第5章-印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)

1、第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/141第第5章章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)5.1 印制電路板的種類5.2 PCB設(shè)計的基本概念5.3 常用元器件封裝5.4 印制電路板的基本組成5.5 印制電路板的制作過程5.6 印制電路板設(shè)計的基本流程第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1425.1 印制電路板的種類印制電路板的種類 印制電路板的種類可以根據(jù)元件導(dǎo)電層面的多少分為單面板、雙面板、多層板三種。 第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1431單面板 單面板所用的絕緣基板上只有一面覆銅，在這一覆銅面中包含有焊盤和銅箔導(dǎo)線，因此該面被稱之為焊接面。而另一面上只包含沒有電氣特性

2、的元件型號和參數(shù)等，以便于元器件的安裝、調(diào)試和維修，因此這一面被稱為元件面。 圖圖5-1 單面板單面板 第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1442雙面板 雙面板絕緣基板的上、下二面均有覆銅層，都可制作銅箔導(dǎo)線。雙面板底層和單面板作用相同，而在頂層上除了印制元件的型號和參數(shù)外，和底層一樣也可以制作成銅箔導(dǎo)線，元件通常仍安裝在頂層，因此頂層又被稱為“元件面 ” ， 底 層 稱 為 “ 焊 錫面”。 圖圖5-2 雙面板雙面板 第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/145 3多層板 多層板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它由電氣導(dǎo)電層和絕緣材料層交替粘合而成，成本較高，導(dǎo)電層數(shù)目一般為偶數(shù)，層間的電氣連接同樣利用層

3、間的金屬化過孔實(shí)現(xiàn)。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/146 3多層板 多層板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它由電氣導(dǎo)電層和絕緣材料層交替粘合而成，成本較高，導(dǎo)電層數(shù)目一般為偶數(shù)。 多層印制板是由交替的導(dǎo)電圖形層及絕緣材料層層壓粘合而成的一塊印制板，導(dǎo)電圖形的層數(shù)在兩層以上，層間的電氣連接同樣利用層間的金屬化過孔實(shí)現(xiàn)。多層印制板的連接線短而直，便于屏蔽，但印制板的工藝復(fù)雜，由于使用金屬化孔，可靠性下降。它常用于計算機(jī)的板卡中。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1475.2 PCB設(shè)計的基本概念設(shè)計的基本概念 5.2.1 電路板的工作層面 Protel DXP提供了74個不同類型的工作層面，主要包括：3

4、2個信號層(Signal Layers)、16個內(nèi)部電源/接地層(Internal Planes)、16個機(jī)械層(Mechanical Layers)、4個防護(hù)層 (Masks Layers)（包括2個阻焊層(Solder Mask Layers)和2個焊錫膏層（Paste Mask Layers)、2個絲印層(Silkscreen Layers)、4個其他層(other Layers) (包括1個禁止布線層（Keep Out Layer）、2個鉆孔層(Drill Layers）和1個多層(Multi Layer)。 第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1481.信號層(Signal La

5、yers) 信號層(Signal Layers) 包括頂層、底層和中間信號層，共32層。 頂層：主要用在雙面板、多層板中制作頂層銅箔導(dǎo)線，在實(shí)際電路板中又稱為元件面，元件管腳安插在本層面焊孔中，焊接在底面焊盤上。 底層：又稱為焊錫面，主要用于制作底層銅箔導(dǎo)線，它是單面板唯一的布線層，也是雙面板和多面板的主要布線層。 中間信號層：在一般電路板中較少采用，一般只有在5層以上較為復(fù)雜的電路板中才采用。 第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1492. 內(nèi)電層（Internal Plane） 內(nèi)電層（Internal Plane）主要用于放置電源/地線，Protel DXP PCB編輯器可以支持16

6、個內(nèi)部電源/接地層。因?yàn)樵诟鞣N電路中，電源和地線所接的元件管腳數(shù)是最多的，所以在多層板中，可充分利用內(nèi)部電源/接地層將大量的接電源（或接地）的元件管腳通過元件焊盤或過孔直接與電源（或地線）相連，從而極大地減少頂層和底層電源/地線的連線長度。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/14103. 機(jī)械層（Mechanical Layer） Protel DXP PCB編輯器可以支持16個機(jī)械層。機(jī)械層沒有電氣特性，在實(shí)際電路板中也沒有實(shí)際的對象與其對應(yīng)，是PCB編輯器便于電路板廠家規(guī)劃尺寸制板而設(shè)置，屬于邏輯層（即在實(shí)際電路板中不存在實(shí)際的物理層與其相對應(yīng)），主要為電路板廠家制作電路板時提供所需的

7、加工尺寸信息。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/14114. 防護(hù)層(Masks Layers) 防護(hù)層包括阻焊層和焊錫膏層，主要用于保護(hù)銅線以及防止元件被焊接到不正確的地方。 阻焊層主要為一些不需要焊錫的銅箔部分（如導(dǎo)線、填充區(qū)、覆銅區(qū)等）涂上一層阻焊漆（一般為綠色），用于阻止進(jìn)行波峰焊接時，焊盤以外的導(dǎo)線、覆銅區(qū)粘上不必要的焊錫而設(shè)置，從而避免相鄰導(dǎo)線波峰焊接時短路，還可防止電路板在惡劣的環(huán)境中長期使用時氧化腐蝕。因此它和信號層相對應(yīng)出現(xiàn)，也分為頂部（Top Solder Mask）、底部（Bottom Solder Mask）兩層。 第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1412

8、 焊錫膏層，有時也稱做助焊層，用來提高焊盤的可焊性能，在PCB上比焊盤略大的各淺色圓斑即為所說的焊錫膏層。在進(jìn)行波峰焊等焊接時，在焊盤上涂上助焊劑，可以提高PCB的焊接性能。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/14135. 絲印層（Silkscreen Layer） 絲印層主要通過絲印的方式將元件的外形、序號、參數(shù)等說明性文字印制在元件面（或焊錫面），以便于電路板裝配過程中插件（即將元件插入焊盤孔中）、產(chǎn)品的調(diào)試、維修等。 絲印層分為頂層（Top Overlayer）和底層（Bottom Overlayer）。 第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/14146. 其它層（Other La

9、yers） 其他層(other Layers) 包括1個禁止布線層（Keep Out Layer）、2個鉆孔層(Drill Layers）和1個多層(Multi Layer)。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1415 5.2.2 銅膜導(dǎo)線 銅膜導(dǎo)線是覆銅板經(jīng)過蝕刻后形成的銅膜布線，又簡稱為導(dǎo)線。銅膜導(dǎo)線是電路板的實(shí)際走線，用于連接元件的各個焊盤，是印制電路板的重要組成部分。導(dǎo)線的主要屬性是導(dǎo)線寬度，它取決于承載電流的大小和銅箔的厚度。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1416 5.2.3 過孔 在印制電路板中，過孔的主要作用是用來連接不同板層間的導(dǎo)線。在工藝上，過孔的孔壁圓柱面上

10、用化學(xué)沉積的方法鍍上一層金屬，用以連通中間各層需要連通的銅箔，而過孔的上下兩面做成圓形焊盤形狀。通常，過孔有三種類型，它們分別是從頂層到底層的穿透式過孔（通孔）、從頂層通到內(nèi)層或從內(nèi)層通到底層的盲過孔（盲孔）、內(nèi)層間的深埋過孔（埋孔）。過孔的形狀只有圓形，主要參數(shù)包括過孔尺寸和孔徑尺寸。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1417 5.2.4 焊盤 焊盤是在電路板上為了固定元件引腳，并使元件引腳和導(dǎo)線導(dǎo)通而加工的具有固定形狀的銅膜。焊盤形狀一般有圓形“Round”、方形“Rectangle”和八角形“Octagonal”三種，一般用于固定穿孔安裝式元件的焊盤有孔徑尺寸和焊盤尺寸兩個參數(shù)，表

11、面粘貼式元件常采用方形焊盤。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1418 5.2.5 元件封裝 元器件封裝是實(shí)際元器件焊接到電路板上時，在PCB電路板上所顯示的外形和焊盤位置關(guān)系，因此元器件封裝是實(shí)際元器件在PCB電路板上的外形和引腳分布關(guān)系圖。純粹的元件封裝只是一個空間概念，沒有具體的電氣意義。 元器件封裝的兩個要素是外形和焊盤。制作元器件封裝時必須嚴(yán)格按照實(shí)際元器件的尺寸和焊盤間距來制作，否則裝配電路板時有可能因焊盤間距不正確而導(dǎo)致元器件不能裝到電路板上，或者因?yàn)橥庑纬叽绮徽_，而使元器件之間發(fā)生干涉。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1419 5.2.6 飛線飛線有以下兩重含義

12、： 在PCB設(shè)計系統(tǒng)中導(dǎo)入元器件之后，在自動布線之前，元器件的相應(yīng)管腳之間出現(xiàn)供觀察用的類似橡皮筋的灰色網(wǎng)絡(luò)連接線，這些灰色連線是系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則自動生成的、用來指引布線的一種連線，一般俗稱為飛線。 有些廠商在設(shè)計電路板的布線時，由于技術(shù)實(shí)力原因往往會導(dǎo)致最后的PCB存在不足的地方。這時需要采用人工修補(bǔ)的方法來解決問題，就是用導(dǎo)線連通一些電氣網(wǎng)絡(luò)，有時候也稱這種導(dǎo)線為“飛線”，這就是飛線的第二重含義。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1420 5.2.7 安全間距 在設(shè)計印制電路板的過程中，設(shè)計人員為了避免或者減小導(dǎo)線、過孔、焊盤以及元件之間的相互干擾現(xiàn)象，需要在這些對象之間留出適當(dāng)?shù)木嚯x，

13、這個距離一般稱為安全間距。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/14215.3 常用元器件封裝常用元器件封裝 5.3.1 元件封裝的分類 按照元件安裝方式，元件封裝可以分為通孔直插式封裝和表面粘貼式封裝兩大類。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1422通孔直插式元件及元件封裝如圖5-3 所示。 圖5-3 通孔直插式元件及元件封裝第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1423表面粘貼式元件及元件封裝如圖5-4 所示。 圖5-4 表面粘貼式元件及元件封裝第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1424 5.3.2 常用元件封裝的介紹 根據(jù)元件的不同封裝，本節(jié)將封裝分成兩大類：一類為分立元

14、件的封裝，一類為集成電路元件的封裝。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1425 5.3.2.1 分立元件的封裝 1. 電容：電容分普通電容和貼片電容。 普通電容又分為極性電容和無極性電容。 極性電容 （如電解電容） 根據(jù)容量和耐壓的 不同，體積差別很大，如圖5-5所示。 極性電 容封裝編號為RB*-*。 12圖圖5-5 電解電容元件、原理圖符號和元件封裝電解電容元件、原理圖符號和元件封裝 第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1426 無極性電容根據(jù)容量不同，體積外形也差別較大，如圖5-6所示。無極性電容封裝編號為RAD-*。21 圖圖5-6 無極性電容元件、原理圖符號和元件封裝無極性

15、電容元件、原理圖符號和元件封裝第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1427 貼片電容的外形如圖5-7所示，它們的體積與傳統(tǒng)的直插式電容比較而言非常細(xì)小，有的只有芝麻般大小，已經(jīng)沒有元件管腳，二端白色的金屬端直接通過錫膏與電路板的表面焊盤相接。貼片電容封裝編號為CC*-*，如CC2012-0805。 12 圖圖5-7 貼片電容元件及元件封裝貼片電容元件及元件封裝第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/14282. 電阻：電阻分普通電阻和貼片電阻。 普通電阻是電路中使用最多的元件之一，如圖5-8所示，根據(jù)功率不同，電阻體積差別很大。 12圖圖5-8 普通電阻元件、原理圖符號和封裝普通電阻元件、

16、原理圖符號和封裝第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1429 貼片電阻和貼片電容在外形上非常相似，所以它們可以采用相同的封裝，貼片電阻的外形如圖5-9所示。貼片電阻封裝編號為R*-*，如R2012-0805。12 圖5-9 貼片電阻元件及元件封裝第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1430 12圖5-10 普通二極管元件、普通二極管的原理圖符號和封裝 3. 二極管：二極管分普通二極管和貼片二極管。 普通二極管根據(jù)功率不同，體積和外形也差別很大，常用的封裝如圖5-10所示。 貼片二極管可用貼片電容的封裝套用。 第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1431 4. 三極管：三極管分普通三

17、極管和貼片三極管。 普通三極管根據(jù)功率不同，體積和外形差別較大，常用的封裝如圖5-11 所示，以封裝編號為“BCY-W*/E*”為例，如“BCY-W3/E4”。 貼片三極管封裝如圖5-12 所示，以封裝編號為“SO-G*/C*”為例，如“SO-G3/C2.5”。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1432 123圖5-11 普通三極管元件、原理圖符號和封裝321圖5-12 貼片三極管元件及封裝 第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1433 123圖5-13 電位器元件、原理圖符號和元件封裝 5. 電位器 電位器即可調(diào)電阻，在電阻參數(shù)需要調(diào)節(jié)的電器中廣泛采用，根據(jù)材料和精度不同，在體積外

18、形上也差別很大，如圖5-13所示。 常用的封裝為VR系列，從VR2VR5。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1434 87654321圖5-14 單排直插元件及元件封裝 6. 單排直插元件 單排直插元件如用于不同電路板之間電信號連接的單排插座，單排集成塊等。一般在原理圖庫元件中單排插座的常用名稱為“Header”系列，它們常用的封裝一般采用“HDR”系列，如圖5-14所示為封裝HDR19。 第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1435 12345678910111213142827262524232221201918171615圖5-15 DIP元件及元件封裝 5.3.2.2 集成電

19、路元件的封裝 1. DIP封裝 DIP（Dual In-line Package）封裝，即雙列直插式封裝。元件外形和封裝如圖5-15所示，這種封裝的外形呈長方形，引腳從封裝兩側(cè)引出，引腳數(shù)量少，一般不超過100個，絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路芯片(IC)均采用這種封裝形式。DIP封裝編號為“DIP*”，如“DIP14”，后綴數(shù)字表示引腳數(shù)目。第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1436 2. PLCC封裝 PLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）封裝，即塑料有引線芯片載體封裝。如圖5-16所示，其引腳從封裝的四個側(cè)面引出，管腳向芯片底部彎曲，呈J字形。78910111

20、21314151617181920212223242526272839383736353433323130296543214443424140圖5-16 PLCC元件及元件封裝第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1437 3 . SOP封裝 SOP（Small Outline Package）封裝， 即小外形封裝。如圖5-17所示，其引腳從封裝兩側(cè)引出呈海鷗翼狀(L字形)，它是最普及的表面貼片封裝。15161718192021222324252627281413121110987654321圖5-17 SOP元件及元件封裝第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1438 4. PQFP封裝

21、 塑料方形扁平式封裝PQFP（Plastic Quad Flat Package）的元件外形和封裝圖如圖5-18所示，該封裝的元件四邊都有管腳，管腳向外張開，該封裝在大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路封裝中經(jīng)常被采用，因?yàn)樗闹芏加泄苣_，所以管腳數(shù)目較多，而且管腳距離也很短。 1234567891011121314151617181920212233323130292827262524234443424140393837363534圖5-18 PQFP元件及元件封裝第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1439 5. BGA封裝 BGA(Ball Grid Array)封裝，即球狀柵格陣列封裝。元件外

22、形和封裝如圖5-19 所示，該封裝表面無管腳，其管腳成球狀矩陣式排列于元件底部。該封裝管腳數(shù)多，集成度高。圖5-19 BGA元件及元件封裝第5章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)2021/8/1440 6. PGA封裝 PGA（Pin Grid Array）封裝，即管腳網(wǎng)格陣列封裝。元件外形和封裝圖如圖5-20所示，該封裝結(jié)構(gòu)和BGA封裝很相似，不同的是其管腳引出元件底部并矩陣式排列，它是目前CPU的主要封裝形式。 S17S16S15S14S13S12S11S10S9S8S7S6S5S4S3S2S1Q17Q16Q15Q14Q13Q12Q11Q10Q9Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1R17R16R15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1P17P16P15P3P2P1N17N16N15N3N2N1M17M16M15M3M2M1L17L16L15L3L2L1K17K16K15K3K2K1J17J16J15J3J2J1H17H16H15H3H2H1G17G16G15G3G2G1F17F16F15F3F2F1E17E16E15E3E2E1D17D16D15D3D2D1C17C16C15C14C13C12C11C10C9C8C7C6C5C4C3C2C1B17B16B15B14B13B1