项目七 认识印刷电路板和元件封装电子课件 中职 新编电子设计自动化项目教程 .ppt
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1、项目七 认识印刷电路板和元件封装电子课件 中职 新编电子设计自动化项目教程 高教版项目七 认识印刷电路板和元件封装电子课件 中职 新编电子设计自动化项目教程 高教版项目七认识印刷电路板和元件封装教学目标本项目主要讲解印制电路板和元件封装的基本概念,以达到以下学习目标:知识目标:u了解印制电路板的种类和结构。u理解DXP 2004编辑器中层面的概念;u理解元件封装的含义;u了解印制电路板的整体制作过程。技能目标:u掌握PCB编辑器中显示层面的设置方法。u掌握常用元件的封装;能根据实际元件选用合适的封装。任务一认识印制电路板 PCB是英文Printed Circuit Board的缩写,译为印制电
2、路板,简称电路板或PCB板。印制电路板是用印制的方法制成导电线路和元件封装,它的主要功能是实现电子元器件的固定安装以及管脚之间的电气连接,从而实现电器的各种特定功能。制作正确、可靠、美观的印制电路板是电路板设计的最终目的。一、认识元件外型结构 元器件是实现电器功能的基本单元,他们的结构和外型各异,为了实现电器的功能它们必须通过管脚相互连接,并为了确保连接的正确性,各管脚都按一定的标准规定了管脚号,并且各元件制造商为了满足各公司在体积、功率等方面的要求,即使同一类型的元件他们又有不同的元件外型和管脚排列,即元件外型结构,如图所示,同为数码管,但大小、外形、结构却差别很大。二、印制电路板结构 印制
3、电路板是电子元件装载的基板,它的生产涉及电子、机械、化工等众多领域。它要提供元件安装所需的封装,要有实现元件管脚电气连接的导线,要保证电路设计所要求的电气特性,以及为元件装配、维修提供识别字符和图形。所以它的结构较为复杂,制作工序较为繁琐,而了解印制电路板的相关概念是成功制作电路板的前提和基础。印制电路板结构 为了实现元器件的安装和管脚连接,我们必须在电路板上按元件管脚的距离和大小钻孔钻孔,同时还必须在钻孔的周围留出焊接管脚的焊盘焊盘,为了实现元件管脚的电气连接,在有电气连接管脚的焊盘之间还必须覆盖一层导电能力较强的铜箔膜导线导线,同时为了防止铜箔膜导线在长期的恶劣环境中使用而氧化,减少焊接、
4、调试时短路的可能性,在铜箔导线上涂抹了一层绿色阻焊漆,以及表示元件安装位置的元件标号。一个制作好并拆除了部分元件的实用电路板如图所示 印制电路板样板(a)安装了元件的印制电路板 印制电路板样板 元件编号铜箔导线焊盘元件封装三、认识印制电路板种类 印制电路板的种类很多,根据元件导电层面的多少可以分为单面板、双面板、多层板。1单面板 单面板所用的绝缘基板上只有一面是敷铜面,用于制作铜箔导线,而另一面只印上没有电气特性的元件型号和参数等,以便于元器件的安装、调试和维修,单面板由于只有一面敷铜面,因此无须过孔(过孔的概念见双面板)、制作简单、成本低廉,功能较为简单,在电路板面积要求不高的电子产品中得到
5、了广泛的应用 2双面板 在绝缘基板的上、下二面均有敷铜层,都可制作铜箔导线,底面和单面板作用相同,而在顶面除了印制元件的型号和参数外,和底层一样可以制作成铜箔导线,元件一般仍安装在顶层,因此顶层又称为“元件面”,底层称为“焊锡面”。为了解决顶层和底层相同导线之间的连接关系,人们还制作了金属化过孔过孔,双面板的采用有效的解决了同一层面导线交叉的问题,而过孔的采用又解决了不同层面导线的连通问题,与单面板相比,极大的提高了电路板的元件密度和布线密度。3多层板 多层板结构复杂,它由电气导电层和绝缘材料层交替粘合而成,成本较高,导电层数目一般为4、6、8等,且中间层(即内电层)一般连接元件管脚数目最多的
6、电源和接地网络,层间的电气连接同样利用层间的金属化过孔实现。在多层板中,可充分利用电路板多层层叠结构解决高频电路布线时的电磁干扰、屏蔽问题,同时由于内电层解决了电源和地网络的大量连线,使布线层面的连线急剧减少,因此,电路板可靠性高,面积小,在电脑主板、内存条、优盘、MP3等产品上得到广泛的使用。多层板结构图 四、印制电路板的制作流程印制电路板的制作流程下料:一般是指选取材料、厚度合适,整个表面铺有较薄铜箔的整张基板。丝网漏印:为了制作元件管脚间相连的铜箔导线,必须将多余的铜箔部分利用化学反应腐蚀掉,而使铜箔导线在化学反应的过程中保留下来,所以必须在腐蚀前将元件管脚间相连的铜箔导线利用特殊材料印
7、制到铺有较薄铜箔的整张基板上,该特殊材料可以保证其下面的铜箔与腐蚀液隔离,将特殊材料印制到基板上的过程就是丝网漏印。腐蚀和去除印料:接下来将丝网漏印后的基板放置在腐蚀化学液中,将裸露出来的多余铜箔腐蚀掉,接下来再利用化学溶液将保留下来铜箔上的特殊材料清洗掉。以上步骤就制作出了裸露的铜箔导线。印制电路板的制作流程孔加工:为了实现元件的安装,还必须为元件的管脚提供安装孔,利用数控机床在基板上钻孔。对于双面板而言,为了实现上下层导线的互连,还必须制作过孔,过孔的制作较为复杂,钻孔后还必须在过孔中电镀上一层导电金属膜,该过程就是孔加工。助焊剂和阻焊漆:在经过以上步骤后,电路板已经初步制作完成,但为了更
8、好的装配元件和提高可靠性,还必须在元件的焊盘上涂抹一层助焊剂,该助焊剂有利用焊盘与元件管脚的焊接。而在焊接过程中为了避免和附近其它导线短接的可能性,还必须在铜箔导线上涂上一层绿色的阻焊漆,同时阻焊漆还可保护其下部的铜箔导线在长期恶劣的工作环境中被氧化腐蚀。印制电路板的制作流程印标注:为了元件装配和维修的过程中识别元件,还必须在电路板上印上元件的编号以及其它必要的标注。成品分割和检查测试:随后将整张制作完成的电路板分割为小的成品电路板。最后还要对电路板进行检查测试。任务二认识和设置DXP 2004中印制电路板的层面 印制电路板的铜箔导线是在一层(或多层)敷着整面铜箔的绝缘基板上通过化学反应腐蚀出
9、来的,元件标号和参数是制作完电路板后印刷上去的,因此在加工、印刷实际电路板过程中所需要的板面信息,在DXP 2004的 PCB编辑器中都有一个独立的层面(Layers)与之相对应,电路板设计者通过层面(Layers)给电路板厂家提供制作该板所需的印制参数,因此理解层面对于设计印制电路板至关重要,只有充分理解各个板层的物理作用以及它和DXP 2004中层面的对应关系,才能更好的利用PCB编辑器进行电路板设计。知识链接:层面的基本概念一、认识 DXP 2004 PCB编辑器中的层面点击主工具栏中的 按钮(或执行【文件】/【打开】菜单),在弹出的打开文件对话框,选择DXP自带的范例文件夹“Examp
10、les”(路径为“C:Program FilesAltium2004Examples”),选择“PCB Auto-Routing”文件夹,打开“PCB Auto-Routing.PrjPCB”项目后,双击“Routed BOARD 1.pcbdoc”PCB文件,在显示区域将显示已经制作好的双面板,如图所示。打开已经制作好的双面板2.设置单层显示模式执行【工具】/【优先设定】菜单 此时可以看到显示区中的电路板已经变为单层显示模式,当前显示的层面为【Top Layer】顶层信号层,其铜箔导线默认为红色。顶层主要用在双面板、多层板中制作顶层铜箔导线,元件管脚安插在本层面焊孔中,焊接在底层焊盘上,在实
11、际电路板中又称为元件面,表面贴装元件也尽可能安装于顶层。3.认识顶层。4.认识底层 点击【Bottom Layer】底层信号层,其铜箔导线默认为蓝色。底层又称为焊锡面,主要用于制作底层铜箔导线,它是单面板唯一的布线层,也是双面板和多面板的主要布线层。5.认识顶层丝印层点击【Top Overlayer】顶层丝印层,显示元件外形、编号以及元件在电路板中的布局情况6.认识机械层 点击【Mechanical4】机械层,可以显示电路板的边框形状以及尺寸等参数信息。机械层没有电气特性,在实际电路板中也没有实际的对象与其对应,是PCB编辑器便于电路板厂家规划尺寸制板而设置,主要为电路板厂家制作电路板时提供所
12、需的加工尺寸信息,如电路板边框尺寸、固定孔、对准孔、以及大型元件或散热片的安装孔等尺寸标注信息,DXP 2004 PCB编辑器可以支持16个机械层。7.认识禁止布线层点击【Keep Out Layer】禁止布线层,一般位于电路板边框,用于限制铜箔导线的范围,自动布线时铜箔导线被限制在该层导线限制的区域范围内8.认识复合层注意:理解各层面的作用后,将PCB编辑器的显示模式恢复为多层复合显示模式,即将【单层模式】复选框不选中。任务三 认识元件封装 元件封装是指在PCB编辑器中为了将元器件固定、安装于电路板,而绘制的与元器件管脚相对应的焊盘、元件外形等,由于它的主要作用是将元件固定、焊接在电路板上,
13、因此它对焊盘大小、焊盘间距、焊盘孔大小、焊盘序号等参数有非常严格的要求,元器件的封装、元器件实物、原理图元件引脚序号三者之间必须保持严格的对应关系,如下页图所示,否则直接关系到制作电路板的成败和质量。知识链接:元件封装的基本概念元件封装与元件实物、原理图元件的对应关系 焊盘 其中最关键的组成部分是和元件管脚一一对应的焊盘,它的形状如图所示,焊盘的作用是将元件管脚固定焊接在电路板的铜箔导线上,因此它的各参数直接关系到焊点的质量和电路板的可靠性 焊盘属性 一般包含如下参数:X-尺寸、Y-尺寸、孔径、标识符、形状等。任务四 添加和浏览PCB元件库 DXP 2004中常见的元器件封装库,基本上都在 D
14、XP 2004安装目录下面的“*:Program FilesAltium 2004LibraryPcb”目录下,读者可按以下方法加入和浏览元件库。一、新建PCB文件 在新建项目文件并保存后(或打开原项目文件),执行菜单命令【文件】/【创建】/【Pcb文件】,将新建PCB文件,进入PCB编辑器。建立PCB文件后,可看到项目管理器中多了一个默认文件名为PCB1.PcbDoc文件,点击工具栏中的保存按钮 可将其另命名保存。二、浏览封装库 1点击工作区右下方的【元件库】标签,打开库文件面板,如图所示 当前元件当前封装库当前元件默认引脚封装 当前引脚默认引脚封装预览选中封装复选框选择元件封装库 浏览封装
15、库三、放置元件封装四、添加、删除封装库 除了常用元件集成库Miscellaneous Devices.IntLib外,DXP还提供了很多专门用于每类元件封装的封装库,通过以下方法可以将其添加到当前封装库列表中。添加、移除元件库对话框 选择电阻封装库浏览电阻封装库任务五 认识常用直插式元件封装 由于电子技术的飞速发展,电子元器件的种类日益增多,每一种又分为很多品牌和系列,而每个系列的产品封装又不尽相同,即使是同一类元件,不同的生产厂家提供的产品也可能有不同的封装,因此,合理选取元器件的封装是成功制作电路板的前提条件,需要制作者具有一定的实际经验,这也是初学者容易忽视的地方,应在学习过程中注意总结
16、积累。为了让读者对各种封装有一个初步的认识了解,下面介绍常用元器件的元件封装,为电路板的实际制作打下基础。一、电阻 电阻是各电路中使用最多的元件之一,编号一般以R开头,根据功率不同,体积也差别很大,如图所示,小的如1/8W电阻体积只有米粒大小,而大的功率电阻,如某些电器电源部分的限流或取样电阻的体积超过七号电池,因此不同体积的电阻,应根据实际大小选择合适的封装。电阻封装 电阻元件封装命名一般由二部分组成,前面字母部分用于规定封装的类别,如电阻为AXIAL,无极性电容为RAD等,后一部分为数字,一般代表焊盘间距,单位为英寸。因此封装AXIAL-0.4表示该封装为电阻,焊盘间距为0.4英寸(=40
17、0mil=10.16mm=1.016cm),根据体积不同,电阻封装可以从AXIAL-0.3AXIAL-1.0,如图所示为电阻封装AXIAL-0.3。二、电容1.无极性电容无极性电容原理图库元件名称为“CAP”,根据容量不同,体积外形也差别较大,如图所示。无极性电容元件封装 无极性电容元件封装命名也由二部分组成:对于RAD系列数字部分和电阻一样代表焊盘间距,单位为英寸,根据体积不同,可以从RAD-0.1RAD-0.4进行选择。对于CAPR系列,第一个数字也代表焊盘间距,但单位为毫米(mm),如2.54表示焊盘点间距为2.54mm,第二和第三个数字表示元件外形轮廓尺寸(长宽,单位mm)。2.有极性
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