印制电路板的设计与制作

第七章印制电路板的设计与制作

印制电路板PCB(PrintedCircuitBoard)简称为印制板，是安装电子元器件的载体，在电子设计竞赛中应用广泛。

印制电路板的设计工作主要分为原理图设计和印制电路板设计两部分。在掌握了原理图设计的基本方法后，可以进入印制电路板设计，学习印制电路板的设计方法。

完成印制电路板设计，需要设计者了解电路工作原理，清楚所使用的元器件实物，了解PCB板的基本设计规范，才能设计出适用的电路板。

第一节印制电路板设计的基础知识

1. 印制电路板的类型

一般来说，印制电路板材料是由基板和铜箔两部分组成的。基板可以分无机类基板和有机类基板两类。无机类基板有陶瓷板或瓷釉包覆钢基板，有机类基板采用玻璃纤维布、纤维纸等增强材料浸以酚醛树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯等树脂黏合而成。铜箔经高温、高压敷在基板上，铜箔纯度大于99.8%，厚度约在18~105μm。

印制电路是在印制电路板材料上采用印刷法制成的导电电路图形，包括印制线路和印刷元件(采用印刷法在基材上制成的电路元件，如电容器、电感器等)。

根据印制电路的不同，可以将印制电路板分成单面印制板、双面印制板、多层印制板和性印制板。

(1)单面印制板仅在一面上有印制电路，设计较为简单，便于手工制作，适合复杂度和布线密度较低的电路使用，在电子设计竞赛中使用较多。

(2)双层印制板在印制板正反两面都有导电图形，用金属化孔或者金属导线使两面的导电图形连接起来。与单面印制板相比，双面印制板的设计更加复杂，布线密度也更高。在电于设计竞赛中，也可以手工制作。

(3)多层印制板是指由三层或三层以上导电图形构成的印制电路板，导体图形之间由绝缘层隔开，相互绝缘的各导电图形之间通过金属化孔实现导电连接。多层印制电路板可实现在单位面积上更复杂的导电连接，并大大提升了电子元器件装配和布线密度，叠层导电通路缩短了信号的传输距离，减小了元器件的焊接点，有效地降低了故障率，在各导电图形之间可以加入屏蔽层，有效地减小信号的干扰，提高整机的可靠性。多层印制板的制作需要专业厂商。

(4)软性印制板也称为柔性印制板或挠性印制板，是采用软性基材制成的印制电路板。特点是体积小，质量轻，可以折叠、卷缩和弯曲，常用于连接不同平面间的电路或

活动部件

，可实现三维布线。其挠性基材可与刚性基材互连，用以替代接插件，从而有效地保证在振动、冲击、潮湿等环境下的可靠性。软性印制板的制作需要专业厂商。

一个典型的四层印制电路板结构如图7.1.1所示。有顶层、中间层和底层。在焊接面除了有导线和焊盘，还有防焊层(Mask)，防焊层留出焊点的位置，将印制板导线覆盖住。防焊层不粘焊锡。甚至可以排开焊锡，这样在焊接时，可以防止焊锡溢出造成短路。另外，防焊层有顶层防焊层(TopSolderMask)和底层防焊层(BottomSolderMask)之分。

在印制电路板的正面或者反面通常还会印上如元器件符号、公司名称、跳线设置标号等必要的文字，印文字的一层通常称之为丝印层(Silkscreen Overlay)。丝印层也有顶层丝印层和底层之分，顶层丝印层称为顶层覆盖层(Top Overlay)，底层丝印层称为底层覆盖层(BottomOverlay)。

图7.1.1 典型四层印制电路板结构

2. 元器件封装形式

电路板用来装配元器件，要保证元器件的引脚和印制电路板上布局的焊点一致，在印制电路板设计时就必须要知道确定的零件封装形式。

元器件封装形式确定焊接到电路板上实际元器件的外观尺寸和焊点位置，在印制板设计中，纯粹的元器件封装形式只是指元器件的外观和焊点位置，仅为一个空间的概念。因此不同的元器件可以共用同一个封装形式。另一方面，相同种类的元器件也可以有不同的封装形式，例如电阻，其封装形式有AXIAL0.4、AXIAL0.3、AXIAL0.6等。因此，在取用元器件时，不仅要知道元器件的名称，还要知道元器件的封装形式。

元器件的封装形式可以在设计电路图时指定，也可以在引进网络表时指定。设计电路图时，可以在零件属性对话框中的FootPrint设置项内指定，也可以在引进网络表时指定零件封装。

元器件的封装形式可以分为针脚式封装和表面贴装式(STM)封装两大类。对针脚式封装的元器件焊接时，先要将引脚端插入焊盘导通孔，然后再进行焊锡：而对STM封装的元器件焊接时，直接将引脚端焊接在焊盘上即可。

元器件封装的编号一般为元器件类型十焊点距离(焊点数)+元器件外形尺寸，可以根据元器件封装编号来判别元器件包装的规格。如AXIAL0.4表示此元器件包装为轴状，两焊点间的距离约等于10 mm(400 mil)：DIPl6表示双排引脚的元器件封装，两排共16个引脚：RB.2/.4表示极性电容类元器件封装，引脚间距离为200mil，零件直径为400mil，这里“.2”和“0.2”都表示200 mil。

在使用SCH设计电路时，除了Protel DOS Schematies Libraries.ddb中的元器件库以外，其他元器件库都是有确定的元器件封装的，如74LS74的默认封装为DIPl6。而ProtelDOSSchematicLibraries.ddb零件库中的一些常用元器件没有现成的元器件封装，对于常用的元器件可以自定义元器件封装，如表7.1.1所列。

表7.1.1 ProtelDOSSchematicLibraries.ddb元器件库常用封装

常用零件常用零件封装零件封装图形

电阻类或无极性双端类零件 AXIAL0.3~AXIALl.0

二极管类零件 DIODE 0.4、DIODE 0.7

无极性电容类零件 RAD 0.1、RAD 0.4

有极性电容类零件 RB.2/.4~RB.5/1.0

可变电阻类 VRl—VR5

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3 . 导线宽度与间距

导线用于连接各个焊点，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。

与导线有关的另一种线，常称为飞线，也称预拉线。飞线是在引人网络表后，系统根孤规则自动生成的，用来指引布线的一种连线。飞线与导线是有本质区别的。飞线只是一种形式上的连线，它只是在形式上表示出各个焊点间的连接关系，没有电气的连接意义。导线则是根据飞线指示的焊点间连接关系布置的，具有电气连接意义的连接线路。