PCB设计基础知识

第3章PCB设计基础,3.1PCB的基本知识3.2常用元件封装介绍3.3PCB自动布局和布线,3.1PCB的基本知识,3.1.1PCB的种类3.1.2元件的封装形式3.1.3PCB设计常用术语3.1.4PCB设计的常用标准3.1.5PCB的布局设计3.1.6PCB的布线设计,3.1.1PCB的种类,(1)刚性与挠性印刷电路板,刚性印刷电路板是指由不易变形的刚性基材制成的PCB，在使用时处于平展状态，一般电子设备中使用的都是刚性PCB。,挠性印刷电路板是指用可以扭曲和伸缩的基材制成的PCB，在使用时可根据安装要求将其弯曲。用于特殊场合，如某些无绳电话的手柄。,3.1.1印刷电路版的种类,(2)单层、双层和多层印刷电路版单层PCB上只有一面有铜模，只能在该面布线；双层PCB的正反两面都可以进行布线和放置元件；多层PCB除了正反两面之外，还有中间层(实际布线层)和电源层及接地层。,单层和双层PCB比较常用，多层PCB用在VLSIC的装配上，例如微机的主板。生成多层板时，先将组成各个分层的单面板按设计要求生成出来，再将各个分层的单面板压合在一起，然后打孔及孔金属化，通过金属化孔将各层连接起来。,3.1.1印刷电路版的种类,(3)印刷电路版的材料印刷电路版是在绝缘基材上敷以电解铜箔，再经热压而制成。目前我国常用的单,双层PCB的铜箔厚度为35um，国外开始使用18um、10um和5um等超薄铜箔。超薄铜箔具有蚀刻时间短、侧面腐蚀小、易钻孔和节约铜材等优点。,常用的基板有：,PCb的常用厚度有：0.1mm,0.5mm,1.0mm,1.5mm,2.0mm,2.5mm,3.0mm等,(1)酚醛纸质基板：价格低，耐潮和耐热性不好，用于要求不高的设备中；,(2)环氧酚醛玻璃布基板：耐热和耐潮性较好，透明度较差；,(3)环氧玻璃布基板：耐热和耐潮性好，透明度好，冲剪和钻孔性能好，多用于双面板。,(4)聚四氟乙烯玻璃布基板：具有良好的介电性能和化学稳定性，耐高温(230260)、高绝缘,3.1.2元件的封装形式,（1）分离式封装（2）双列直插式封装（3）针阵式封装（4）表面贴装器件（SMD）,SMD：SurfaceMountDevice表面贴装器件,3.1.3PCB设计常用术语,1.元件面ComponentSide大多数元件都安装在朝上的一面。2.焊接面SolderSide与元件面相对的那一面。3.丝印层Overlay,TopOverlay印制在元件面上的一种不导电的图形；有时焊接面上也可印丝印层，即BottomOverlay主要用于绘制器件外形轮廓和符号，标注元件的安装位置(绝缘白色涂料),在PCB上放置元件库中的元件时，其管脚的封装形状会自动放到丝印上。如果在PCB的两面放置元件，需要将两个丝印层都打开。元件序号必须标注在丝印层，否则可能引起不必要的电气连接。,3.1.3PCB设计常用术语,4.阻焊图为防止不需要焊接的印刷导线被焊接而绘制的一种图形。制板的过程中在此涂一层阻焊剂。5.焊盘LandorPad用于连接和焊接元件的一种导电图形。6.金属化孔PlatedThrough也称为“通孔”孔壁沉积有金属，用于层间导电图形的连接。,3.1.3PCB设计常用术语,7.通孔ViaHole也称为“中继孔”用于导线电气连接，不焊接。8.坐标网络Grid也称为“格点”两组等距平行正交而成的网格，用于元器件在PCB上的定位，一般要求元件的管脚必须位于网格的交点上，导线不一定按网格定位。,3.1.4PCB设计常用标准,1.网络尺寸分为英制Imperial和公制Metric两种公制最基本的Grid为2.5mm,当需要更小时可采用1.25mm,0.625mm英制是国外IC的生产规范，DIP的管脚间距为2.54mm(十分之一英寸即100mil),3.1.4PCB设计常用标准,2.孔径和焊盘尺寸实际制作中，最小孔径受工艺水平的限制，目前一般选0.8mm以上,3.1.4PCB设计常用标准,3.导线宽度导线宽度没有统一要求，其最小值应能承受通过这条导线的最大电流值。一般大于10mil，要求美观则应尽量一致；地线和电源线应尽量宽一些，一般可取2050mil。,4.导线间距导线间距没有统一要求，应考虑电气安全和美观,在IC的管脚之间一般只能设计一根导线；条件允许时，导线间距应尽可能宽一些。多条导线平行时，各导线之间的距离应均匀一致。5.焊盘形状常用的焊盘形状有四种：方形、圆形、长圆形和椭圆形，最常用的是圆形焊盘。,3.1.4PCB设计常用标准,3.1.5PCB的布局设计,布局的基本原则：1.保证电路的电气性能考虑分布电容，磁场耦合等因素。2.便于实际元件的安放、焊接及整机调试和检查需要调测的有关元件和测试点，在布局时应尽量安排在便于操作的位置。3.整洁、清晰，尽量减少PCB的面积。导线尽可能短。因导线存在电阻、电容和电感。,PCB走线的基本原则：1）走线最好与元件放在不同的两个面TOP/BOTTOMLAYER2）走线的间距应尽可能大些，拐弯尽量少3）电源和地线可以用填充按钮绘制大面积覆铜区,3.1.5PCB的布局设计,3.1.5PCB的布局设计,布局时需要考虑的相关问题：1.合理选择PCB的层数考虑器件多少、连线密度、成本、体积等因素,双层板使布线的灵活性大为提高，由于金属化孔将元件面和焊接面的导线连接起来，使导线的附着力增强，目前用的最多,在满足要求时尽量采用单层板，当有少数几条线无法在焊接面布通时，可采用跳线,3.1.5PCB的布局设计,2.选择单元电路的位置单元电路的位置应按信号的传输关系来安排；模拟电路与数字电路尽量远离；大功率与小功率电路尽量远离；,3.元件的排列,尽量将元件放置在元件面；排列整齐、均匀；管脚要顺；调节方便；功率器件和VLSIC散热；在PCB边缘板面空白处尽量布上地线；,3.1.6PCB的布线设计,布线设计要点：1.先设计公共通路的导线(地线和电源线)2.按信号流向布线3.保持良好的导线形状,良好导线的标准：导线的长度最短；转弯时避免出现锐角；有利于加强导线和焊盘的附着力；地线和电源线尽可能宽；除地线和电源线外，导线的宽度和线距应整齐、均匀、美观。,4.双面版布线要求,5.地线的处理,地线设计要求：数字地和模拟地分别设置；（水平or垂直）2.地线尽量宽；3.大面积地线应设计成网状,双面板布线要求：同一层上的导线方向尽量一致；（水平or垂直）2.元件面的导线和焊接面的导线相互垂直；3.两个层面上导线的连接必须通过“通孔”,导线设计示例,导线设计示例,3.2常用元件封装介绍,1.电阻器2.电容器3.电位器4.二极管5.三极管6.集成运放7.电源稳压器8.石英晶体9.连接器,1.电阻:原理图用名：RES1和RES2,1/41/2瓦特电阻,轴状包装方式,封装名AXIAL,2.电容器:原理图用名CAP(无极性)ELECRO1(有极性),CAPVAR(可变电容),管脚封装名：RAD无极性陶瓷电容扁平包装方式,管脚封装名：RB有极性电解电容圆筒包装方式,3.电位器(三只引脚可变电阻器):原理图用名：POT1管脚封装名：VR1VR5,小功率大功率,4.二极管:原理图用名DIODE（普通管）DIODESCHOTTKY（肖特基二极管）DIODETUNNEL（隧道二极管）ZENER13（稳压二极管）管脚封装名DIODE,5.三极管:原理图用名BJT有NPN和PNPJFETN,JFETP,MOSFETN,MOSFETP管脚封装名:TO-18至TO-220,6.集成运放:原理图用名OP-07,741,NE5534等常用封装为DIP8,7.电源稳压器：78系列:7805,7806,7809,7812,7815,781879系列:7905,7906,7909,7912,7915,7918,两种封装形式:,8.石英晶体：原理图名称XTAL1封装名XTAL1,一种封装形式:,9.连接器：,封装名IDC26,(例1)原理图名CON26,9.连接器：(例2)金手指：原理图名CONAT,封装名ECNIBMXT,3.3PCB自动布局和布线,PCB布线流程：规划电路板,存盘及打印输出,手工调整,自动布线,布置元件,装入网络表及元件封装,设置参数,电路板规划包括：PCB层数、物理尺寸；采用的连接器和各元件的封装形式；安装位置等；,设置参数包括：元件的布置、板层和布线等,3.3PCB自动布局和布线新建PCB文件（方法一）,挂接器件库,挂接器件库,3.3PCB自动布局和布线新建PCB文件（方法二）,3.3PCB自动布局和布线参数设置,1.工作层设置,信号层中的顶层Top和底层Bottom主要用于放置元件和布线，中间层Mid114用于布线,内部电源和接地层Plane14,放置有关制作及装配信息，如尺寸标记、孔洞信息,两个阻焊层,两个防锡膏层,两个丝印层。若两面均放置元件，则两个都需打开,禁止布线层，用于定义元件放置区域，定义PCB边界时打开,代表信号层，所有全通过孔和焊盘放在此层,钻孔说明和钻孔制图，制板时提供钻孔信息,用于在设计时方便实体对准，一般开一个即可,用于显示焊盘内孔,用于显示过孔的内孔,用于显示实体之间的连接线,用于显示违反布线规则的信息,3.3PCB自动布局和布线参数设置,对于单面板，需打开：底层BottomLayer,禁止布线层KeepOutLayer顶层丝印层TopSilkscreenLayer,对于双面板，需打开：顶层TopLayer,底层BottomLayer,顶层丝印层TopSilkscreenLayer,禁止布线层KeepOutLayer如果要在两面布置元件，需打开BottomSilkscreenLayer,对于多面板，需打开：顶层TopLayer,底层BottomLayer,顶层丝印层TopSilkscreenLayer,BottomSilkscreenLayer禁止布线层KeepOutLayer,在信号层需打开顶层、底层和一些中间层,3.3PCB自动布局和布线举例1,MY_8255.pcb,IBM标准：生成62pin和36pin两排金手指,IBM标准：生成62pin金手指,公制,英制,2.选择模板,3.3PCB自动布局和布线举例1,2.选择模板,IBM标准：短卡,IBM标准：长卡,IBM标准：短卡,附可折断标签页,IBM标准：长卡,附可折断标签页,3.3PCB自动布局和布线举例1,2.选择模板,镀孔双层板,不镀孔双层板,3.3PCB自动布局和布线举例1,3.选择2层板,只采用穿透式导孔,只采用隐藏式和半隐藏式导孔,3.3PCB自动布局和布线举例1,4.选择导孔的风格,以表面贴式元件为主,以针脚式元件为主,元件安装在PCB的两面？,3.3PCB自动布局和布线举例1,5.选择元件的主要封装方式,最小走线宽度,最小导孔宽度,最小导孔钻孔直径,走线安全距离,3.3PCB自动布局和布线举例1,6.选择走线规则,3.3PCB自动布局和布线举例1,7.PCB的物理边界完成,3.3PCB自动布局和布线举例1,单层板可以关掉一些层Design/Options,3.3PCB自动布局和布线举例1,8.装入网络表DesignLoadNets然后将元件手动拖曳到合适的位置,9.自动布局,运行设置结果,10.修改布线规则,布线结果,11.调整电源线和地线的宽度,最终布线结果,12.铺铜Place/PolygonPlaneOK,3.3PCB自动布局和布线举例2,MY_8031.pcb,3.3PCB自动布局和布线举例2,MY_8031.pcb,用户自定义模板,采用公制