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計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)Protel課程描述:
本章主要介紹印制電路板的基礎(chǔ)知識(shí)、加工制作方法、印制電路板的布局原則和布線原則以及印制電路板的設(shè)計(jì)流程。
本章的學(xué)習(xí)是進(jìn)行印制電路板設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。作為一個(gè)好的PCB設(shè)計(jì)師,應(yīng)充分了解各種覆銅板、元器件的特性、特點(diǎn);并熟練掌握印制電路板的布局原則和布線原則。
第6章印制電路板設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
知識(shí)點(diǎn)及技能點(diǎn)
▲
了解印制電路板的概念、種類及作用
▲
熟悉并初步理解印制電路板的基本組件
▲
掌握印制電路板的布局、布線原則
▲
掌握印制電路板設(shè)計(jì)流程
6.1印制電路板概述
6.1.1
印制電路板的概念
所謂印制電路板,也稱印制線路板(PrintedCircuitBoard,簡(jiǎn)稱PCB)。它是指在絕緣基材上,按預(yù)先設(shè)計(jì),制成的一定尺寸板,在其上面至少有一個(gè)導(dǎo)電圖形或印制元件以及所設(shè)計(jì)好的孔,以實(shí)現(xiàn)元器件之間的電氣互連。
原始的電路板
單面敷銅板
雙面敷銅板
多層敷銅板
6.1.2印制電路板的發(fā)展
A、按基板材料劃分:
剛性印制電路板
酚醛紙質(zhì)層壓板
環(huán)氧紙質(zhì)層壓板
聚酯玻璃氈層壓板
環(huán)氧玻璃布層壓板
柔性印制電路板
聚酯薄膜
聚酰亞胺薄膜
氟化乙丙烯薄膜
6.1.3印制電路板的種類
提供電路中的各種元器件裝配、固定必要的機(jī)械支撐
提供各元件間的布線,實(shí)現(xiàn)電路的電氣連接。
提供所要求的電氣特性,如特性阻抗等
為自動(dòng)焊錫提供阻焊圖形
為元件插裝、檢查及調(diào)試提供識(shí)別字符或圖形6.1.4印制電路板的作用
具有重復(fù)性
電路板的可預(yù)測(cè)性
信號(hào)可以沿導(dǎo)線任一點(diǎn)直接進(jìn)行測(cè)試,而不會(huì)因?qū)Ь€接觸引起短路
電路板的焊點(diǎn)可以在一次焊接過(guò)程中大部分焊完。6.1.5印制電路板的優(yōu)點(diǎn)
焊盤(Pad)
用于固定元器件管腳或引出連線、測(cè)試線等
有圓形、方形等多種形狀
分為針腳式及表面貼片式兩大類
銅膜導(dǎo)線(Track)
過(guò)孔(Via)
用于連接不同層面上的銅膜導(dǎo)線
形狀只有圓形,主要參數(shù)有孔的外徑和鉆孔尺寸
板層(Layer)
分為敷銅層和非敷銅層
敷銅層包括頂層、底層、中間層、電源層和地線層
6.1.6PCB的基本組件
元件封裝(Footprint)
元器件的封裝是指實(shí)際元器件焊接到電路板時(shí)所指示的外觀和焊點(diǎn)位置,僅是空間的概念
元器件封裝分為兩大類:針腳式和表面粘著式(SMD)
元器件封裝的編號(hào):元件類型+焊點(diǎn)距離(焊點(diǎn)數(shù))+元件外型尺寸
常用元件的封裝
電阻
A、加工方法
減成法工藝
加成法工藝
B、工藝流程
單面印制電路板工藝流程:下料→絲網(wǎng)漏印→腐蝕→去除印料→孔加工→絲印標(biāo)記→涂阻焊劑→成品
多層印制電路板工藝流程:內(nèi)層材料處理→定位孔加工→表面清潔處理→印制內(nèi)層銅膜走線及圖形→腐蝕→層壓前處理→內(nèi)外層材料層壓→孔加工→孔金屬化→制外層圖形→鍍耐腐蝕可焊金屬→去處感光膠→腐蝕插頭鍍金→外形加工→熱熔→絲印標(biāo)記→涂阻焊劑→成品6.1.7印制板的制作6.2印制電路板的基本設(shè)計(jì)原則
6.2.1設(shè)計(jì)整體考慮
可靠性
工藝性
經(jīng)濟(jì)性
6.2.2印制電路板尺寸及板層選取原則
電路板尺寸應(yīng)合理
在滿足電氣功能要求的前提下,應(yīng)盡可能選用層數(shù)較少的電路板
B、元件排列其他原則
信號(hào)流向布局原則
按照信號(hào)的流向排放電路各個(gè)功能單元的位置
元件的布局應(yīng)便于信號(hào)流通,使信號(hào)盡可能保持一致的方向
抑制熱干擾原則
發(fā)熱元件應(yīng)安排在有利于散熱的位置,必要時(shí)可以單獨(dú)設(shè)置散熱器
將發(fā)熱較高的元件分散開(kāi)來(lái),使單位面積熱量減小
在空氣流動(dòng)的方向上,將對(duì)熱敏感元件排列在上游位置,或遠(yuǎn)離發(fā)熱區(qū)
抑制電磁干擾原則
對(duì)干擾源以及對(duì)電磁感應(yīng)較靈敏的元件進(jìn)行屏蔽或?yàn)V波,屏蔽罩應(yīng)良好接地
加大干擾源與對(duì)電磁感應(yīng)較靈敏元件之間的距離
盡量避免高低壓器件相互混雜,避免強(qiáng)弱信號(hào)器件交錯(cuò)在一起
縮短高頻元件和大電流元件之間的連線,設(shè)法減少分布參數(shù)的影響
對(duì)于高頻電路,輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離
數(shù)字邏輯電路盡可能選用低速元件
在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時(shí),操作它們時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大火花放電,必須采用RC浪涌吸收電路來(lái)吸收放電電流
CMOS元件的輸入阻抗很高,且易受感應(yīng),因此對(duì)不使用的端口要進(jìn)行接地或接正電源處理
提高機(jī)械強(qiáng)度原則
應(yīng)留出固定支架、安裝螺孔、定位螺孔和連接插座所用的位置
電路板的最佳形狀是矩形(長(zhǎng)寬比為
3:2或4:3),當(dāng)板面尺寸大于200mmX150mm時(shí),應(yīng)考慮板所受的機(jī)械強(qiáng)度
A、印制電路板布線的一般原則
信號(hào)線高、低電平懸殊時(shí),要加大導(dǎo)線的間距;在布線密度比較低時(shí),可加粗導(dǎo)線,信號(hào)線的間距也可適當(dāng)加大
印制導(dǎo)線如果需要進(jìn)行屏蔽,在要求不高時(shí),可采用印制屏蔽線,即包地處理。對(duì)于多層板,一般通過(guò)電源層和地線層的使用,既解決電源線和地線的布線問(wèn)題,又可以對(duì)信號(hào)線進(jìn)行屏蔽
6.2.4印制電路板布線原則B、印制電路板布線的其他原則
電源、地線的布設(shè)原則
-盡量加寬電源和地線,地線寬度應(yīng)大于電源寬度-在印制電路板上應(yīng)盡可能多地保留銅箔做地線,這樣傳輸特性和屏蔽作用將得到改善,并且起到減少分布電容的作用。數(shù)字電路和模擬電路的布線
-數(shù)字電路工作頻率較高,布線應(yīng)考慮分布參數(shù)的影響。-模擬電路的敏感性強(qiáng),易受干擾,特別注意弱信號(hào)放大電路部分的布線要盡量縮短線條的長(zhǎng)度,減小平行布線長(zhǎng)度。-模擬電路與數(shù)字電路的電源地線應(yīng)分開(kāi)排布,在電源入口處單點(diǎn)匯集,這樣可以減小模擬電路與數(shù)宇電路之間的相互影響與干擾。
大面積敷銅主要有兩種作用
用于屏蔽來(lái)減小外界干擾
作用是利于散熱
使用大面積敷銅應(yīng)局部開(kāi)窗口,防止長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí),銅箔與基板間的粘合劑產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體無(wú)法排除,熱量不易散發(fā),以致產(chǎn)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象6.2.6大面積敷銅6.3印制電路板設(shè)計(jì)流程
準(zhǔn)備電路原理圖
規(guī)劃印制版
印制板參數(shù)設(shè)置
載入元器件封裝庫(kù)及網(wǎng)絡(luò)表
元件布局
自動(dòng)布線
手工調(diào)整布線
設(shè)計(jì)規(guī)則檢查(DRC)
保存及輸出電路板
重點(diǎn)和難點(diǎn)
◆印制電路板的基本組件
◆電路板的布局原則及布線原則
◆印制電路板的設(shè)計(jì)流程
本章小結(jié)
印制電路板按導(dǎo)電圖層劃分有單面板、雙面板和多層板;按基材劃分有剛性印制電路板、撓性印制電路板和剛--撓性印制電路板。電路板的組成元素有焊盤、過(guò)孔、銅膜導(dǎo)線、板層、元件封裝等等。
印制電路板的加工制作方法主要有減成法工藝和加成法工藝。
本章重點(diǎn)講述了印制電路板的布局原則和布線原則,以及印制電路板的設(shè)計(jì)流程。
本章的學(xué)習(xí)是進(jìn)行印制電路板設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。作為一個(gè)好的PCB設(shè)計(jì)師,應(yīng)充分了解各種覆銅板、元器件的特性、特點(diǎn);并熟練掌握印制電路板的布局原則和布線原則。
作業(yè)及練習(xí)1.填空題
(1)印制電路板英文全稱是
,縮寫(xiě)為
。(2)印制電路板根據(jù)導(dǎo)電板層劃分有
印制電路板,
印制電路板以及
印制電路板。(3)印制電路板根據(jù)基板材料劃分有
印制電路板,
印制電路板以及
印制電路板。(4)高頻布線,走線方式應(yīng)按照
角拐彎,這樣可以減小高頻信號(hào)的輻射和相互間的耦合。
2.判斷題
(1)單面板比多層板加工容易。
(
)(2)為使電路板更加美觀,布線應(yīng)盡可能平行布置。(
)(3)元件的布局應(yīng)便于信號(hào)流通,使信號(hào)盡可能保持一致的方向。()(4)在采用數(shù)字邏輯電路時(shí),元件速度越高越好。
(
)(5)元件封裝是和元件一一對(duì)應(yīng)的,不能混用。
(
)
3、選擇題(1)元件封裝按安裝形式分為(
)大類。A、三B、兩C、四D、五(2)元件封裝英文名稱為(
)
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