7PCB设计基础.ppt
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1、第第7章章 PCB设计基础设计基础7.1 PCB设计基础知识设计基础知识7.2 Protel DXP PCB设计流程设计流程7.3 Protel DXP PCB编辑器的使用编辑器的使用7.4 准准备备网网络络表或原理表或原理图图7.5 设置参数设置参数 7.6 规划电路板规划电路板7.7 装入元件封装装入元件封装7.8 装入网络表装入网络表7.9 元件布局元件布局7.10 布线布线7.11 覆铜和补泪滴覆铜和补泪滴7.12 其他放置工具其他放置工具7.13 DRC检查检查7.14 打印和输出打印和输出7.15 创建项目元件库创建项目元件库2021/9/1717.1 PCB设计基础知识设计基础知
2、识PCB(Printed Circuit Board):):也称印制电路板,也称印制电路板,通过印制板上的印制导线、焊盘及金属化过孔实现通过印制板上的印制导线、焊盘及金属化过孔实现元器件引脚之间的电气连接。元器件引脚之间的电气连接。由于印制板上的导电图形(如元件引脚焊盘、印制由于印制板上的导电图形(如元件引脚焊盘、印制连线、过孔等)以及说明性文字(如元件轮廓、序连线、过孔等)以及说明性文字(如元件轮廓、序号、型号)等均通过号、型号)等均通过印制方法实现印制方法实现,因此称为印制,因此称为印制电路板。电路板。PCB基板基板是由绝缘隔热、不易弯曲的材质所制成。是由绝缘隔热、不易弯曲的材质所制成。在
3、整个板子的表面上覆盖着铜箔。在制造过程中部在整个板子的表面上覆盖着铜箔。在制造过程中部分铜箔被刻蚀处理掉,留下来的部分就变成导线,分铜箔被刻蚀处理掉,留下来的部分就变成导线,用来连接用来连接PCB上零件的电路连接。上零件的电路连接。7.1.1 PCB基础知识基础知识2021/9/172印制电路板的主要制作材料印制电路板的主要制作材料绝缘材料:绝缘材料:一般用二氧化硅(一般用二氧化硅(SiO2)金属铜:金属铜:主要用于印制电路板上的电气导线,一般主要用于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。还会在导线表面再附上一层薄的绝缘层。焊锡:焊锡:附着在过孔和焊盘的表面。附着在过
4、孔和焊盘的表面。覆铜板:覆铜板:通过一定的工艺,在绝缘性能很高的基材上覆通过一定的工艺,在绝缘性能很高的基材上覆盖一层导电性能良好的铜薄膜,就构成了生产印制电路盖一层导电性能良好的铜薄膜,就构成了生产印制电路板所必需的材料板所必需的材料覆铜板。按电路要求,在覆铜板上覆铜板。按电路要求,在覆铜板上刻蚀出导电图形,并钻出元件引脚安装孔、实现电气互刻蚀出导电图形,并钻出元件引脚安装孔、实现电气互连的过孔以及固定整个电路板所需的螺丝孔,就获得了连的过孔以及固定整个电路板所需的螺丝孔,就获得了电子产品所需的印制电路板。电子产品所需的印制电路板。2021/9/173印制板种类印制板种类根据导电层数目的不同
5、可分为:根据导电层数目的不同可分为:单面板单面板双面板双面板多层板多层板根据覆铜板基底材料的不同可分为:根据覆铜板基底材料的不同可分为:纸质覆铜箔层压板纸质覆铜箔层压板玻璃布覆铜箔层压板玻璃布覆铜箔层压板 这两种压板都是使用粘结树脂将纸或玻璃布粘在一起,这两种压板都是使用粘结树脂将纸或玻璃布粘在一起,然后经过加热、加压工艺处理而成。然后经过加热、加压工艺处理而成。2021/9/174目前常用的粘结树脂(三种)目前常用的粘结树脂(三种)酚醛树脂:酚醛树脂:覆铜箔酚醛纸质层压板覆铜箔酚醛纸质层压板使用酚醛树脂粘结的纸质使用酚醛树脂粘结的纸质覆铜箔层压板。其特点是成本低,主要用作收音机、电视机以覆铜
6、箔层压板。其特点是成本低,主要用作收音机、电视机以及其他电子设备的印制电路板。)及其他电子设备的印制电路板。)环氧树脂:环氧树脂:覆铜箔环氧纸质层压板:覆铜箔环氧纸质层压板:使用环氧树脂粘结的纸质覆铜箔层压使用环氧树脂粘结的纸质覆铜箔层压板。其电气性能和机械性能均比覆铜箔酚醛纸质层压板好,也板。其电气性能和机械性能均比覆铜箔酚醛纸质层压板好,也主要用在收音机、电视机以及其他低频电子设备中。主要用在收音机、电视机以及其他低频电子设备中。覆铜箔环氧玻璃布层压板:覆铜箔环氧玻璃布层压板:使用环氧树脂粘结的玻璃布覆铜箔使用环氧树脂粘结的玻璃布覆铜箔层压板。是目前使用最广泛的印制电路板材料之一,具有良好
7、层压板。是目前使用最广泛的印制电路板材料之一,具有良好的电气和机械性能,耐热,尺寸稳定性好,可在较高温度下使的电气和机械性能,耐热,尺寸稳定性好,可在较高温度下使用。广泛用作各种电子设备、仪器的印制电路板。用。广泛用作各种电子设备、仪器的印制电路板。聚四氟乙烯树脂:聚四氟乙烯树脂:覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板使用聚四使用聚四氟乙烯树脂粘结的玻璃布覆铜箔层压板。由于其介电性能好氟乙烯树脂粘结的玻璃布覆铜箔层压板。由于其介电性能好(介质损耗小、介电常数低),耐高温(工作温度范围宽),(介质损耗小、介电常数低),耐高温(工作温度范围宽),耐潮湿(可以在潮湿环境下使用),耐
8、酸、碱(即化学稳定性耐潮湿(可以在潮湿环境下使用),耐酸、碱(即化学稳定性高),是制作高频、微波电子设备印制电路板的理想材料,但高),是制作高频、微波电子设备印制电路板的理想材料,但价格较高。价格较高。2021/9/1751、单面板、单面板定义:定义:一面敷铜,另一面没有敷铜的电路板,只能在敷一面敷铜,另一面没有敷铜的电路板,只能在敷铜的一面布线而在另一面放置元件。铜的一面布线而在另一面放置元件。优点:优点:制作简单,不用打过孔、成本低。制作简单,不用打过孔、成本低。缺点:缺点:由于只能单面布线,而且导线不能交错,所以当由于只能单面布线,而且导线不能交错,所以当电路较为复杂时,布线有一定困难。
9、通常用于较简单电路较为复杂时,布线有一定困难。通常用于较简单的电路。的电路。2021/9/176焊锡面:焊锡面:单面板上的导电图形主要包括固定、连接元件单面板上的导电图形主要包括固定、连接元件引脚的引脚的焊盘焊盘和实现元件引脚互连的和实现元件引脚互连的印制导线印制导线,该面称为,该面称为焊锡面。焊锡面。元件面:元件面:没有铜膜的一面用于安放元件,该面称为元件没有铜膜的一面用于安放元件,该面称为元件面。面。单单面面板板2021/9/1772、双面板、双面板定义:定义:两面敷铜,中间为绝缘层,两面均可布线。通常两面敷铜,中间为绝缘层,两面均可布线。通常是在顶层放置元件,在顶层和底层两面进行走线。一
10、是在顶层放置元件,在顶层和底层两面进行走线。一般需要由过孔或焊盘连通。般需要由过孔或焊盘连通。优点:优点:两面可以布线,而且导线可以交错,所以布线容易两面可以布线,而且导线可以交错,所以布线容易得多,可以应付较为复杂的电路,提高了电路板的集得多,可以应付较为复杂的电路,提高了电路板的集成度成度缺点:缺点:在双面板中,需要制作金属化过孔,生产工艺流程在双面板中,需要制作金属化过孔,生产工艺流程比单面板多,制作较复杂,成本高。比单面板多,制作较复杂,成本高。2021/9/178双双面面板板基板的上下两面均覆盖铜箔。因此,上、下两面都含基板的上下两面均覆盖铜箔。因此,上、下两面都含有导电图形,导电图
11、形中除了焊盘、印制导线外,还有导电图形,导电图形中除了焊盘、印制导线外,还有用于使上、下两面印制导线相连的金属化过孔。在有用于使上、下两面印制导线相连的金属化过孔。在双面板中,元件也只安装在其中的一个面上,该面同双面板中,元件也只安装在其中的一个面上,该面同样称为样称为“元件面元件面”,另一面称为,另一面称为“焊锡面焊锡面”。2021/9/1793、多层板、多层板定义:定义:包括多个工作层面,一般指包括多个工作层面,一般指3层以上的电路板。层以上的电路板。它在双面板的基础上加了内部电源层、内部接地层及多它在双面板的基础上加了内部电源层、内部接地层及多个中间信号层。通常层数为偶数。个中间信号层。
12、通常层数为偶数。优点:优点:大大提高了电路板的集成度:随着集成电路技术的不大大提高了电路板的集成度:随着集成电路技术的不断发展,元器件集成度越来越高,引脚数目迅速增加,断发展,元器件集成度越来越高,引脚数目迅速增加,电路图中元器件连接关系越来越复杂。电路图中元器件连接关系越来越复杂。能适用较高工作频率:如今器件工作频率越来越高,能适用较高工作频率:如今器件工作频率越来越高,只有多层板能满足布线和电磁屏蔽要求,单面板和双面只有多层板能满足布线和电磁屏蔽要求,单面板和双面板都无法满足。板都无法满足。缺点:缺点:层数增加,制作工艺更加复杂,成本高。层数增加,制作工艺更加复杂,成本高。2021/9/1
13、710多层板(四层)多层板(四层)上、下层是信号层(元件面和焊锡面),在上、下两上、下层是信号层(元件面和焊锡面),在上、下两层之间还有电源层和地线层层之间还有电源层和地线层穿透式过孔穿透式过孔盲过孔盲过孔隐蔽式过孔隐蔽式过孔2021/9/1711在多层电路板中,层与层之间的电气连接通过元件在多层电路板中,层与层之间的电气连接通过元件引脚焊盘和金属化过孔实现引脚焊盘和金属化过孔实现引脚焊盘贯穿整个电路板。引脚焊盘贯穿整个电路板。用于实现不同层电气互连的金属化过孔最好也贯穿用于实现不同层电气互连的金属化过孔最好也贯穿整个电路板,以方便钻孔加工,在经过特定工艺处整个电路板,以方便钻孔加工,在经过特
14、定工艺处理后,不会造成短路。理后,不会造成短路。2021/9/17127.1.2 7.1.2 元件的封装技术元件的封装技术元件封装:元件封装:指实际元件焊接到电路板时所指示指实际元件焊接到电路板时所指示的外观和焊盘位置。仅仅是空间的概念。的外观和焊盘位置。仅仅是空间的概念。不同元件可共用同一个元件封装形式。不同元件可共用同一个元件封装形式。如如8031,8255都是直插双列都是直插双列40引脚器件,封装形引脚器件,封装形式都是式都是DIP40同种元件也可以有不同的封装形式。同种元件也可以有不同的封装形式。如如RES3代表电阻,它的封装形式有代表电阻,它的封装形式有CR3225-1210、CR5
15、025-2010、CR6322-2512等。等。元件的封装技术:元件的封装技术:指将元件焊接到指将元件焊接到PCB上时采上时采用的方式用的方式2021/9/1713元件封装技术的种类:元件封装技术的种类:插入式封装技术(插入式封装技术(Through Hole Technology,THT):):将元件将元件放置在板子的一面,并将元件的管脚穿过板子焊在另一面上。放置在板子的一面,并将元件的管脚穿过板子焊在另一面上。优点:优点:THT的元件与的元件与PCB连接的构造比较好,例如排线的插座连接的构造比较好,例如排线的插座和类似的接插件都需要耐压力,通常是和类似的接插件都需要耐压力,通常是THT封装
16、。封装。缺点:缺点:占用的空间较多,单位面积可放置的元件较少。占用的空间较多,单位面积可放置的元件较少。表面黏贴式封装技术(表面黏贴式封装技术(Surface Mounted Technology,SMT):):元件的管脚与焊接在板子同一侧,不需钻孔。元件的管脚与焊接在板子同一侧,不需钻孔。优点:优点:SMT的元件所占空间较小,且可以在板子的两面都放置,的元件所占空间较小,且可以在板子的两面都放置,SMT的的PCB板上零件更加密集,多用于工业生产中板上零件更加密集,多用于工业生产中缺点:缺点:管脚和焊点小,人工焊接困难,多用于工业生产中管脚和焊点小,人工焊接困难,多用于工业生产中2021/9/
17、1714管壳的外观,引脚形状,封装管壳的外观,引脚形状,封装管壳的外观,引脚形状,封装管壳的外观,引脚形状,封装SOPQFPPGAZIPSIPDIPSOJQFJ2021/9/1715一、元件封装一、元件封装1、常见分立元件的封装(有、常见分立元件的封装(有5种)种)1)针脚式电阻:)针脚式电阻:封装系列名为封装系列名为AXIAL-xx,其中,其中AXIAL表示轴状的封装方式,表示轴状的封装方式,xx为数字,表示该元件为数字,表示该元件两个焊盘间的距离,后缀越大,其形状越大。两个焊盘间的距离,后缀越大,其形状越大。0.3英寸英寸=300mil(毫英寸毫英寸)=7.62mm 1英寸英寸=25.4m
18、m2)扁平状电容:)扁平状电容:常用常用RAD-xx作为无极性电容元件封作为无极性电容元件封装。装。7.1.3 7.1.3 印制电路板的基本概念印制电路板的基本概念AXIAL-0.3RAD-0.32021/9/17163)二极管类元件:)二极管类元件:常用封装系列名称为常用封装系列名称为DIODExx,其中其中xx表示两焊盘间距离。表示两焊盘间距离。4)筒状电容:)筒状电容:常用常用RBxx-xx作为有极性电容元件封装。作为有极性电容元件封装。RB后的两个数字分别表示焊盘之间的距离和圆筒的直后的两个数字分别表示焊盘之间的距离和圆筒的直径,单位是英寸。如径,单位是英寸。如RB7.6/15表示此元
19、件封装焊盘间表示此元件封装焊盘间距为距为7.6英寸,圆筒的直径为英寸,圆筒的直径为15英寸。英寸。DIODE-0.7RB7.6-152021/9/17175)三极管类元件)三极管类元件NPNPNPNMOS-2或或PMOS-2MOSFET-N2021/9/17182、常见集成电路的封装、常见集成电路的封装DIP40BCERQUAD52QFP80A2021/9/1719二、导线二、导线即铜膜导线,是板子上的敷铜经过蚀刻处理形成的一即铜膜导线,是板子上的敷铜经过蚀刻处理形成的一定宽度和形状的导线,用以实现电气连接。定宽度和形状的导线,用以实现电气连接。三、飞线三、飞线飞线:飞线:一种预拉线,电路板设
20、计在引入网络表后,元一种预拉线,电路板设计在引入网络表后,元件之间的连接都是采用飞线指示连接关系。件之间的连接都是采用飞线指示连接关系。两者区别:两者区别:飞线只是一种形式上的连接,没有电气意飞线只是一种形式上的连接,没有电气意义。而导线有电气意义。义。而导线有电气意义。两者关系:两者关系:飞线指示导线的实际布置,导线实现飞线飞线指示导线的实际布置,导线实现飞线的意图。的意图。2021/9/1720四、助焊膜和阻焊膜四、助焊膜和阻焊膜按膜所处的位置及作用分按膜所处的位置及作用分助焊膜(助焊膜(Top or Bottom Solder):):是涂于焊盘上,提是涂于焊盘上,提高可焊性能的一层膜,也
21、就是绝色板子上比焊盘略大高可焊性能的一层膜,也就是绝色板子上比焊盘略大一点的浅色圆。一点的浅色圆。阻焊膜(阻焊膜(Top or Bottom Paste):作用正好相反,为作用正好相反,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焊。因此在焊盘以外的各部位非焊盘处的铜箔不能粘焊。因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层膜,用于阻止这些部分上锡。都要涂覆一层膜,用于阻止这些部分上锡。五、层(五、层(Layer)Protel的层是印制板材料本身实实在在的铜箔层。的层是印制板材料本身实实在在的铜箔层。注意:注意:布线时一旦选定了所用印制
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