《PCB工艺与设计》课件-项目一：PCB认知与Altium Designer基础

PCB工艺与设计1.PCB的起源和发展导入什么是PCB板？PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气相互连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。学习内容1印制电路板的起源2印制电路板的发展3中国印制电路板产业学习目标了解印制电路板的发展历程了解我国印制电路板产业的发展激发为国家科技进步和产业发展贡献力量的热情1印制电路板的起源原理图/符号的“常规”设置印制电路板的起源1903年德国AlbertHanson首创“线路”的观念。——现代PCB制造的雏形。1925年美国CharlesDucas成功建立导体作配线。——“PCB”这个名词诞生。1936年奥地利PaulEisler博士发明箔膜技术。1942年PaulEisler发明了世界最早实用化的双面PCB，并在Pye公司正式生产。——PaulEisler被称为“印刷电路之父”。2印制电路板的发展印制电路板早期印制电路板的发展0102PaulEisler的箔膜技术未被英国所重视，在美国仅将PCB制造技术应用于军工产品之中。1947年，环氧树脂开始用作制造基板。1943年，美国开始大规模使用PaulEisler的技术发明来制造炸弹引信，并使用于军用收音机内。1947年12月，世界上第一个晶体管被贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组研发出来，为印刷电路板技术的广泛使用创造了条件。1948年，美国正式认可印刷电路板发明用于商业用途。030504印制电路板早期印制电路板的发展06071951年，聚酰亚胺材料诞生，使树脂的耐热性进一步提高，基于聚酰亚胺的基板也开始制造。约1955年，日本的东芝公司推出了一种在铜箔表面生成氧化铜的技术，并出现了覆铜板（CCL）。这两种技术后来都被广泛用于多层印刷电路板的制造。1953年，Motorola开发出电镀过孔法的双面板。1960年代，多层(4+层数)PCB开始生产。电镀贯穿孔金属化双面PCB实现了大规模生产。但这时PCB设计工作还是靠人工完成的。0809印制电路板早期印制电路板的发展DEC公司在1950年代推出的”DigitalLaboratoryModule”印制电路板成熟期印制电路板的发展1958年，仙童公司RobertNoyce与德仪公司基尔比间隔数月分别发明了集成电路。1964年，Intel公司的戈登·摩尔提出摩尔定律，预测晶体管集成度将会每18个月翻一番。随着集成电路的大规模应用，电子产品的生产不使用印刷电路板的话，就会给生产带来大麻烦。人工设计PCB不仅对设计人员的技能要求很高，而且效率也急需提升。印制电路板成熟期印制电路板的发展自1981年开始，个人计算机开始普及，基于DOS的CAD软件开始出现并快速发展。CAD软件的出现，提高了设计人员的绘图效率，同时也提高了PCB设计的复用率，节约重复设计的时间。同时，PCB的制造也开始用机械替代人工，PCB生产效率也随之提高，之前需要几周才能交付的PCB现在最快几个小时就能交付。印制电路板成熟期印制电路板的发展1993年，摩托罗拉的PaulT.Lin申请了一种称为BGA（球栅阵列）封装的专利，标志着有机封装基板的开始。1995年，松下公司开发出ALIVH（任意层间通孔）结构的BUMPCB制造技术，标志着PCB开始进入HDI高密度互联时代。2000年初期，PCB变得更小、更复杂。制造3.5-4.5mil线宽/线距的电路板成为可能。同时，柔性PCB变得更加普遍。21世纪初，第二代HDI应运而生。在保留激光钻微通孔的同时，堆叠的通孔开始取代交错的导通孔，并结合“任意层”构建技术，HDI板最终的线宽/线距达到了40μm。印制电路板的趋势印制电路板的发展随着科技的不断进步，PCB板在电子产品中的应用越来越广泛。PCB板的发展趋势包括多层化、高密度、小型化、高速化和高可靠性等方面。3中国印制电路板产业中国印制电路板产业我国从20世纪50年代中期，开始了单面印制板的研制。1956年，由王铁中等人研制成功了第一块印制板，应用于半导体收音机中。20世纪60年代中期，我国自主研发了覆铜板层压板基材的批量生产工艺，铜箔蚀刻法成为我国印制板生产的主导工艺。20世纪60年代，已能大批量生产单面板，小批量生产双面板。20世纪70年代，国内推广图形电镀-蚀刻法工艺，但整个生产技术水平落后于国外先进水平。2006年，我国印制板的产值达到121亿美元，超过日本，成为世界第一印制板生产大国。2021年，全球PCB行业产值达到809亿美元，我国行业产值是442亿美元。中国印制电路板产业据Prismark预测，未来几年亚洲将继续主导全球PCB市场的发展，而中国大陆的核心地位更加稳固，中国大陆地区PCB行业将保持4.3%的复合增长率，至2026年行业总产值将达到546.05亿美元。在高端封装基板市场增长的带动下，中国大陆PCB产值复合年均增长率保持在较高水平。思考题请结合你身边的用电设备，看看所用的电路板，谈谈你对未来印制电路板发展的看法或设想。PCB工艺与设计2.PCB板的分类和结构导入说说你知道的PCB板的分类以及结构。学习内容1印制电路板的分类2印制电路板的结构学习目标掌握印制电路板（PCB）的分类方法能够区分印制电路板（PCB）的常见种类了解印制电路板（PCB）的结构增强基本职业认知1印制电路板的分类印制电路板的分类以基材分类以结构分类以适用范围分类分类印制电路板的分类以基材分类刚性印制板(RigidPrintedBoard)：用刚性基材制成的印制板。由不易弯曲、具有一定强韧度的刚性基材制成，具有抗弯能力，可以为附着其上的电子元件提供一定的支撑。刚性基材包括：玻纤布基板纸基板复合基板陶瓷基板金属基板热塑性基板等印制电路板的分类以基材分类指用柔性的绝缘基材制成的印制电路板。它可以自由弯曲、卷绕、折叠，可依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，配线一致性好，使电子整机设备的可靠性得到提高。柔性印制板(F1exiblePrintedBoard)印制电路板的分类以基材分类指在一块印制电路板上包含一个或多个刚性区和柔性区。优点：既可以提供刚性板的支撑作用，又具有挠性板的弯曲特性，连接可靠，可减轻重量，组装小型化，能够满足三维组装需求。刚挠结合板印制电路板的分类以结构分类印制电路板依结构可分为单面板、双面板以及多层板。单面板结构简单，易于制作，但电路设计较复杂。双面板两面布线，适合一般电路布线，应用较多。多层板是复杂电路的不二选择，可通过添加中间层、电源层和接地层等实现复杂电路的电气连接。印制电路板的分类以适用范围分类“High-frequencyPCB”又可称为高频通讯电路板、射频电路板等，是指使用特殊的低介电常数、低信号损耗材料生产出来的印制电路板，具有较高的电磁频率。相较于常规的电路板，PCB高频板具有更高的性能和稳定性，以满足高频信号传输的要求。在现代电子产品中，越来越多的应用需要高频电路板来实现高速信号传输和处理。高频板对信号完整性要求较高，材料加工难度较大，具体体现在对图形精度、层间对准度和阻抗控制方面要求更为严格，因而价格较高。高频板印制电路板的分类以适用范围分类与高频PCB板相比，普通PCB板的制造工艺相对简单，可以采用常规的制造设备和工艺流程。高频PCB的性能指标更高，主要体现在信号传输的速度、阻抗匹配、信号完整性和抗干扰能力等方面。而普通PCB的性能指标相对较低，不需要考虑高频信号传输的特殊要求。高频PCB与普通PCB在材料选择、设计要求、制造工艺和性能指标等方面存在明显的区别。常规板2印制电路板的结构印制电路板的结构指只有一面敷铜的电路板，即所有的铜膜走线都在一个板层上面。因此设计人员只能在其敷铜的一面进行电路连接设计，而在不敷铜的一面放置元器件。1.单面板印刷电路板按照结构划分为单面板、双面板和多层板3种。优点：结构简单，成本低廉，适用于相对简单的电路设计。缺点：对于稍复杂的电路而言，因其走线不能交叉使得布线困难，容易造成无法布线的局面。印制电路板的结构包括顶层(TopLayer)和底层(BottomLayer)两层，两面均有导电图形，一般会用过孔(Via)使两面的导线部分连接。顶层一般为元件面，底层一般为焊锡层面，双面板的两面都可以敷铜和布线。双面板的电路一般比单面板的电路复杂，但布线比较容易，是制作电路板比较理想的选择。2.双面板印制电路板的结构指由三层或三层以上的电路板，在双面板的顶层和底层的基础上，还包含若干中间层、电源层和地线层。其制作工艺非常复杂，因此成本较高。但采用多层板可以设计复杂的电路，另因板层多，则布线的区域也就多，布线就变得更加简单灵活。一般多层板层数是偶数层，并且包含顶层和底层。因为印制电路板中的各层都紧密地压合在一起，一般不太容易看出实际数目。随着电子技术的快速发展，电路板的制作也越来越复杂，因此多层板的应用也日趋广泛。3.多层板思考题请说出你所接触或是了解的用电设备中的PCB结构是怎样的。PCB工艺与设计3.配置系统参数学习内容1原理图/符号设置2PCB/封装设置3图纸设置学习目标掌握配置系统参数的方法理解系统参数配置的意义培养吃苦耐劳、团队协作的精神1原理图/符号设置原理图/符号的“常规”设置原理图/符号设置原理图/符号的“常规”设置原理图/符号设置设置原理图和符号默认使用的单位。单位设置原理图和符号默认的画布网格类型。网格类型打开原理图或者符号库的网格尺寸。默认网格尺寸原理图/符号的“常规”设置原理图/符号设置根据设置是否显示元件原点和元件属性之间的指示线。指示线拖动导线的网络名离开导线时的处理方式。拖动网络名建议一页最多放置100个元件，通过创建分页来放置其他器件。每页元件放置数量原理图/符号的“主题”设置原理图/符号设置这里可以修改原理图图页的背景色或文本的颜色。2PCB/封装设置PCB/封装“常规”设置PCB/封装设置PCB/封装“常规”设置PCB/封装设置网格、网点、无。网格类型更改在PCB编辑器里光标的大小。十字光标修改新建PCB的单位。新建PCB默认单位PCB/封装“常规”设置PCB/封装设置修改新建封装的单位。新建封装默认单位器件旋转的角度设置。每次旋转角度用来设置绘制模式下右键是结束绘制还是调出右键菜单，Ctrl+右键将是相反的行为。结束图元绘制PCB/封装“主题”设置PCB/封装设置PCB/封装“主题”设置PCB/封装设置可根据个人喜好设置PCB界面的一些颜色配置，也可以选择其他PCB软件的主题。PCB/封装“栅格尺寸”设置PCB/封装设置PCB/封装“常用线宽”设置PCB/封装设置3图纸设置图纸设置图纸设置图纸设置图纸设置可根据电路的复杂程度设置图纸的默认尺寸。小结原理图/符号设置PCB/封装设置图纸设置思考题将“原理图的尺寸”设置为A3。将“新建PCB默认单位”设置为mm。PCB工艺与设计4.创建新项目印制电路板设计与制作导入你知道什么是项目/工程吗？学习内容1项目的意义2新建项目和关闭项目3打开项目和另存项目4导入项目学习目标掌握新建项目的方法能够打开项目和另存项目掌握导入项目的方法培养严谨细致的职业素养、团队协作精神和创新精神1项目的意义项目/工程的意义项目的意义项目是每项电子产品设计的基础，在一个项目文件中，包括设计中生成的一切文件，比如原理图文件、PCB文件、各种报表文件及保留在工程中的所有库或模型。定义一个项目文件类似Windows系统中的“文件夹”，在项目文件中可以执行对文件的各种操作，如新建、打开、关闭、复制与删除等。意义项目/工程的意义项目的意义AltiumDesigner软件嘉立创EDA项目/工程的意义项目的意义“AD23”项目类型“嘉立创EDA”项目类型2新建项目和关闭项目“嘉立创EDA”新建项目/工程的方法新建项目和关闭项目“嘉立创EDA”新建项目/工程的方法新建项目和关闭项目单击“新建工程”，弹出如图对话框“嘉立创EDA”新建项目/工程的方法新建项目和关闭项目新建工程后的左侧面板工程路径中的工程文件“嘉立创EDA”关闭项目/工程的方法新建项目和关闭项目3打开项目和另存项目“嘉立创EDA”打开项目/工程的方法打开项目和另存项目“嘉立创EDA”另存项目/工程的方法打开项目和另存项目“嘉立创EDA”另存项目/工程的方法打开项目和另存项目4导入项目“嘉立创EDA”导入项目/工程的方法导入项目“嘉立创EDA”导入项目/工程的方法导入项目“嘉立创EDA”导入项目/工程的方法导入项目小结新建项目/关闭项目打开项目/另存项目导入项目，多窗口打开多个项目思考题嘉立创EDA新建的工程文件是什么格式？如何同时打开多个工程文件？PCB工艺与设计5.为项目添加原理图和PCB文件印制电路板设计与制作导入你知道嘉立创EDA项目/工程主要包含哪些文件吗？原理图文件和PCB文件学习内容1为项目添加板子2为项目添加原理图文件和图页3为项目添加PCB文件4为项目克隆文档学习目标能够给项目/工程添加新的原理图文件或者图页能够给项目/工程添加新的PCB文件能够给项目/工程克隆文档培养创新精神和开放包容的精神1为项目添加板子为项目添加板子嘉立创EDA创建工程时会默认创建一个板子，里面包含原理图和PCB。为项目添加板子选中项目名，单击鼠标右键，给项目新建板子。2为项目添加原理图文件和图页“嘉立创EDA”为项目/工程添加原理图文件为项目添加原理图文件和图页“嘉立创EDA”为项目/工程添加图页为项目添加原理图文件和图页“嘉立创EDA”为项目/工程添加图页为项目添加原理图文件和图页3为项目添加PCB文件为项目添加PCB文件选中工程名，或者已有的PCB名，可为项目/工程添加PCB文件。为项目添加PCB文件选中新建的PCB文件，单击鼠标右键，可以修改PCB文件名称。4为项目克隆文档为项目克隆文档“嘉立创EDA”可以通过“克隆”将某文档粘贴到另一个工程文件里。为项目克隆文档“嘉立创EDA”可以通过“克隆”将某文档粘贴到另一个工程文件里。小结为项目添加原理图或者图页为项目添加PCB文件为项目克隆文档思考题嘉立创EDA新建的工程文件里包含哪些内容？下图中的彩色方框标识的各是什么类型的文件？PCB工艺与设计6.为项目添加原理图符号库和PCB封装库导入为什么要添加原理图符号库和PCB封装库？AltiumDesinger自带两个基本库绘制原理图时已安装的库中没有想要的元器件原理图符号。怎么办？绘制PCB时已安装的库中没有想要的元器件封装。怎么办？MiscellaneousConnectorsMiscellaneousDevices学习内容1AltiumDesigner中元件库编辑器2元件库添加到已存在的工程目录下3PCB库添加到已存在的工程目录下4集成库添加到AltiumDesigner软件中学习目标能够在AltiumDesigner中打开元件库窗口能够将已有的原理图库文件添加到当前项目中能够将已有的封装库文件添加到当前项目中1AltiumDesigner中的元件库编辑器AltiumDesigner中的元件库AltiumDesinger中的元件库有三类：原理图符号库、PCB封装库和集成库。原理图符号库，后缀为.SCHLIBPCB封装库，后缀为.PCBLIB集成库，后缀为.INTLIB点元件库AltiumDesigner中元件库编辑器AltiumDesigner中元件库编辑器AltiumDesigner中元件库编辑器窗口打开AltiumDesinger软件，在右下角点击Panels可以打开Components窗口。Components窗口位于右边栏。2元件库添加到已存在的工程目录下元件库添加到已存在的工程目录下AvailableFile-basdedLibraries窗口显示当前工程中打开的所有库，只能被当前工程使用；Project选项卡Installed选项卡显示系统加载的所有库，可以被所有工程使用；Installed选项卡列出指定搜索路径下的库文件，这些库文件也可以被所有工程使用。元件库添加到已存在的工程目录下元件库添加到已存在的工程目录下将电路设计中常用到的元器件整理分类后添加到AltiumDesinger中，就可以直接调用。方法如下：在Components窗口中点击下图图标，选择File-basedLibrariesPreferences...元件库添加到已存在的工程目录下元件库添加到已存在的工程目录下在AvailableFile-basdedLibraries窗口中选中