Protel DXP 印制电路板设计基础教案.pptx
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1、会计学1Protel DXP 印制电路板设计基础印制电路板设计基础7.1 印制电路板概述印制电路板概述n n印制电路板结构印制电路板结构印制电路板结构印制电路板结构n n 1.1.单单单单层层层层板板板板 一一一一面面面面敷敷敷敷铜铜铜铜,另另另另一一一一面面面面没没没没有有有有敷敷敷敷铜铜铜铜的的的的电电电电路路路路板板板板。单单单单层层层层板板板板只只只只能在敷铜的一面放置元件和布线,适用于简单的电路板。能在敷铜的一面放置元件和布线,适用于简单的电路板。能在敷铜的一面放置元件和布线,适用于简单的电路板。能在敷铜的一面放置元件和布线,适用于简单的电路板。n n 2.2.双双双双面面面面板板板
2、板 包包包包括括括括顶顶顶顶层层层层(Top(Top Layer)Layer)和和和和底底底底层层层层(Bottom(Bottom Layer)Layer)两两两两层层层层,两两两两面面面面敷敷敷敷铜铜铜铜,中中中中间间间间为为为为绝绝绝绝缘缘缘缘层层层层。双双双双面面面面板板板板两两两两面面面面都都都都可可可可以以以以布布布布线线线线,一一一一般般般般需需需需要要要要由由由由过过过过孔孔孔孔或或或或焊焊焊焊盘盘盘盘连连连连通通通通。双双双双面面面面板板板板可可可可用用用用于于于于比比比比较较较较复复复复杂杂杂杂的的的的电电电电路路路路,但但但但设设设设计计计计工工工工作作作作不不不不比比比比
3、单单单单面面面面板板板板困困困困难难难难,因因因因此此此此被被被被广广广广泛泛泛泛采采采采用用用用,是是是是现现现现在在在在最最最最常常常常用用用用的的的的一一一一种种种种印印印印制电路板。制电路板。制电路板。制电路板。n n 3.3.多多多多层层层层板板板板 包包包包含含含含了了了了多多多多个个个个工工工工作作作作层层层层面面面面。它它它它是是是是在在在在双双双双面面面面板板板板的的的的基基基基础础础础上上上上增增增增加加加加了了了了内内内内部部部部电电电电源源源源层层层层、接接接接地地地地层层层层及及及及多多多多个个个个中中中中间间间间信信信信号号号号层层层层。其其其其缺缺缺缺点点点点是是
4、是是制制制制作作作作成成成成本很高。本很高。本很高。本很高。第1页/共81页n n 印印制制电电路路板板结结构构大大概概如如图图7-1所所示示,图图中中所所示示的的为为四四层层板。板。n n 图图图图7-1 7-1 印制电路板的结构示意印制电路板的结构示意印制电路板的结构示意印制电路板的结构示意第2页/共81页4.铜膜导线(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。导线和飞线有着本质的区别,飞线只是一种在形式上表示出各个焊
5、盘间的连接关系,没有电气的连接意义。导线则是根据飞线指示的焊盘间的连接关系而布置的,是具有电气连接意义的连接线路。第3页/共81页 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
6、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。第4页/共81页n n 6层层(Layer)n n 由由于于电电子子线线路路的的元元件件密密集集安安装装、抗抗干干扰扰和和布布线线等等特特殊殊要要求求,一一些些较较新新的的电电子子产产品品中中所所用用的的印印制制板板不不仅仅上上下下两两面面可可供供走走线线,在在板板的的中中间间还还设设有有能能被被特特殊殊加加工工的的夹夹层层铜铜箔箔,例例如如,现现在在的的计计算算机机主主板板所所用用的的印印制制板板材材料料大大多多在在4层层以以上上。这这些些层层因因加加工工相相对对较较难难而而大大多多用用于于
7、设设置置走走线线较较为为简简单单的的电电源源布布线线层层(Ground Dever和和Power Dever),并并常常用用大大面面积积填填充充的的办办法法来来布布线线(如如Fill)。上上下下位位置置的的表表面面层层与与中中间间各各层层需需要要连连通通的的地地方方用用“过过孔孔(Via)”来来沟沟通通。要要提提醒醒的的是是,一一旦旦选选定定了了所所用用印印制制板板的的层层数数,务务必必关关闭闭那那些些未未被被使用的层,以免布线出现差错。使用的层,以免布线出现差错。第5页/共81页 7焊盘焊盘(Pad)焊焊盘盘的的作作用用是是放放置置焊焊锡锡、连连接接导导线线和和元元件件引引脚脚。焊焊盘盘是是
8、PCB设设计计中中最最常常接接触触也也是是最最重重要要的的概概念念,但但初初学学者者却却容容易易忽忽视视它它的的选选择择和和修修正正,在在设设计计中中千千篇篇一一律律地地使使用用圆圆形形焊焊盘盘。选选择择元元件件的的焊焊盘盘类类型型要要综综合合考考虑虑该该元元件件的的形形状状、大大小小、布布置置形形式式、振振动动和和受受热热情情况况、受受力力方方向向等等因因素素。自行编辑焊盘时还要考虑以下原则:自行编辑焊盘时还要考虑以下原则:1)形形状状上上长长短短不不一一致致时时,要要考考虑虑连连线线宽宽度度与与焊焊盘盘特特定定边长的大小差异不能过大。边长的大小差异不能过大。2)需需要要在在元元件件引引脚脚
9、之之间间走走线线时时,选选用用长长短短不不对对称称的的焊焊盘往往事半功倍。盘往往事半功倍。3)各各元元件件焊焊盘盘孔孔的的大大小小要要按按元元件件引引脚脚粗粗细细分分别别编编辑辑确确定,原则是孔的尺寸比引脚直径大定,原则是孔的尺寸比引脚直径大0.20.4mm。第6页/共81页n n 8.导孔导孔(Via)n n 用用于于连连接接各各层层之之间间的的通通路路,当当铜铜膜膜导导线线在在某某层层受受到到阻阻挡挡无无法法布布线线时时,可可钻钻上上一一个个孔孔,通通过过该该孔孔翻翻到到另另一一层层继继续续布布线线,这这就就是是过过孔孔。过过孔孔有有3种种,即即从从顶顶层层贯贯通通到到底底层层的的通通过过
10、孔孔、从从顶顶层层通通到到内内层层或或从从内内层层通通到到底底层层的的盲盲过过孔孔以以及及内内层层间间的的隐隐藏藏过孔。过孔。n n 过过孔孔从从上上面面看看上上去去,有有两两个个尺尺寸寸,即即外外圆圆直直径径和和过过孔孔直直径,如图径,如图7-2所示。所示。n n 图图图图7-2 7-2 导孔的外圆直径和过孔直径导孔的外圆直径和过孔直径导孔的外圆直径和过孔直径导孔的外圆直径和过孔直径第7页/共81页n n 9.丝丝 印印 层层(Silkcreen Top/Bottom Over1ay)n n 为为方方便便电电路路的的安安装装和和维维修修,在在印印制制板板的的上上下下两两表表面面印印上上所所需
11、需要要的的标标志志图图案案和和文文字字代代号号等等,例例如如元元件件标标号号和和标标称称值值、元元件件外外廓廓形形状状和和厂厂家家标标志志、生生产产日日期期等等等等,这这就就称称为为丝丝印印层层(Silkcreen Top/Bottom Over1ay)。设设计计丝丝印印层层时时,注注意意文文字字符符号号放放置置整整齐齐美美观观,而而且且注注意意实实际际制制出出的的PCB效效果果,字字符符不不要要被被元元件件挡挡住住,也也不不要要侵入助焊区而被抹除。侵入助焊区而被抹除。第8页/共81页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
12、屏蔽作用,提高电路板信号的抗电磁干扰的能力。第9页/共81页n n 元件封装元件封装元件封装元件封装n n 1 1 1 1元件封装的分类元件封装的分类元件封装的分类元件封装的分类n n 元件的封装形式可以分成两大类,即针脚式元件封装和元件的封装形式可以分成两大类,即针脚式元件封装和元件的封装形式可以分成两大类,即针脚式元件封装和元件的封装形式可以分成两大类,即针脚式元件封装和STM STM STM STM(表面粘贴式表面粘贴式表面粘贴式表面粘贴式)元件封装。元件封装。元件封装。元件封装。n n (1)(1)(1)(1)针针针针脚脚脚脚式式式式元元元元件件件件封封封封装装装装 针针针针脚脚脚脚式
13、式式式封封封封装装装装元元元元件件件件焊焊焊焊接接接接时时时时先先先先要要要要将将将将元元元元件件件件针针针针脚脚脚脚插插插插入入入入焊焊焊焊盘盘盘盘导导导导通通通通孔孔孔孔,然然然然后后后后再再再再焊焊焊焊锡锡锡锡。由由由由于于于于针针针针脚脚脚脚式式式式元元元元件件件件封封封封装装装装的的的的焊焊焊焊盘盘盘盘和和和和过过过过孔孔孔孔贯贯贯贯穿穿穿穿整整整整个个个个电电电电路路路路板板板板,所所所所以以以以其其其其焊焊焊焊盘盘盘盘的的的的属属属属性性性性对对对对话话话话框框框框中中中中,PCBPCBPCBPCB的的的的层层层层属属属属性性性性必必必必须须须须为为为为MultiLayer(Mu
14、ltiLayer(MultiLayer(MultiLayer(多多多多层层层层)。例例例例如如如如AXIAL0.4AXIAL0.4AXIAL0.4AXIAL0.4为为为为电电电电阻阻阻阻封封封封装装装装,如如如如图图图图5-25-25-25-2所所所所示示示示。DIP8DIP8DIP8DIP8为为为为双列直插式集成电路封装,如图双列直插式集成电路封装,如图双列直插式集成电路封装,如图双列直插式集成电路封装,如图5-35-35-35-3所示。所示。所示。所示。n n 图图图图7-3 AXIAL-0.4 7-3 AXIAL-0.4 封装封装封装封装 图图图图7-4 DIP-87-4 DIP-8封装
15、封装封装封装第10页/共81页n n (2)STM(表表面面粘粘贴贴式式)元元件件封封装装 STM(表表面面粘粘贴贴式式)元元件件封封装装有有陶陶瓷瓷无无引引线线芯芯片片载载体体LCCC(如如图图7-5所所示示)、塑塑料料有有引引线线芯芯片片载载体体PLCC(如如图图7-6所所示示)、小小尺尺寸寸封封装装SOP(如如图图7-7所所示示)和和塑塑料料四四边边引引出出扁扁平平封封装装PQFP(如如图图7-8所示)等。所示)等。n n图图图图7-5 7-5 LCCC LCCC 封封封封装装装装 图图图图7-6 7-6 PLCCPLCC封封封封装装装装 图图图图7-7 7-7 SOP SOP 封封封封
16、装装装装 图图图图7-8 7-8 PQFPPQFP封装封装封装封装第11页/共81页n n 2元件封装的编号元件封装的编号n n 元元件件封封装装的的编编号号一一般般为为元元件件类类型型+焊焊盘盘距距离离(焊焊盘盘数数)+元元件件外外形形尺尺寸寸。可可以以根根据据元元件件封封装装编编号号来来判判别别元元件件封封装装的的规规格格。如如AXIAL0.4表表示示此此元元件件封封装装为为轴轴状状的的,两两焊焊盘盘间间的的距距离离为为400mil(约约等等于于10mm);DIPl6表表示示双双排排引引脚脚的的元元件件封封装装,两两排排共共16个个引引脚脚:RB.2.4表表示示极极性性电电容容类类元元件件
17、封封装装,引引脚脚间间距距离离为为200mil,元元件件直直径径为为400mil。这这里里.2和和.4分分别别表表示示200mil和和400mil。第12页/共81页常用的元件封装如表常用的元件封装如表7-1所示。所示。表表7-1 常用的元件封装常用的元件封装 第13页/共81页n n7.2 PCB7.2 PCB图设计流程及遵循原则图设计流程及遵循原则n n n n 图设计流程图设计流程n n PCBPCB图的设计流程就是指图的设计流程就是指n n印刷电路板图的设计步骤,印刷电路板图的设计步骤,n n一般它可分为图一般它可分为图7-97-9所示的所示的n n六个步骤六个步骤。n n 图图7-9
18、 PCB7-9 PCB图的设计流程图的设计流程 第14页/共81页印制电路板设计应遵循的原则印制电路板设计应遵循的原则1布局布局首先,要考虑首先,要考虑PCBPCB尺寸大小。尺寸大小。PCBPCB尺寸过大时,印制线路长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加;过小,则散热不好,且邻近线条易受干扰。在确定尺寸过大时,印制线路长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加;过小,则散热不好,且邻近线条易受干扰。在确定PCBPCB尺寸后,再确定特殊元件的位置。最后,根据电路的功能单元,对电路的全部元件进行布局。尺寸后,再确定特殊元件的位置。最后,根据电路的功能单元,对电路的全部元件进行布局。(1)(1)在确
19、定特殊元件的位置时要遵守以下原则:在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则: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。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。某些元件或导线之间可能有较高的电位差,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。某些元件或导线之间可能有较高的电位差,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。重量超过
20、重量超过15g15g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。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。第15页/共81页n n 对于电位器、可调电感线圈、对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节,应放在要求。若是机内调节,应放在印制板上方便于调节的地方;印制板上方便
21、于调节的地方;若是机外调节,其位置要与调若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相节旋钮在机箱面板上的位置相适应。适应。n n 应应留留出出印印制制板板的的定定位位孔孔和和固固定支架所占用的位置。定支架所占用的位置。n n (2)根根据据电电路路的的功功能能单单元元对对电电路路的的全全部部元元件件进进行行布布局局时时,要要符合以下原则:符合以下原则:n n 按按照照电电路路的的流流程程安安排排各各个个功功能能电电路路单单元元的的位位置置,使使布布局局便便于于信信号号流流通通,并并使使信信号号尽尽可可能保持一致的方向。能保持一致的方向。第16页/共81页n n以以每每个个功功能能电电路
22、路的的核核心心元元件件为为中中心心,围围绕绕它它来来进进行行布布局局。元元件件应应均均匀匀、整整齐齐、紧紧凑凑地地排排列列在在PCB上上,尽尽量量减减少少和和缩缩短短各元件之间的引线和连接。各元件之间的引线和连接。n n在在高高频频下下工工作作的的电电路路,要要考考虑虑元元件件之之间间的的分分布布参参数数。一一般般电电路路应应尽尽可可能能使使元元件件平平行行排排列列。这这样样,不不但但美美观观,而而且且焊焊接接容容易,易于批量生产。易,易于批量生产。n n位位于于电电路路板板边边缘缘的的元元件件,离离电电路路板板边边缘缘一一般般不不小小于于2mm。电电路路板板的的最最佳佳形形状状为为矩矩形形,
23、长长宽宽比比为为32或或43。电电路路板板面面尺尺寸寸大大于于200mml50mm时时应应考虑电路板所受的机械强度。考虑电路板所受的机械强度。第17页/共81页n n 2 2布线应遵循以下原则:布线应遵循以下原则:布线应遵循以下原则:布线应遵循以下原则:n n(1)(1)输入和输出端的导线应尽量避免相邻平行。输入和输出端的导线应尽量避免相邻平行。输入和输出端的导线应尽量避免相邻平行。输入和输出端的导线应尽量避免相邻平行。n n(2)(2)印印印印制制制制板板板板导导导导线线线线的的的的最最最最小小小小宽宽宽宽度度度度主主主主要要要要由由由由导导导导线线线线与与与与绝绝绝绝缘缘缘缘基基基基板板板
24、板间间间间的的的的粘粘粘粘附附附附强强强强度度度度和和和和流流流流过过过过它它它它们们们们的的的的电电电电流流流流值值值值决决决决定定定定。对对对对于于于于集集集集成成成成电电电电路路路路,尤尤尤尤其其其其是是是是数数数数字字字字电电电电路路路路,通通通通常常常常选选选选0.20.20 0 0 0.3mm.3mm导导导导线线线线宽宽宽宽度度度度。当当当当然然然然,只只只只要要要要允允允允许许许许,还还还还是是是是尽尽尽尽可可可可能能能能用用用用较宽的线,尤其是电源线和地线。较宽的线,尤其是电源线和地线。较宽的线,尤其是电源线和地线。较宽的线,尤其是电源线和地线。n n导导导导线线线线的的的的最
25、最最最小小小小间间间间距距距距主主主主要要要要由由由由最最最最坏坏坏坏情情情情况况况况下下下下的的的的线线线线间间间间绝绝绝绝缘缘缘缘电电电电阻阻阻阻和和和和击击击击穿穿穿穿电电电电压压压压决决决决定定定定。对对对对于于于于集集集集成成成成电电电电路路路路,尤尤尤尤其其其其是是是是数数数数字字字字电电电电路路路路,只只只只要要要要工工工工艺艺艺艺允允允允许许许许,可可可可使使使使间距小于间距小于间距小于间距小于5 58mm8mm。n n(3)(3)印印印印制制制制板板板板导导导导线线线线拐拐拐拐弯弯弯弯一一一一般般般般取取取取圆圆圆圆弧弧弧弧形形形形,而而而而直直直直角角角角或或或或夹夹夹夹角
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