Protel99SE印制电路板设计教程--第4章印制电路板设计基础.ppt
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1、Protel99SE印制电路板设计教程-第4章 印制电路板设计基础 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第第4章章 印制电路板设计基础印制电路板设计基础 4.1 4.1 印制电路板概述印制电路板概述4.2 4.2 印制电路板布局和布线原则印制电路板布局和布线原则4.3 Protel99SE4.3 Protel99SE印制板编辑器印制板编辑器4.4 4.4 印制电路板的工作层面印制电路板的工作层面本章小节本章小节 在实际电路设计中,完成原理图绘制和电路仿真
2、后,最终需在实际电路设计中,完成原理图绘制和电路仿真后,最终需要将电路中的实际元件安装在印制电路板(要将电路中的实际元件安装在印制电路板(Printed Circuit Printed Circuit BoardBoard,简称,简称PCBPCB)上。原理图的绘制解决了电路的逻辑连接,而)上。原理图的绘制解决了电路的逻辑连接,而电路元件的物理连接是靠电路元件的物理连接是靠PCBPCB上的铜箔实现。上的铜箔实现。随着中、大规模集成电路出现,元器件安装朝着自动化、高随着中、大规模集成电路出现,元器件安装朝着自动化、高密度方向发展,对印制电路板导电图形的布线密度、导线精度和密度方向发展,对印制电路板
3、导电图形的布线密度、导线精度和可靠性要求越来越高。为满足对印制电路板数量上和质量上的要可靠性要求越来越高。为满足对印制电路板数量上和质量上的要求,印制电路板的生产也越来越专业化、标准化、机械化和自动求,印制电路板的生产也越来越专业化、标准化、机械化和自动化,如今已在电子工业领域中形成一门新兴的化,如今已在电子工业领域中形成一门新兴的PCBPCB制造工业。制造工业。印制电路板印制电路板(也称印制线路板,简称印制板也称印制线路板,简称印制板)是指以绝缘基板是指以绝缘基板为基础材料加工成一定尺寸的板,在其上面至少有一个导电图形为基础材料加工成一定尺寸的板,在其上面至少有一个导电图形及所有设计好的孔(
4、如元件孔、机械安装孔及金属化孔等),以及所有设计好的孔(如元件孔、机械安装孔及金属化孔等),以实现元器件之间的电气互连。实现元器件之间的电气互连。4.1 4.1 印制电路板概述印制电路板概述 4.1.1 4.1.1 印制电路板的发展印制电路板的发展 印印制制电电路路技技术术虽虽然然在在第第二二次次世世界界大大战战后后才才获获得得迅迅速速发发展展,但但是是“印制电路印制电路”这一概念的来源,却要追溯到十九世纪。这一概念的来源,却要追溯到十九世纪。在在十十九九世世纪纪,由由于于不不存存在在复复杂杂的的电电子子装装置置和和电电气气机机械械,因因此此没没有有大大量量生生产产印印制制电电路路板板的的问问
5、题题,只只是是大大量量需需要要无无源源元元件件,如如:电阻、线圈等。电阻、线圈等。18991899年年,美美国国人人提提出出采采用用金金属属箔箔冲冲压压法法,在在基基板板上上冲冲压压金金属属箔制出电阻器,箔制出电阻器,19271927年提出采用电镀法制造电感、电容。年提出采用电镀法制造电感、电容。经经过过几几十十年年的的实实践践,英英国国Paul Paul EislerEisler博博士士提提出出印印制制电电路路板板概概念念,并奠定了光蚀刻工艺的基础。并奠定了光蚀刻工艺的基础。随随着着电电子子元元器器件件的的出出现现和和发发展展,特特别别是是19481948年年出出现现晶晶体体管管,电电子子仪
6、仪器器和和电电子子设设备备大大量量增增加加并并趋趋向向复复杂杂化化,印印制制板板的的发发展展进进入入一个新阶段。一个新阶段。五十年代中期,随着大面积的高粘合强度覆铜板的研制,为五十年代中期,随着大面积的高粘合强度覆铜板的研制,为五十年代中期,随着大面积的高粘合强度覆铜板的研制,为五十年代中期,随着大面积的高粘合强度覆铜板的研制,为大量生产印制板提供了材料基础。大量生产印制板提供了材料基础。大量生产印制板提供了材料基础。大量生产印制板提供了材料基础。1954195419541954年,美国通用电气公司采年,美国通用电气公司采年,美国通用电气公司采年,美国通用电气公司采用了图形电镀蚀刻法制板。用了
7、图形电镀蚀刻法制板。用了图形电镀蚀刻法制板。用了图形电镀蚀刻法制板。六十年代,印制板得到广泛应用,并日益成为电子设备中必六十年代,印制板得到广泛应用,并日益成为电子设备中必六十年代,印制板得到广泛应用,并日益成为电子设备中必六十年代,印制板得到广泛应用,并日益成为电子设备中必不可少的重要部件。在生产上除大量采用丝网漏印法和图形电镀不可少的重要部件。在生产上除大量采用丝网漏印法和图形电镀不可少的重要部件。在生产上除大量采用丝网漏印法和图形电镀不可少的重要部件。在生产上除大量采用丝网漏印法和图形电镀蚀刻法(即减成法)等工艺外,还应用了加成法工艺,使印制蚀刻法(即减成法)等工艺外,还应用了加成法工艺
8、,使印制蚀刻法(即减成法)等工艺外,还应用了加成法工艺,使印制蚀刻法(即减成法)等工艺外,还应用了加成法工艺,使印制导线密度更高。目前高层数的多层印制板、挠性印制电路、金属导线密度更高。目前高层数的多层印制板、挠性印制电路、金属导线密度更高。目前高层数的多层印制板、挠性印制电路、金属导线密度更高。目前高层数的多层印制板、挠性印制电路、金属芯印制电路、功能化印制电路都得到了长足的发展。芯印制电路、功能化印制电路都得到了长足的发展。芯印制电路、功能化印制电路都得到了长足的发展。芯印制电路、功能化印制电路都得到了长足的发展。我国在印制电路技术的发展较为缓慢,五十年代中期试制出我国在印制电路技术的发展
9、较为缓慢,五十年代中期试制出我国在印制电路技术的发展较为缓慢,五十年代中期试制出我国在印制电路技术的发展较为缓慢,五十年代中期试制出单面板和双面板,六十年代中期,试制出金属化双面印制板和多单面板和双面板,六十年代中期,试制出金属化双面印制板和多单面板和双面板,六十年代中期,试制出金属化双面印制板和多单面板和双面板,六十年代中期,试制出金属化双面印制板和多层板样品,层板样品,层板样品,层板样品,1977197719771977年左右开始采用图形电镀年左右开始采用图形电镀年左右开始采用图形电镀年左右开始采用图形电镀-蚀刻法工艺制造印制蚀刻法工艺制造印制蚀刻法工艺制造印制蚀刻法工艺制造印制板。板。板
10、。板。1978197819781978年试制出加成法材料年试制出加成法材料年试制出加成法材料年试制出加成法材料-覆铝箔板,并采用半加成法生产覆铝箔板,并采用半加成法生产覆铝箔板,并采用半加成法生产覆铝箔板,并采用半加成法生产印制板。八十年代初研制出挠性印制电路和金属芯印制板。印制板。八十年代初研制出挠性印制电路和金属芯印制板。印制板。八十年代初研制出挠性印制电路和金属芯印制板。印制板。八十年代初研制出挠性印制电路和金属芯印制板。在电子设备中,印制电路板通常起三个作用。在电子设备中,印制电路板通常起三个作用。在电子设备中,印制电路板通常起三个作用。在电子设备中,印制电路板通常起三个作用。为电路中
11、的各种元器件提供必要的机械支撑。为电路中的各种元器件提供必要的机械支撑。为电路中的各种元器件提供必要的机械支撑。为电路中的各种元器件提供必要的机械支撑。提供电路的电气连接。提供电路的电气连接。提供电路的电气连接。提供电路的电气连接。用用用用标标标标记记记记符符符符号号号号将将将将板板板板上上上上所所所所安安安安装装装装的的的的各各各各个个个个元元元元器器器器件件件件标标标标注注注注出出出出来来来来,便便便便于于于于插插插插装、检查及调试。装、检查及调试。装、检查及调试。装、检查及调试。但是,更但是,更但是,更但是,更为为为为重要的是,使用印制重要的是,使用印制重要的是,使用印制重要的是,使用印
12、制电电电电路板有四大路板有四大路板有四大路板有四大优优优优点。点。点。点。具有重复性。具有重复性。具有重复性。具有重复性。板的可预测性。板的可预测性。板的可预测性。板的可预测性。所所所所有有有有信信信信号号号号都都都都可可可可以以以以沿沿沿沿导导导导线线线线任任任任一一一一点点点点直直直直接接接接进进进进行行行行测测测测试试试试,不不不不会会会会因因因因导导导导线线线线接触引起短路。接触引起短路。接触引起短路。接触引起短路。印制板的焊点可以在一次焊接过程中将大部分焊完。印制板的焊点可以在一次焊接过程中将大部分焊完。印制板的焊点可以在一次焊接过程中将大部分焊完。印制板的焊点可以在一次焊接过程中将
13、大部分焊完。正因为印制板有以上特点,所以从它面世的那天起,就得到正因为印制板有以上特点,所以从它面世的那天起,就得到正因为印制板有以上特点,所以从它面世的那天起,就得到正因为印制板有以上特点,所以从它面世的那天起,就得到了广泛的应用和发展,现代印制板已经朝着多层、精细线条的方了广泛的应用和发展,现代印制板已经朝着多层、精细线条的方了广泛的应用和发展,现代印制板已经朝着多层、精细线条的方了广泛的应用和发展,现代印制板已经朝着多层、精细线条的方向发展。特别是八十年代开始推广的向发展。特别是八十年代开始推广的向发展。特别是八十年代开始推广的向发展。特别是八十年代开始推广的SMDSMDSMDSMD(表
14、面封装)技术是高(表面封装)技术是高(表面封装)技术是高(表面封装)技术是高精度印制板技术与精度印制板技术与精度印制板技术与精度印制板技术与VLSIVLSIVLSIVLSI(超大规模集成电路)技术的紧密结合,(超大规模集成电路)技术的紧密结合,(超大规模集成电路)技术的紧密结合,(超大规模集成电路)技术的紧密结合,大大提高了系统安装密度与系统的可靠性大大提高了系统安装密度与系统的可靠性大大提高了系统安装密度与系统的可靠性大大提高了系统安装密度与系统的可靠性4.1.2 4.1.2 印制电路板种类印制电路板种类 目前的印制电路板一般以铜箔覆在绝缘板(基板)上,故亦目前的印制电路板一般以铜箔覆在绝缘
15、板(基板)上,故亦目前的印制电路板一般以铜箔覆在绝缘板(基板)上,故亦目前的印制电路板一般以铜箔覆在绝缘板(基板)上,故亦称覆铜板。称覆铜板。称覆铜板。称覆铜板。1.1.1.1.根据根据根据根据PCBPCBPCBPCB导电板层划分导电板层划分导电板层划分导电板层划分 单面印制板(单面印制板(单面印制板(单面印制板(Single Sided Print BoardSingle Sided Print BoardSingle Sided Print BoardSingle Sided Print Board)。单面印制板)。单面印制板)。单面印制板)。单面印制板指仅一面有导电图形的印制板,板的厚度
16、约在指仅一面有导电图形的印制板,板的厚度约在指仅一面有导电图形的印制板,板的厚度约在指仅一面有导电图形的印制板,板的厚度约在0.20.20.20.25.0mm5.0mm5.0mm5.0mm,它是,它是,它是,它是在一面敷有铜箔的绝缘基板上,通过印制和腐蚀的方法在基板上在一面敷有铜箔的绝缘基板上,通过印制和腐蚀的方法在基板上在一面敷有铜箔的绝缘基板上,通过印制和腐蚀的方法在基板上在一面敷有铜箔的绝缘基板上,通过印制和腐蚀的方法在基板上形成印制电路。它适用于一般要求的电子设备。形成印制电路。它适用于一般要求的电子设备。形成印制电路。它适用于一般要求的电子设备。形成印制电路。它适用于一般要求的电子设
17、备。双面印制板(双面印制板(双面印制板(双面印制板(Double Sided Print BoardDouble Sided Print BoardDouble Sided Print BoardDouble Sided Print Board)。双面印制板)。双面印制板)。双面印制板)。双面印制板指两面都有导电图形的印制板,板的厚度约为指两面都有导电图形的印制板,板的厚度约为指两面都有导电图形的印制板,板的厚度约为指两面都有导电图形的印制板,板的厚度约为0.20.20.20.25.0mm5.0mm5.0mm5.0mm,它是,它是,它是,它是在两面敷有铜箔的绝缘基板上,通过印制和腐蚀的方法在基
18、板上在两面敷有铜箔的绝缘基板上,通过印制和腐蚀的方法在基板上在两面敷有铜箔的绝缘基板上,通过印制和腐蚀的方法在基板上在两面敷有铜箔的绝缘基板上,通过印制和腐蚀的方法在基板上形成印制电路,两面的电气互连通过金属化孔实现。它适用于要形成印制电路,两面的电气互连通过金属化孔实现。它适用于要形成印制电路,两面的电气互连通过金属化孔实现。它适用于要形成印制电路,两面的电气互连通过金属化孔实现。它适用于要求较高的电子设备,由于双面印制板的布线密度较高,所以能减求较高的电子设备,由于双面印制板的布线密度较高,所以能减求较高的电子设备,由于双面印制板的布线密度较高,所以能减求较高的电子设备,由于双面印制板的布
19、线密度较高,所以能减小设备的体积。小设备的体积。小设备的体积。小设备的体积。多多多多层层层层印印印印制制制制板板板板(Multilayer Multilayer Multilayer Multilayer Print Print Print Print BoardBoardBoardBoard)。多多多多层层层层印印印印制制制制板板板板是是是是由由由由交交交交替替替替的的的的导导导导电电电电图图图图形形形形层层层层及及及及绝绝绝绝缘缘缘缘材材材材料料料料层层层层层层层层压压压压粘粘粘粘合合合合而而而而成成成成的的的的一一一一块块块块印印印印制制制制板板板板,导导导导电电电电图图图图形形形形的的
20、的的层层层层数数数数在在在在两两两两层层层层以以以以上上上上,层层层层间间间间电电电电气气气气互互互互连连连连通通通通过过过过金金金金属属属属化化化化孔孔孔孔实实实实现现现现。多多多多层层层层印印印印制制制制板板板板的的的的连连连连接接接接线线线线短短短短而而而而直直直直,便便便便于于于于屏屏屏屏蔽蔽蔽蔽,但但但但印印印印制制制制板板板板的的的的工工工工艺艺艺艺复复复复杂杂杂杂,由于使用金属化孔,可靠性稍差。它常用于计算机的板卡中。由于使用金属化孔,可靠性稍差。它常用于计算机的板卡中。由于使用金属化孔,可靠性稍差。它常用于计算机的板卡中。由于使用金属化孔,可靠性稍差。它常用于计算机的板卡中。对
21、于电路板的制作而言,板的层数愈多,制作程序就愈多,对于电路板的制作而言,板的层数愈多,制作程序就愈多,对于电路板的制作而言,板的层数愈多,制作程序就愈多,对于电路板的制作而言,板的层数愈多,制作程序就愈多,失败率当然增加,成本也相对提高,所以只有在高级的电路中才失败率当然增加,成本也相对提高,所以只有在高级的电路中才失败率当然增加,成本也相对提高,所以只有在高级的电路中才失败率当然增加,成本也相对提高,所以只有在高级的电路中才会使用多层板。会使用多层板。会使用多层板。会使用多层板。图图4-14-1所示为四层板剖面图。通所示为四层板剖面图。通常在电路板上,元件放在顶层,所常在电路板上,元件放在顶
22、层,所以一般顶层也称元件面,而底层一以一般顶层也称元件面,而底层一般是焊接用的,所以又称焊接面。般是焊接用的,所以又称焊接面。对于对于SMDSMD元件,顶层和底层都可以放元件,顶层和底层都可以放元件。元件也分为两大类,插针式元件。元件也分为两大类,插针式元件和表面贴片式元件(元件和表面贴片式元件(SMDSMD)。)。2.2.2.2.根据根据根据根据PCBPCBPCBPCB所用基板材料划分所用基板材料划分所用基板材料划分所用基板材料划分 刚刚刚刚性性性性印印印印制制制制板板板板(Rigid Rigid Rigid Rigid Print Print Print Print BoardBoardB
23、oardBoard)。刚刚刚刚性性性性印印印印制制制制板板板板是是是是指指指指以以以以刚刚刚刚性性性性基基基基材材材材制制制制成成成成的的的的PCBPCBPCBPCB,常常常常见见见见的的的的PCBPCBPCBPCB一一一一般般般般是是是是刚刚刚刚性性性性PCBPCBPCBPCB,如如如如计计计计算算算算机机机机中中中中的的的的板板板板卡卡卡卡、家家家家电电电电中中中中的的的的印印印印制制制制板板板板等等等等。常常常常用用用用刚刚刚刚性性性性PCBPCBPCBPCB有有有有:纸纸纸纸基基基基板板板板、玻玻玻玻璃璃璃璃布布布布板板板板和和和和合合合合成成成成纤纤纤纤维维维维板板板板,后后后后连连
24、连连者者者者价价价价格格格格较较较较贵贵贵贵,性性性性能能能能较较较较好好好好,常常常常用用用用作作作作高高高高频频频频电电电电路路路路和和和和高高高高档档档档家家家家电电电电产产产产品品品品中中中中;当当当当频频频频率率率率高高高高于于于于数数数数百百百百兆兆兆兆赫赫赫赫时时时时,必必必必须须须须用用用用介介介介电电电电常常常常数数数数和和和和介介介介质质质质损损损损耗耗耗耗更更更更小的材料,如聚四氟乙烯和高频陶瓷作基板。小的材料,如聚四氟乙烯和高频陶瓷作基板。小的材料,如聚四氟乙烯和高频陶瓷作基板。小的材料,如聚四氟乙烯和高频陶瓷作基板。柔柔柔柔性性性性印印印印制制制制板板板板(Flexi
25、ble Flexible Flexible Flexible Print Print Print Print BoardBoardBoardBoard,也也也也称称称称挠挠挠挠性性性性印印印印制制制制板板板板、软软软软印印印印制制制制板板板板)。柔柔柔柔性性性性印印印印制制制制板板板板是是是是以以以以软软软软性性性性绝绝绝绝缘缘缘缘材材材材料料料料为为为为基基基基材材材材的的的的PCBPCBPCBPCB。由由由由于于于于它它它它能能能能进进进进行行行行折折折折叠叠叠叠、弯弯弯弯曲曲曲曲和和和和卷卷卷卷绕绕绕绕,因因因因此此此此可可可可以以以以节节节节约约约约6060606090909090的的
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