项目九认识印制电路板

第6章PCB设计基础1目录6.1任务一：认识印制电路板6.1.1印制电路板结构6.1.2印制电路板中的各种对象6.2任务二：了解印制电路板图在Protel软件中的表示6.2.1工作层6.2.2铜膜导线、焊盘、过孔、字符等的表示第6章PCB设计基础26.3任务三：认识元器件封装6.3.1元器件封装6.3.2常用元器件封装6.4任务四：PCB编辑器6.4.1PCB编辑器的画面管理6.4.2PCB编辑器的工作层管理6.4.3PCB编辑器的参数设置第6章PCB设计基础3背景要进行PCB设计，首先要了解印制电路板的结构、板中的各种对象及其用途，了解这些对象在Protel软件中的表示，以及PCB编辑器的一些基本参数设置，这是进行PCB设计的基础。第6章PCB设计基础4要点•印制电路板的结构•印制电路板图在PCB文件中的表示•元器件封装的概念•元器件封装在PCB文件中的表示•PCB文件的建立•PCB文件中一些常用参数的设置等第6章PCB设计基础PCB设计流程可分为以下几个步骤：1.设计的先期工作——主要是绘制原理图2.设置PCB设计环境——非常重要的步骤规定电路板的结构及其尺寸，板层参数，格点大小和形状，布局参数。3.修改封装与布局4.布线规则设置5.自动布线6.手动调整布线7.保存文件与输出第6章PCB设计基础66.1任务一：认识印制电路板6.1.1印制电路板结构印制电路板简称为PCB（PrintedCircuitBoard），是通过一定的制作工艺，在绝缘度非常高的基材上覆盖一层导电性能良好的铜箔构成覆铜板，按照PCB图的要求，在覆铜板上蚀刻出相关的图形，再经钻孔等后处理制成，以供元器件装配所用。印制电路板根据结构不同可分为单面板、双面板和多层板。第6章PCB设计基础7单面板是指在一面覆铜的电路板，只可在覆铜的一面布线。制作成本简单，但由于只能在一面布线且不允许交叉，布线难度较大，适用于比较简单的电路。双面板是两面覆铜，两面均可布线。制作成本低于多层板，由于可以两面布线，布线难度降低，因此是最常用的结构。多层板一般指3层以上的电路板。多层板不仅两面覆铜，在电路板内部也包含铜箔，各铜箔之间通过绝缘材料隔离。但制作成本较高，多用于电路布线密集的情况。第6章PCB设计基础图1单面印制电路板剖面第6章PCB设计基础9图2双面印制电路板剖面第6章PCB设计基础图3多面印制电路板剖面第6章PCB设计基础116.1.2印制电路板中的各种对象（1）铜膜导线：用于各导电对象之间的连接，由铜箔构成，具有导电特性。（2）焊盘：用于放置焊锡、连接导线和元器件引脚，由铜箔构成，具有导电特性。（3）过孔：用于连接印制电路板不同板层的铜膜导线，由铜箔构成，具有导电特性。（4）元器件符号轮廓：表示元器件实际所占空间大小，不具有导电特性。第6章PCB设计基础12（5）字符：可以是元器件的标号、标注或其他需要标注的内容，不具有导电特性。（6）阻焊剂：为防止焊接时焊锡溢出造成短路，需在铜膜导线上涂覆一层阻焊剂。阻焊剂只留出焊点的位置，而将铜膜导线覆盖住，不具有导电特性。过孔铜膜导线，其上覆盖阻焊剂元器件符号轮廓焊盘字符图6-1-1印制电路板第6章PCB设计基础136.2任务二：了解印制电路板图在Protel软件中的表示1．信号层（SignalLayer）信号层用于表示铜膜导线所在的层面，包括顶层（TopLayer）、底层（BottomLayer）和30个中间层（MidLayer），其中中间层只用于多层板。2．内部电源/接地层（InternalPlaneLayer）内部电源/接地层共有16个，用于在多层板中布置电源线和接地线。第6章PCB设计基础143．机械层（MechanicalLayer）机械层共有16个。用于设置电路板的外形尺寸、数据标记、对齐标记、装配说明以及其他机械信息。这些信息因设计公司或PCB制造厂家的要求而有所不同。4．阻焊层（SolderMaskLayer）阻焊层用于表示阻焊剂的涂覆位置，包括顶层阻焊层（TopSolder）和底层阻焊层（BottomSolder）。第6章PCB设计基础155．PasteMaskLayer（锡膏防护层）锡膏保护层与阻焊层的作用相似，不同的是，在机器焊接时对应的是表面粘贴式元件的焊盘。它包括顶层锡膏防护层（TopPaste）和底层锡膏防护层（BottomPaste）。6．丝印层（SilkscreenLayer）丝印层用于放置元器件符号轮廓、元器件标注、标号以及各种字符等印制信息。它包括顶层丝印层（TopOverlay）和底层丝印层（BottomOverlay）。第6章PCB设计基础167．多层（MultiLayer）多层用于显示焊盘和过孔。8．禁止布线层（KeepOutLayer）禁止布线层用于定义在电路板上能够有效放置元器件和布线的区域，主要用于PCB设计中的自动布局和自动布线。第6章PCB设计基础17图6-2-1顶层（TopLayer）的布线图6-2-2底层（BottomLayer）的布线图6-2-3顶层丝印层（TopOverlay）图6-2-4底层丝印层（BottomOverlay）第6章PCB设计基础18图6-2-5多层（MultiLayer）显示的焊盘与过孔6.2.2铜膜导线、焊盘、过孔、字符等的表示1．铜膜导线（Track）铜膜导线（Track）必须绘制在信号层，即顶层（TopLayer）、底层（BottomLayer）和中间层（MidLayer）。第6章PCB设计基础192．焊盘（Pad）焊盘（Pad）分为两类，即针脚式和表面粘贴式，分别对应具有针脚式引脚的元器件和表贴式（表面粘贴式）元器件。图6-2-6针脚式焊盘尺寸图6-2-7针脚式焊盘的三种类型图6-2-8表面粘贴式焊盘第6章PCB设计基础203．过孔（Via）过孔（Via）也称为导孔，过孔分为三种，即从顶层到底层的穿透式过孔（如图6-2-9所示）从顶层到内层或从内层到底层的盲过孔（如图6-2-10所示）和层间的隐藏过孔。图6-2-9穿透式过孔图6-2-10盲过孔第6章PCB设计基础214．字符（String）字符必须写在顶层丝印层（TopOverlay）和底层丝印层（BottomOverlay)。5．安全间距（Clearance）进行印制电路板图设计时，为了避免导线、过孔、焊盘及元器件间的相互干扰，必须在它们之间留出一定间隙，即安全间距（如图6-2-11所示）。图6-2-11安全间距第6章PCB设计基础226.3任务三：认识元器件封装6.3.1元器件封装1．元器件封装的概念元器件封装是指实际的电子元器件焊接到电路板时所指示的轮廓和焊点的位置，它保证了元器件引脚与电路板上的焊盘一致。2．元器件封装的分类根据焊接方式不同，元器件封装可分为两大类：针脚式和表面粘贴式。第6章PCB设计基础23（a）针脚式元器件（b）表面粘贴式元器件图6-3-1元器件封装的分类第6章PCB设计基础246.3.2常用元器件封装1．电容类封装1212图6-3-2无极性电容封装图6-3-3有极性电容封装第6章PCB设计基础252．电阻类封装12图6-3-4电阻封装3．二极管类封装12图6-3-5二极管封装第6章PCB设计基础264．晶体管类封装图6-3-6常用小功率三极管封装123321图6-3-7表贴式三极管封装5．集成电路封装1234567141312111098图6-3-8双列直插式芯片封装图6-3-9表贴式芯片封装第6章PCB设计基础276.4任务四：PCB编辑器6.4.1PCB编辑器的画面管理PCB中有3种方法生成PCB文件：1.手动生成PCB文件2.通过向导生成PCB文件3.通过模板生成PCB文件第6章PCB设计基础286.4任务四：PCB编辑器6.4.1PCB编辑器的画面管理1．手动生成PCB文件（1）新建或打开一个工程项目文件，并执行保存操作。（2）在“Projects（项目）”面板的项目名称上单击鼠标右键，在快捷菜单中选择“AddNewtoProject”→“PCB”，则在左边的面板中出现了PCB1.PcbDoc的文件名，同时右边打开了一个PCB文件，如图6-4-1所示。第6章PCB设计基础29图6-4-1新建的PCB文件（3）继续执行菜单命令“File”→“Save”或单击“保存”图标，系统弹出“保存”对话框，选择工程项目文件所在文件夹，并将该PCB文件重新命名后，单击“保存”按钮。第6章PCB设计基础302.通过向导生成PCB文件3.通过模板生成PCB文件第6章PCB设计基础312．管理PCB编辑器画面要求：打开系统提供的示例D:\ProgramFiles\Altium2004\Examples\PCBAuto-Routing\PCBAuto-Routing.PrjPCB中的RoutedBOARD1.PcbDOC文件，练习各种画面显示的操作。（1）放大画面。执行菜单命令“View”→“ZoomIn”或按“PageUp”键。（2）缩小画面。执行菜单命令“View”→“ZoomOut”或按“PageDown”键。第6章PCB设计基础32（3）显示电路板的全部内容。执行菜单命令“View”→“FitDocument”或单击“PCBStandard”工具栏中的图标，则图纸上的全部内容都显示在工作窗口中间。（4）放大指定区域。执行菜单命令“View”→“Area”或单击“PCBStandard”工具栏中的图标，用十字光标分别在要放大区域的两个对角线顶点单击鼠标左键，则选定的区域放大在工作区中间。（5）快速移动画面。按住鼠标右键，此时光标变成手形，拖动即可。第6章PCB设计基础一、使用PCB向导规划如图所示形状的双面板（电路板尺寸、属性均采用缺省值）课堂练习第6章PCB设计基础二、创建一个PCB文件，命名为“*.PCBDOC”。电路板机械尺寸为“70mm×45mm”，电气边界与物理边界重合，并在四角放置内径4mm的安装孔。以上两题已经完成的同学请先自学教材中的PCB参数设置内容。第6章PCB设计基础35第6章PCB设计基础366.4.2PCB编辑器的工作层管理要求：打开系统提供的示例C:\ProgramFiles\Altium2004SP2\Examples\PCBAuto-Routing\PCBAuto-Routing.PrjPCB中的RoutedBOARD1.PcbDOC文件，练习各种有关工作层的操作。1．当前工作层的转换图6-4-2PCB文件中的工作层标签第6章PCB设计基础37（1）用鼠标左键单击要设置为当前层的工作层标签。（2）按小键盘上的“*”键，可在TopLayer和BottomLayer之间进行转换，这种方法在绘图过程中鼠标正在使用时非常方便。（3）按小键盘上的“+”或“－”键，可按工作层标签的排列顺序依次将其设置为当前工作层。第6章PCB设计基础382．单层显示执行菜单命令“Tools”→“Preferences”，系统弹出“Preferences”对话框→用鼠标左键单击对话框左侧的“ProtelPCB”前的“+”图标，使其变为“－”→单击“ProtelPCB”文件夹下的“Display”选项→在对话框右侧的“DisplayOptions”区域中选中“SingleLayerMode（单层显示模式）”复选框，如图6-4-3所示→单击“OK”按钮即可。第6章PCB设计基础39图6-4-3设置单层显示模式第6章PCB设计基础403．工作层的显示执行菜单命令“Design”→“BoardLayers&Colors”，系统弹出“BoardLayers&Colors”对话框，如图6-4-4所示。图6-4-4“BoardLayersandColors”对话框第6章PCB设计基础414．工作层的颜色在默认状态下，系统为每个工作层赋予一个颜色。要修改工作层颜色，可以单击工作层名称后面的颜色块，在弹出的调色板中进行修改。6.4.3PCB编辑器的参数设置1．栅格、单位等参数设置1）在“BoardOptions”对话框中设置执行菜单命令“Design”→“BoardOp