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第3章PCB设计基础3.1PCB的基本知识3.2常用元件封装介绍3.3PCB自动布局和布线3.1PCB的基本知识3.1.1PCB的种类3.1.2元件的封装形式3.1.3PCB设计常用术语3.1.4PCB设计的常用标准3.1.5PCB的布局设计3.1.6PCB的布线设计3.1.1PCB的种类(1)刚性与挠性印刷电路板刚性印刷电路板是指由不易变形的刚性基材制成的PCB,在使用时处于平展状态,一般电子设备中使用的都是刚性PCB。挠性印刷电路板是指用可以扭曲和伸缩的基材制成的PCB,在使用时可根据安装要求将其弯曲。用于特殊场合,如某些无绳电话的手柄。3.1.1印刷电路版的种类(2)单层、双层和多层印刷电路版单层PCB上只有一面有铜模,只能在该面布线;双层PCB的正反两面都可以进行布线和放置元件;多层PCB除了正反两面之外,还有中间层(实际布线层)和电源层及接地层。单层和双层PCB比较常用,多层PCB用在VLSIC的装配上,例如微机的主板。生成多层板时,先将组成各个分层的单面板按设计要求生成出来,再将各个分层的单面板压合在一起,然后打孔及孔金属化,通过金属化孔将各层连接起来。3.1.1印刷电路版的种类(3)印刷电路版的材料印刷电路版是在绝缘基材上敷以电解铜箔,再经热压而制成。目前我国常用的单,双层PCB的铜箔厚度为35um,国外开始使用18um、10um和5um等超薄铜箔。超薄铜箔具有蚀刻时间短、侧面腐蚀小、易钻孔和节约铜材等优点。常用的基板有:PCb的常用厚度有:0.1mm,0.5mm,1.0mm,1.5mm,2.0mm,2.5mm,3.0mm等(1)酚醛纸质基板:价格低,耐潮和耐热性不好,用于要求不高的设备中;(2)环氧酚醛玻璃布基板:耐热和耐潮性较好,透明度较差;(3)环氧玻璃布基板:耐热和耐潮性好,透明度好,冲剪和钻孔性能好,多用于双面板。(4)聚四氟乙烯玻璃布基板:具有良好的介电性能和化学稳定性,耐高温(-230~+260℃)、高绝缘3.1.2元件的封装形式(1)分离式封装(2)双列直插式封装(3)针阵式封装(4)表面贴装器件(SMD)SMD:SurfaceMountDevice表面贴装器件3.1.3PCB设计常用术语1.元件面ComponentSide大多数元件都安装在朝上的一面。2.焊接面SolderSide与元件面相对的那一面。3.丝印层Overlay,TopOverlay印制在元件面上的一种不导电的图形;有时焊接面上也可印丝印层,即BottomOverlay主要用于绘制器件外形轮廓和符号,标注元件的安装位置(绝缘白色涂料)在PCB上放置元件库中的元件时,其管脚的封装形状会自动放到丝印上。如果在PCB的两面放置元件,需要将两个丝印层都打开。元件序号必须标注在丝印层,否则可能引起不必要的电气连接。3.1.3PCB设计常用术语4.阻焊图为防止不需要焊接的印刷导线被焊接而绘制的一种图形。制板的过程中在此涂一层阻焊剂。5.焊盘LandorPad用于连接和焊接元件的一种导电图形。6.金属化孔PlatedThrough也称为“通孔”孔壁沉积有金属,用于层间导电图形的连接。3.1.3PCB设计常用术语7.通孔ViaHole也称为“中继孔”用于导线电气连接,不焊接。8.坐标网络Grid也称为“格点”两组等距平行正交而成的网格,用于元器件在PCB上的定位,一般要求元件的管脚必须位于网格的交点上,导线不一定按网格定位。3.1.4PCB设计常用标准1.网络尺寸分为英制Imperial和公制Metric两种公制最基本的Grid为2.5mm,当需要更小时可采用1.25mm,0.625mm英制是国外IC的生产规范,DIP的管脚间距为2.54mm(十分之一英寸即100mil)3.1.4PCB设计常用标准2.孔径和焊盘尺寸实际制作中,最小孔径受工艺水平的限制,目前一般选0.8mm以上标称孔径mm0.40.50.60.80.91.01.31.62.0最小焊盘直径mm1.01.01.21.41.51.61.82.53.03.1.4PCB设计常用标准3.导线宽度导线宽度没有统一要求,其最小值应能承受通过这条导线的最大电流值。一般大于10mil,要求美观则应尽量一致;地线和电源线应尽量宽一些,一般可取20-50mil。4.导线间距导线间距没有统一要求,应考虑电气安全和美观,在IC的管脚之间一般只能设计一根导线;条件允许时,导线间距应尽可能宽一些。多条导线平行时,各导线之间的距离应均匀一致。5.焊盘形状常用的焊盘形状有四种:方形、圆形、长圆形和椭圆形,最常用的是圆形焊盘。3.1.4PCB设计常用标准3.1.5PCB的布局设计布局的基本原则:1.保证电路的电气性能考虑分布电容,磁场耦合等因素。2.便于实际元件的安放、焊接及整机调试和检查需要调测的有关元件和测试点,在布局时应尽量安排在便于操作的位置。3.整洁、清晰,尽量减少PCB的面积。导线尽可能短。因导线存在电阻、电容和电感。PCB走线的基本原则:1)走线最好与元件放在不同的两个面TOP/BOTTOMLAYER2)走线的间距应尽可能大些,拐弯尽量少3)电源和地线可以用填充按钮绘制大面积覆铜区3.1.5PCB的布局设计3.1.5PCB的布局设计布局时需要考虑的相关问题:1.合理选择PCB的层数考虑器件多少、连线密度、成本、体积等因素双层板使布线的灵活性大为提高,由于金属化孔将元件面和焊接面的导线连接起来,使导线的附着力增强,目前用的最多在满足要求时尽量采用单层板,当有少数几条线无法在焊接面布通时,可采用跳线3.1.5PCB的布局设计2.选择单元电路的位置单元电路的位置应按信号的传输关系来安排;模拟电路与数字电路尽量远离;大功率与小功率电路尽量远离;3.元件的排列尽量将元件放置在元件面;排列整齐、均匀;管脚要顺;调节方便;功率器件和VLSIC散热;在PCB边缘板面空白处尽量布上地线;3.1.6PCB的布线设计布线设计要点:1.先设计公共通路的导线(地线和电源线)2.按信号流向布线3.保持良好的导线形状良好导线的标准:1.导线的长度最短;2.转弯时避免出现锐角;3.有利于加强导线和焊盘的附着力;4.地线和电源线尽可能宽;5.除地线和电源线外,导线的宽度和线距应整齐、均匀、美观。4.双面版布线要求5.地线的处理地线设计要求:1.数字地和模拟地分别设置;(水平or垂直)2.地线尽量宽;3.大面积地线应设计成网状双面板布线要求:1.同一层上的导线方向尽量一致;(水平or垂直)2.元件面的导线和焊接面的导线相互垂直;3.两个层面上导线的连接必须通过“通孔”导线设计示例导线设计示例3.2常用元件封装介绍1.电阻器2.电容器3.电位器4.二极管5.三极管6.集成运放7.电源稳压器8.石英晶体9.连接器1.电阻:原理图用名:RES1和RES20.9英寸1/4~1/2瓦特电阻1瓦特电阻轴状包装方式封装名AXIAL…2.电容器:原理图用名CAP(无极性)ELECRO1(有极性),CAPVAR(可变电容)管脚封装名:RAD无极性陶瓷电容扁平包装方式管脚封装名:RB有极性电解电容圆筒包装方式0.4英寸0.8英寸3.电位器(三只引脚可变电阻器):原理图用名:POT1…管脚封装名:VR1~VR5小功率大功率4.二极管:原理图用名DIODE(普通管)DIODESCHOTTKY(肖特基二极管)DIODETUNNEL(隧道二极管)ZENER1~3(稳压二极管)管脚封装名DIODE5.三极管:原理图用名BJT有NPN和PNPJFETN,JFETP,MOSFETN,MOSFETP管脚封装名:TO-18至TO-2206.集成运放:原理图用名OP-07,741,NE5534等常用封装为DIP87.电源稳压器:78系列:7805,7806,7809,7812,7815,781879系列:7905,7906,7909,7912,7915,7918两种封装形式:8.石英晶体:原理图名称XTAL1…封装名XTAL1一种封装形式:9.连接器:封装名IDC26(例1)原理图名CON26,9.连接器:(例2)金手指:原理图名CONAT,封装名ECN-IBMXT3.3PCB自动布局和布线PCB布线流程:规划电路板➟存盘及打印输出➟手工调整➟自动布线➟布置元件➟装入网络表及元件封装➟设置参数电路板规划包括:PCB层数、物理尺寸;采用的连接器和各元件的封装形式;安装位置等;设置参数包括:元件的布置、板层和布线等3.3PCB自动布局和布线——新建PCB文件(方法一)挂接器件库挂接器件库3.3PCB自动布局和布线——新建PCB文件(方法二)3.3PCB自动布局和布线-参数设置1.工作层设置信号层中的顶层Top和底层Bottom主要用于放置元件和布线,中间层Mid1~14用于布线内部电源和接地层Plane1~4放置有关制作及装配信息,如尺寸标记、孔洞信息两个阻焊层两个防锡膏层两个丝印层。若两面均放置元件,则两个都需打开禁止布线层,用于定义元件放置区域,定义PCB边界时打开代表信号层,所有全通过孔和焊盘放在此层钻孔说明和钻孔制图,制板时提供钻孔信息用于在设计时方便实体对准,一般开一个即可用于显示焊盘内孔用于显示过孔的内孔用于显示实体之间的连接线用于显示违反布线规则的信息3.3PCB自动布局和布线-参数设置对于单面板,需打开:底层BottomLayer,禁止布线层KeepOutLayer顶层丝印层TopSilkscreenLayer,对于双面板,需打开:顶层TopLayer,底层BottomLayer,顶层丝印层TopSilkscreenLayer,禁止布线层KeepOutLayer如果要在两面布置元件,需打开BottomSilkscreenLayer对于多面板,需打开:顶层TopLayer,底层BottomLayer,顶层丝印层TopSilkscreenLayer,BottomSilkscreenLayer禁止布线层KeepOutLayer,在信号层需打开顶层、底层和一些中间层3.3PCB自动布局和布线-举例1MY_8255.pcbIBM标准:生成62pin和36pin两排金手指IBM标准:生成62pin金手指公制英制2.选择模板3.3PCB自动布局和布线-举例12.选择模板IBM标准:短卡IBM标准:长卡IBM标准:短卡,附可折断标签页IBM标准:长卡,附可折断标签页3.3PCB自动布局和布线-举例12.选择模板镀孔双层板不镀孔双层板3.3PCB自动布局和布线-举例13.选择2层板只采用穿透式导孔只采用隐藏式和半隐藏式导孔3.3PCB自动布局和布线-举例14.选择导孔的风格以表面贴式元件为主以针脚式元件为主元件安装在PCB的两面?3.3PCB自动布局和布线-举例15.选择元件的主要封装方式最小走线宽度最小导孔宽度最小导孔钻孔直径走线安全距离3.3PCB自动布局和布线-举例16.选择走线规则3.3PCB自动布局和布线-举例17.PCB的物理边界完成3.3PCB自动布局和布线-举例1单层板可以关掉一些层Design/Options…3.3PCB自动布局和布线-举例18.装入网络表DesignLoadNets…然后将元件手动拖曳到合适的位置9.自动布局运行设置结果10.修改布线规则布线结果11.调整电源线和地线的宽度最终布线结果12.铺铜Place/PolygonPlane…OK3.3PCB自动布局和布线-举例2MY_8031.pcb3.3PCB自动布局和布线-举例2MY_8031.pcb用户自定义模板采用公制PCB的长和宽选择板框层选择标注层导线宽度标注线宽度是否要标题栏是否要说明字符串是否要标注线板框是否切角板框是否有内切块3.3PCB自动布局和布线-举例2PCB的形状:矩形、圆形或自定义3.3PCB自动布局和布线-举例23.3PCB自动布局和布线-举例23.3PCB自动布局和布线-举例23.3PCB自动布局和布线-举例23.3PCB自动布局和布线-举例2模板名模板描述名3.3PCB自动布局和布线-举例23.3PCB自动布局和布线-举例23.3PCB自动布局和布线-举
本文标题:PCB设计基础知识(PPT76页)
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