制电路板后，将它拿到专门制作电路板单位，制作电路板。取回制好电路板后，要将元件焊接板单位，制作电路板。取回制好电路板后，要将元件焊接上去。那么如何确保取用元件引脚和印制电路板上焊盘一上去。那么如何确保取用元件引脚和印制电路板上焊盘一致呢？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外观和焊盘位置。路板时所指外观和焊盘位置。第18页第18页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外观和焊盘位置，那么纯正元件封装仅仅是空间概念，因此，不同元件可以共用同一个元件封装；其次，同种元件也可以有不同封装，因此在取用焊接元器件时，不仅要知道元件名称，还要知道元件封装。（1）元件封装分类 元件封装形式可以分成两大类，即针脚式（直插式）元件封装和SMT（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。针脚式元件封装焊盘和过孔贯穿整个电路板，SMT元件封装焊盘只限于表面层。（2）元件封装编号一般为“元件类型+焊盘距离（焊盘数）+元件外形尺寸”。可以根据元件封装编号来判别元件封装规格。第19页第19页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 图3-2 常见元器件封装 第20页第20页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，是印制电路板最主要部分。印制电路板设计都是围绕如何布置导线印制电路板最主要部分。印制电路板设计都是围绕如何布置导线来进行。来进行。4.助焊膜和阻焊膜助焊膜和阻焊膜 按按“膜膜”所处位置及其作用，所处位置及其作用，“膜膜”可分为元件面（或焊接可分为元件面（或焊接面）助焊膜和元件面（或焊接面）阻焊膜两类。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，提升可焊性能一层膜。阻焊膜情况正助焊膜是涂于焊盘上，提升可焊性能一层膜。阻焊膜情况正好相反，为了使制成好相反，为了使制成PCB适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处铜箔不能粘锡，因此在焊盘以外各个部位都要涂覆一层涂焊盘处铜箔不能粘锡，因此在焊盘以外各个部位都要涂覆一层涂料，用于制止这些部位上锡。可见，这两种膜是一个互补关系。料，用于制止这些部位上锡。可见，这两种膜是一个互补关系。第21页第21页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，由于电子线路元件密集安装、抗干扰和布现今，由于电子线路元件密集安装、抗干扰和布线等特殊要求，一些较新电子产品中所用印制板不但上线等特殊要求，一些较新电子产品中所用印制板不但上下两面可供走线，在板中间还设有能被特殊加工夹层铜下两面可供走线，在板中间还设有能被特殊加工夹层铜箔。比如，现在计算机主板所用印制电路板材料大多在箔。比如，现在计算机主板所用印制电路板材料大多在4层以上。这些层因加工相对较难而大多用于设置走线层以上。这些层因加工相对较难而大多用于设置走线较为简朴电源布线层，并惯用大面积填充办法来布线。较为简朴电源布线层，并惯用大面积填充办法来布线。上下位置表面层与中间各层需要连通地方用上下位置表面层与中间各层需要连通地方用“过孔过孔（Via）”来沟通。来沟通。第22页第22页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：焊盘作用是放置焊锡、连接导线和元件引脚。）焊盘：焊盘作用是放置焊锡、连接导线和元件引脚。选择元件焊盘类型要综合考虑该元件形状、大小、布置形式、振选择元件焊盘类型要综合考虑该元件形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等原因。动和受热情况、受力方向等原因。焊盘形状有圆、方、八角、圆焊盘形状有圆、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。自行设计方、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下列原则：焊盘时还要考虑下列原则：l形状上长短不一致时，要考虑边线宽度与焊盘定边长大小差形状上长短不一致时，要考虑边线宽度与焊盘定边长大小差别不能过大。别不能过大。l需要在元件引脚之间走线时，选取长短不对称焊盘往往事半需要在元件引脚之间走线时，选取长短不对称焊盘往往事半功倍。功倍。l各元件焊盘孔大小要按元件引脚粗细分别编辑拟定，原则是各元件焊盘孔大小要按元件引脚粗细分别编辑拟定，原则是孔尺寸比引脚直径大孔尺寸比引脚直径大0.20.4mm。第23页第23页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 （2）过孔：为连通各层之间线路，在各层需要连通导线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、从顶层通到内层或从内层通到底层盲过孔以及内层间隐藏过孔。过孔从上面看上去，有两个尺寸，即通孔直径和过孔直径，如图3-3所表示。通孔和过孔之间孔壁，用于连接不同层导线。第24页第24页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 过孔直径过孔直径 通孔直径通孔直径 图3-3 过孔尺寸第25页第25页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 为以便电路安装和维修，要在印制板上下两表面印上必为以便电路安装和维修，要在印制板上下两表面印上必要标志图案和文字代号等，比如元件标号和标称值、元件轮廓要标志图案和文字代号等，比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。不少初学者形状和厂家标志、生产日期等，这就称为丝印层。不少初学者设计丝印层相关内容时，只注意文字符号放置得整洁美观，而设计丝印层相关内容时，只注意文字符号放置得整洁美观，而忽略了实际制出忽略了实际制出PCB效果。在他们设计印制板上，字符不是被效果。在他们设计印制板上，字符不是被元器件档住就是侵入了助焊区而被抹除了，尚有把元件标号打元器件档住就是侵入了助焊区而被抹除了，尚有把元件标号打在相邻元件上，如此种种设计都将会给装配和维修带来很大不在相邻元件上，如此种种设计都将会给装配和维修带来很大不便。正确丝印层字符布置原则是：不出歧义，见缝插针，美观便。正确丝印层字符布置原则是：不出歧义，见缝插针，美观大方。大方。第26页第26页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电路板，经常需要在对于抗干扰要求比较高电路板，经常需要在PCB上敷铜。上敷铜。敷铜能够有效地实现电路板信号屏蔽作用，提升电路板信号抗敷铜能够有效地实现电路板信号屏蔽作用，提升电路板信号抗电磁干扰能力。通常敷铜有两种方式：一个是实心填充方式；电磁干扰能力。通常敷铜有两种方式：一个是实心填充方式；另一个是网格状填充。在实际应用中，实心式填充比网格状更另一个是网格状填充。在实际应用中，实心式填充比网格状更加好，提议使用实心式填充方式。如图加好，提议使用实心式填充方式。如图3-4所表示。所表示。（a）实心式 （b）网状式图3-4 敷铜实心式和网状式填充图 第27页第27页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 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金属部分，供焊盘也叫连接盘，是指印制导线在焊接孔周围金属部分，供元件引线跨接线焊接用。元件引线跨接线焊接用。连连接接盘盘尺寸：尺寸：连连接接盘盘尺寸取决于尺寸取决于焊焊接孔尺寸。接孔尺寸。焊焊接孔是指接孔是指固定元件引固定元件引线线或跨接或跨接线线面面贯贯穿基板孔。穿基板孔。显显然，然，焊焊接孔直径接孔直径应应当当稍不小于稍不小于焊焊接元件引接元件引线线直径。直径。焊焊接孔径大小与工接孔径大小与工艺艺相关，当相关，当焊焊接孔径不小于或等于印制板厚度接孔径不小于或等于印制板厚度时时，可用冲孔；当，可用冲孔；当焊焊接孔径小接孔径小于印制板厚度于印制板厚度时时，可用，可用钻钻孔。普通孔。普通焊焊接孔接孔规规格不宜格不宜过过大，可按大，可按表表3.1来来选选取（表中有取（表中有*者者为优为优先先选选取）取）第28页第28页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 表3.1 焊接孔规格第29页第29页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应不小于焊接孔内径应不小于焊接孔内径d，D=(23)d，如图，如图3-5所表示。为了确保焊接及结合强所表示。为了确保焊接及结合强度，提议采用表度，提议采用表3-2尺寸尺寸。第30页第30页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径与焊接孔关系 连接盘形状。依据不同要求选择不同形状连接盘，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圆锥形，结合牢固、美观。但有时，为了增加连接盘粘附强度，也采取正方形、椭圆形和长圆形连接盘。连接盘惯用形状如图3-6所表示。第31页第31页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 第32页第32页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 岛形焊盘。焊盘与焊盘间连线合为一体，如同水上小岛，故称为岛形焊盘，如图3-3所表示。惯用于元件不规则排列中，其有助于元器件密集固定，并可大量减少印制导线长度与数量。另外，焊盘与印制线合为一体后，铜箔面积加大，使焊盘和印制线抗剥强度增长。因此，多用在高频电路中，它能够减少接点和印制导线电感，增大地线屏蔽面积，以减少连接点间寄生耦合。第33页第33页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 图3-3 岛形焊盘第34页第34页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加工基准。依据定位准确度要求不同，有不同定位方法。印制电路板上定位孔，应该用专门图形符号表示。当要求不高时，也可采取印制线路板内较大装配孔代替。图3-8给出了三种定位孔图形符号。第35页第35页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，当元件布局和布线方案初步确定后，就要详细地设计印制导线与印制板图形。这时必定会碰到印制线宽度、导线间距等设计尺寸确实定以及图形格式等问题。设计尺寸和图形格式不能随便选择，它关系到印制板总尺寸和电路性能。印制导线宽度 普通情况下，印制导线应尽也许宽一些，这有利于承受电流和制造时方便。表3-3为0.05mm厚导线宽度与允许电流量、电阻关系。第36页第36页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、电阻关系导线宽度与允许电流量、电阻关系 在决定印制导线宽度时，除需要考虑载流量外，在决定印制导线宽度时，除需要考虑载流量外，还应注意它在板上剥离强度，以及与连接盘协调，如还应注意它在板上剥离强度，以及与连接盘协调，如图图3-3所表示，线宽所表示，线宽b=(1/32/3)D。普通导线宽度可。普通导线宽度可在在0.32.0 mm之间，提议优先采用之间，提议优先采用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。第37页第37页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 印制导线含有电阻，通过电流时将产生热量和电压降。印制导线含有电阻，通过电流时将产生热量和电压降。印制导线电阻在普通情况下可不予考虑，但当作为公共地线时，印制导线电阻在普通情况下可不予考虑，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。为避免地线电位差而引起寄生回授时要适当考虑。印制电路电源线和接地线载流量较大，因此，设计时要适当印制电路电源线和接地线载流量较大，因此，设计时要适当加宽，普通取加宽，普通取1.52.0mm。当要求印制导线电阻和电感小时，可采用较宽信号线；当要求印制导线电阻和电感小时，可采用较宽信号线；当要求分布电容小时，可采用较窄信号线。当要求分布电容小时，可采用较窄信号线。印制导线间距印制导线间距 普通情况下，提议导线间距等于导线宽度，但不小于普通情况下，提议导线间距等于导线宽度，但不小于1mm，不然浸焊就有困难。对微型化设备，导线最小间距就不，不然浸焊就有困难。对微型化设备，导线最小间距就不小于小于0.4mm。导线间距与焊接工艺相关，采用浸焊或波峰焊时，。导线间距与焊接工艺相关，采用浸焊或波峰焊时，间距要大一些，手工焊接时间距可小一些。间距要大一些，手工焊接时间距可小一些。第38页第38页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。印制导线间击穿将造成基板表面炭化必须考虑其影响。印制导线间击穿将造成基板表面炭化、腐蚀和破裂。在高频电路中，导线之间距离将影响分、腐蚀和破裂。在高频电路中，导线之间距离将影响分布电容大小，从而影响着电路损耗和稳定性。因此导线布电容大小，从而影响着电路损耗和稳定性。因此导线间距选择要依据基板材料、工作环境、分布电容大小等间距选择要依据基板材料、工作环境、分布电容大小等原因来拟定。最小导线间距还同印制板加工办法相关，原因来拟定。最小导线间距还同印制板加工办法相关，选取时就综合考虑。选取时就综合考虑。印制导线形状印制导线形状 印制导线形状可分为：平直均匀形；斜线均匀形；印制导线形状可分为：平直均匀形；斜线均匀形；曲线均匀形；曲线非均匀形。如图曲线均匀形；曲线非均匀形。如图3-9所表示。所表示。第39页第39页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 印制导线图形除要考虑机械原因、电气原因印制导线图形除要考虑机械原因、电气原因外，还要考虑美观大方。因此在设计印制导线图外，还要考虑美观大方。因此在设计印制导线图形时，应遵循下列原则（如图形时，应遵循下列原则（如图3-10所表示）：所表示）：第40页第40页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 印制导线形状 第41页第41页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，不应有急剧弯曲和出现尖角，全部弯曲与过渡部分均须用圆弧连接。c印制导线应尽也许避免有分支，如必须有分支，分支处应圆滑。d印制导线尽避免长距离平行，对双面布设印制线不能平行，应交叉布设。e假如印制板面需要有大面积铜箔，比如电路中接地部分，则整个区域应镂空成栅状，见图3-11。这么在浸焊时能快速加热，并确保涂锡均匀。另外还能预防板受热变形，预防铜箔翘起和剥脱。f当导线宽度超出3mm时，最好在导线中间开槽成两根并行连接线，见图3-12。第42页第42页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 第43页第43页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3.3 印制电路设计印制电路设计 3.3.1 PCB设计流程设计流程 PCB设计就是将设计电路在一块板上实现。一块设计就是将设计电路在一块板上实现。一块PCB板上不板上不但要包括所有必需电路，并且还应当含有适当元件选择、元件但要包括所有必需电路，并且还应当含有适当元件选择、元件信号速度、材料、温度范围、电源电压范围以及制造公差等信信号速度、材料、温度范围、电源电压范围以及制造公差等信息，一块设计出来息，一块设计出来PCB必须能够制造出来，因此必须能够制造出来，因此PCB设计除了设计除了满足功效要求外，还要满足制造工艺要求以及装配要求。为了满足功效要求外，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的，我们需要遵循一定设计过程和规范。有效地实现这些设计目的，我们需要遵循一定设计过程和规范。第44页第44页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 图3-13 PCB项目设计流程第45页第45页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，一个新设计要从新系统）产生设计要求和规范。通常，一个新设计要从新系统规范和功效要求开始。产生了设计系统规范和功效要求等阐明规范和功效要求开始。产生了设计系统规范和功效要求等阐明后，就能够进行功效分析，并且产生成本目的、开发计划、开后，就能够进行功效分析，并且产生成本目的、开发计划、开发成本、需要应用相关技术以及各种必需要求。比如，一个电发成本、需要应用相关技术以及各种必需要求。比如，一个电机控制系统开发项目，它设计要求和规范也许包括控制电机类机控制系统开发项目，它设计要求和规范也许包括控制电机类型（永磁同时电机，型（永磁同时电机，PMSM）、电机功率（）、电机功率（100W）、电压和）、电压和电流要求（电流要求（24V，5A）、控制精度要求、平均无端障时间）、控制精度要求、平均无端障时间（MTBF）、通信接口要求、应用环境等。这些设计规范将是）、通信接口要求、应用环境等。这些设计规范将是整个设计起点，后续设计过程将要严格满足这此规范要求。整个设计起点，后续设计过程将要严格满足这此规范要求。2）将系统构成结构框图。一旦取得了系统设计规范，我）将系统构成结构框图。一旦取得了系统设计规范，我们就能够产生为实现该系统所要求主要功效结构框图。这个系们就能够产生为实现该系统所要求主要功效结构框图。这个系统构成结构框图描述了所设计系统如何进行功效分解，各个功统构成结构框图描述了所设计系统如何进行功效分解，各个功效模块之间关系如何。效模块之间关系如何。第46页第46页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3）将系统按实现功效分解到各个）将系统按实现功效分解到各个PCB。主要功效拟定后，。主要功效拟定后，就能够按照可应用技术，将实现电路分解到就能够按照可应用技术，将实现电路分解到PCB模块中，在一模块中，在一个个PCB中功效必须能够有效地实现。各个中功效必须能够有效地实现。各个PCB之间能够通过数之间能够通过数据总线或其它通信模式进行连接。多数情况下，是通过背板上据总线或其它通信模式进行连接。多数情况下，是通过背板上总线将各个子总线将各个子PCB连接起来，比如连接起来，比如LabView背板和数据采集子卡背板和数据采集子卡之间连接。再如计算机主板和内存条、显示驱动、硬盘控制器之间连接。再如计算机主板和内存条、显示驱动、硬盘控制器以及以及PCMCIA卡接口。卡接口。4）绘制）绘制PCB原理图。依据各个原理图。依据各个PCB功效模块，绘制功效模块，绘制PCB实实现原理图电路图，从而在原理上实现其功效。在这个过程中，现原理图电路图，从而在原理上实现其功效。在这个过程中，需要需要PCB实现所需要适当元件以及元件之间连接方式。实现所需要适当元件以及元件之间连接方式。第47页第47页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 5）确定PCB尺寸和结构。确定了原理后，就能够规划PCB。能够依据电路复杂度和成本要求，确定PCB板大小。PCB板大小和层数也相关系。增加板层能够更容易实现复杂电路布线，从而能够减小PCB板尺寸。不过板层增加会增加板成本。因此，设计人员要折中考虑，假如板信号要求比较高，而且线路复杂，能够使用多层板。假如线路不复杂，则能够使用双面板。详细设计应该综合考虑双面板、多层板尺寸和制造成本。6）将元件封装布置到PCB上。在确定了PCB尺寸和结构后，就能够将元件封装布置到PCB上。在放置元件封装时，应该尽也许将含有相互关系元件靠近；数字电路和模拟电路应该分放在不同区域；对发热元件应该进行散热处理；敏感信号应该避免产生干扰或被干扰，比如时钟信号，引线要尽也许短，因此要靠近其连接芯片。第48页第48页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3）拟定）拟定PCB设计布线规则。在设计布线规则。在PCB布线前，应当拟定布布线前，应当拟定布线规则，比如信号线之间距离、走线宽度、信号线拐角、走线线规则，比如信号线之间距离、走线宽度、信号线拐角、走线最长长度等规则要求。最长长度等规则要求。8）对）对PCB进行布线。通常做法是先对主要信号进行布进行布线。通常做法是先对主要信号进行布线，另一方面为特殊元器件布线，然后才是普通元器件布线，线，另一方面为特殊元器件布线，然后才是普通元器件布线，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。在完毕了布线后，还需。在完毕了布线后，还需要对布线后要对布线后PCB进行设计规则检查，看布线是否符合定义设计进行设计规则检查，看布线是否符合定义设计规则电气要求。依据检查结果再调整规则电气要求。依据检查结果再调整PCB走线。走线。10）时序和信号完整性分析。一个优秀）时序和信号完整性分析。一个优秀PCB设计，其时设计，其时序应当满足设计要求。为了检查信号时序以及信号完整性，我序应当满足设计要求。为了检查信号时序以及信号完整性，我们需要对布线后们需要对布线后PCB进行时序和信号完整性分析。对于时序分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时序和信号完整性进行分析，比析，我们通常对一个关键信号时序和信号完整性进行分析，比如总线、时钟等信号。如总线、时钟等信号。第49页第49页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 11）PCB制造和装配。制造和装配。PCB制造是将设计完整表现在一制造是将设计完整表现在一块实际块实际PCB板上，包括所有信号连线、封装及层等。然后就能板上，包括所有信号连线、封装及层等。然后就能够将芯片焊接装配到够将芯片焊接装配到PCB上。这样就完毕了上。这样就完毕了PCB设计和制造。设计和制造。12）PCB产品测试。依据设计规范，对产品测试。依据设计规范，对PCB进行现场测进行现场测试，以便评估设计是否达到设计规范要求。试，以便评估设计是否达到设计规范要求。以上是以上是PCB设计普通过程，在通常设计中，我们都能够设计普通过程，在通常设计中，我们都能够遵循这个设计流程。同时伴随遵循这个设计流程。同时伴随EDA软件快速发展，虚拟设计环软件快速发展，虚拟设计环境已经在软件平台中实现，它能有效地实现设计仿真以及信号境已经在软件平台中实现，它能有效地实现设计仿真以及信号虚拟分析，有助于设计成功实现以及产品快速开发，减少产品虚拟分析，有助于设计成功实现以及产品快速开发，减少产品开发成本。开发成本。第50页第50页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3.3.2 PCB设计应遵循原则设计应遵循原则 PCB设计好坏对电路板抗干扰能力影响很大。因此，设计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设计普通原则，并应符合设计普通原则，并应符合抗干扰设计要求。要使电子线路取得最佳性能，元件布局及抗干扰设计要求。要使电子线路取得最佳性能，元件布局及导线布设是很主要。为了设计出质量好、造价低导线布设是很主要。为了设计出质量好、造价低PCB，应遵，应遵循下面讲述普通原则。循下面讲述普通原则。1.布局应遵循原则布局应遵循原则 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，阻抗增长，抗噪声能力下降，成本也增长；过小，线路长，阻抗增长，抗噪声能力下降，成本也增长；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在拟定则散热不好，且邻近线条易受干扰。在拟定PCB尺寸后，再尺寸后，再拟定特殊元器件位置。最后，依据电路功效单元，对电路所拟定特殊元器件位置。最后，依据电路功效单元，对电路所有元器件进行布局。有元器件进行布局。第51页第51页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 普通说来，布局应遵循下列原则：普通说来，布局应遵循下列原则：1）尽量缩短高频元器件之间连线，设法减少它们分布参）尽量缩短高频元器件之间连线，设法减少它们分布参数和互相间电磁干扰。易受干扰元器件不能互相挨得太近，输数和互相间电磁干扰。易受干扰元器件不能互相挨得太近，输入和输出元器件应尽量远离。入和输出元器件应尽量远离。2）一些元器件或导线之间也许有较高电位差，应加大它）一些元器件或导线之间也许有较高电位差，应加大它们之间距离，以免放电引出意外短路。带强电元器件应尽量布们之间距离，以免放电引出意外短路。带强电元器件应尽量布置在调试时手不易触及地方。置在调试时手不易触及地方。3）重量超出）重量超出15g元器件，应当用支架加以固定，然后焊接。元器件，应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多元器件，不宜装在印制电路板上，而那些又大又重、发热量多元器件，不宜装在印制电路板上，而应装在整机机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离应装在整机机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。发热元件。第52页第52页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 4）对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件布局应考虑整机结构要求。若是机内调整，应放在印制电路板上方便于调整地方；若是机外调整，其位置要与调整旋钮在机箱面板上位置相适应。5）应留出印制电路板定位孔和固定支架所占用位置。6）按照电路流程来安排各个功效电路单元位置，使布局便于信号流通，并使信号尽也许保持一致方向。3）以每个功效电路关键元器件为中心，围绕它来进行布局。元器件要均匀、整洁、紧凑地排列在PCB上，尽也许降低和缩短各元器件之间引线和连接。第53页第53页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 8）在高频下工作电路，要考虑元器件之间分布参数。普通电路应尽也许使元器件平行排列。这么，不但美观，而且焊接容易，易于批量生产。9）位于电路板边沿元器件，离电路板边沿普通大于2mm。电路板最正确形状为矩形，长宽比为32或43。电路板面尺寸大于200mm150mm时，应考虑电路板所受机械强度。第54页第54页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 布线方法以及布线结果对PCB性能影响也很大，普通布线要遵照以下标准：1）输入和输出端导线应尽也许避免相邻平行。最好添加线间地线，以免发生反馈耦合。2）印制电路板导线最小宽度主要由导线与绝缘基板间粘附强度和流过它们电流值决定。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.20.3mm导线宽度。当然，只要允许，还是尽也许用较宽线，尤其是电源线和地线。导线最小间距主要由最坏情况下线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路。尤其是数字电路，只要工允许，可使间距小于0.6 mm。2.布线应遵循原则布线应遵循原则第55页第55页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 3）印制电路板导线拐弯普通取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。另外，尽也许避免使用大面积铜箔，不然，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。这么有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生挥发性气体。第56页第56页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 印制电路板抗干扰设计与详细电路有着密切关系，这里仅就PCB抗干扰设计几项惯用办法做一些说明。1）电源线设计。依据印制电路板电流大小，尽也许加粗电源线宽度，降低环路电阻，同时，使电源线、地线走向和数据传递方向一致，这么有利于增强抗噪声能力。2）地线设计。确保数字地与模拟地分开。若电路板上现有逻辑电路也有线性电路，应使它们尽也许分开。低频电路地线应尽也许采取单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采取多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周围尽也许用栅格状大面积铜箔。3.印制电路板电路抗干扰办法印制电路板电路抗干扰办法第57页第57页印制电路板设计与制作印制电路板设计与制作 接地线应尽量加粗。若接地线用很细线条，则接地电接地线应尽量加粗。若接地线用很细线条，则接地电位随电流改变而改变，使抗噪声性能减少。因此应将接地线加位随电流改变而改变，使抗噪声性能减少。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制电路板上允许电流。如有也许，接粗，使它能通过三倍于印制电路板上允许电流。如有也许，接地线宽度应在地线宽度应在23mm以上。以上。接地线构成闭环路。只由数字电路构成印制电路板，接地线构成闭环路。只由数字电路构成印制电路板，