protel2004EDA技术及应用 教学课件 ppt 作者 王廷才 王崇文主编 第8章 印制电路板（PCB）设计基础

1、机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,第8章 印制电路板（PCB）设计基础,知识目标 1. 掌握PCB图的结构和PCB图设计应遵循的原则。 2. 了解PCB图的设计流程。 技能目标 1. 学会PCB文件的创建与管理方法。 2. 了解PCB设计工具栏使用方法。,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,第8章 印制电路板（PCB）设计基础,8.1 印制电路板概述 8.2 PCB图设计流程及遵循原则 8.3 PCB的文件管理和工具栏 8.4 PCB参数设置,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,8.1 印制电路板概述,8.1.1 印制电路板结构 印制电路板的制作材料主要是绝缘材料、金属铜及焊锡等。绝缘材料一般用SiO2;金属铜则主要是印制电路板上的电气导线，一般还会在导线表面再附上一层薄的绝缘层；而焊锡则是附着在过孔和焊盘的表面。 每块印制电路板实际上都有两个面，习惯上根据使用的板层多少，分为单层板、双面板和多层板。,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,1.单层板 一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板。单层板只能在敷

2、铜的一面放置元件和布线，适用于简单的电路板。它具有不用打过孔、成本低等优点，但因其只能单面布导线而使实际的设计工作往往比双面板和多层板困难。,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,2.双面板 包括顶层(Top Layer)和底层(Bottom Layer)两层，两面有敷铜，中间为绝缘层。双面板两面都可以布线，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，是现在最常用的一种印制电路板。,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,3.多层板 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。印制电路板四层结构示意如图8.1所示， 图8.1 印制电路板的结构示意,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,4. 导线 (Tracks) 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线来进行的。 飞线也称为预拉线，它是在系统装入网络表后，根据规则生成的，用来指引布线的一种连线。,机

3、械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,5助焊膜和阻焊膜 (Mask) 各类膜(Mask)不仅是PCB制作工艺过程中必不可少的，而且更是元件焊装的必要条件。按“膜”所处的位置及其作用，“膜”可分为元件面(或焊接面)助焊膜(Top or Bottom Solder)和元件面(或焊接面)阻焊膜(Top or Bottom Paste Mask)两类。助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是在绿色板子上比焊盘略大的浅色圆。阻焊膜的情况正好相反，为了使制成的板子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，这两种膜是一种互补关系。,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,6层(Layer) Protel的“层”是广义的，不单是指铜箔层，还有其他类型的层。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(Ground Dever和Power Dever)，并常用大面积填充的办法来布线(如Fill)。上下位置的表面层与中间各层需要连通的地方用“过孔(Via)”来沟通。要

4、提醒的是，一旦选定了所用印制板的层数，务必关闭那些未被使用的层，以免布线出现差错。,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,8.焊盘(Pad) 焊盘是将元件引脚与铜膜导线连接的焊点。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。Protel在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘，如圆、方、八角、圆方和定位用焊盘等，自行编辑焊盘时要考虑以下原则： 1）形状上长短不一致时，要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大。 2）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。 3）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0.20.4mm。,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,8. 导孔(Via) 导孔，也称为过孔。用于连接各层导线之间的通路，当铜膜导线在某层受到阻挡无法布线时，可钻上一个孔，并在孔壁镀金属，通过该孔翻到另一层继续布线，这就是导孔。导孔有3种，即从顶层贯通到底层的通导孔、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲导孔以及内层间的隐藏导孔。 导孔从上面看上

5、去，有两个尺寸，即外圆直径和过孔直径，如图8.2所示。 图8.2 导孔的外圆直径和过孔直径,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,9. 丝印层 (Silkcreen Top/Bottom Over1ay) 为方便电路的安装和维修，在印制板的上下两表面印上所需要的标志图案和文字代号等，例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等，这就称为丝印层(Silkcreen Top/Bottom Over1ay)。,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,10敷铜 (Polygon) 对于抗干扰要求比较高的电路板，常常需要在PCB上敷铜。敷铜可以有效地实现电路板的信号屏蔽作用，提高电路板信号的抗电磁干扰的能力。,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,8.1.2 元件封装,元件封装就是表示元件的外观和焊盘形状尺寸的图。 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，如RES代表电阻，它的封装形式有AXIAL-0.3、AXIAL-0.4、AXIAL-0.6等等，所以在取用焊接元件时，不仅要知道元件名称，还

6、要知道元件的封装。,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,1元件封装的分类 元件的封装形式可以分成两大类，即针脚式元件封装和STM (表面粘贴式) 元件封装。 (1) 针脚式元件封装 针脚式封装元件焊接时先要将元件针脚插入焊盘导通孔，然后再焊锡。由于针脚式元件封装的焊盘导通孔贯穿整个电路板，所以其焊盘的属性对话框中，PCB的层属性必须为MultiLayer(多层)。例如AXIAL-0.4为电阻封装，如图8.3所示。DIP-8为双列直插式集成电路封装，如图8.4所示。 图8.3 AXIAL-0.4 封装 图8.4 DIP-8封装,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,(2 ) SMT (表面粘贴式)元件封装 SMT (表面粘贴式) 元件封装的焊盘只限于表面层，在其焊盘的属性对话框中， Layer（层）属性必须为单一表面，如TopLayer（顶层）或BottomLayer（底层）。 SMT (表面粘贴式) 元件封装有陶瓷无引线芯片载体LCCC（如图8.5所示）、塑料有引线芯片载体PLCC（如图8.6所示）、小尺寸封装SOP(如图8.7所示)和塑料四边

7、引出扁平封装PQFP（如图8.8所示）等。 图8.5 LCCC 封装 图8.6 PLCC封装 图8.7 SOP 封装 图8.8 PQFP封装,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,2元件封装的编号 元件封装的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的规格。如AXIAL-0.4表示此元件封装为轴状的，两焊盘间的距离为400mil(约等于10mm)；DIP-l6表示双排引脚的元件封装，两排共16个引脚。,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,8.2 PCB图设计流程及遵循原则,8.2.1 PCB图设计流程 PCB图的设计流程就是指印刷电路板图的设计步骤，一般它可分为图8.9所示的六个步骤： 图8.9 PCB图的设计流程,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,8.2.2 印制电路板设计应遵循的原则 1布局应遵循的原则 1）尽可能缩短高频元件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。 2）某些元件或导线之间可能有较高的

8、电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带强电的元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。 3）重量超过15g的元件，应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,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的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。 5）应留出印制板的定位孔和固定支架所占用的位置。 6）按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,7）以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各元件之间的引线和连接。 8）在高频下工作的电路，要考虑元件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元件平行排列。这样，不但美观，而且焊接容易，易于批量生产。 9）位于电路板边缘的元件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形，长宽比为32或43。电路板面尺寸大于200mml50mm时应考虑电路板所受的机械强度。,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,2布线应遵循的原则 1)输入和输出端的导线应尽量避免相邻平行。最好添加线间地线，以免发生反馈耦合。 2)印制板导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。 导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。 3)印制板导线拐弯一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则，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。这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。,机械工业出版社 Protel 2004 EDA技术及应用,3焊盘大小 焊盘中心孔要比元件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。,机械工业出版社

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