Protel99SE印制电路板设计教程--第4章 印制电路板设计基础

4.1.1
印制电路板的发展
印制电路技术虽然在第二次世界大战后才获得迅速发展, 印制电路技术虽然在第二次世界大战后才获得迅速发展 , 但是"印制电路"这一概念的来源,却要追溯到十九世纪. 但是"印制电路"这一概念的来源,却要追溯到十九世纪. 在十九世纪, 由于不存在复杂的电子装置和电气机械, 在十九世纪 , 由于不存在复杂的电子装置和电气机械 , 因 此没有大量生产印制电路板的问题,只是大量需要无源元件, 此没有大量生产印制电路板的问题,只是大量需要无源元件,如: 电阻,线圈等. 电阻,线圈等. 1899年 美国人提出采用金属箔冲压法, 1899 年 , 美国人提出采用金属箔冲压法 , 在基板上冲压金 属箔制出电阻器,1927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, 属箔制出电阻器,1927年提出采用电镀法制造电感,电容. 经过几十年的实践,英国Paul Eisler博士提出印制电路板概念 博士提出印制电路板概念, 经过几十年的实践,英国Paul Eisler博士提出印制电路板概念, 并奠定了光蚀刻工艺的基础. 并奠定了光蚀刻工艺的基础. 随着电子元器件的出现和发展, 特别是1948 年出现晶体管, 1948年出现晶体管 随着电子元器件的出现和发展 , 特别是 1948 年出现晶体管 , 电子仪器和电子设备大量增加并趋向复杂化, 电子仪器和电子设备大量增加并趋向复杂化,印制板的发展进入 一个新阶段. 一个新阶段.
4.1.3 PCB设计中的基本组件 PCB设计中的基本组件
1.板层(Layer) 板层(Layer) 板层分为敷铜层和非敷铜层, 板层分为敷铜层和非敷铜层,平常所说的几层板是指敷铜 层的层数.一般敷铜层上放置焊盘,线条等完成电气连接; 层的层数.一般敷铜层上放置焊盘,线条等完成电气连接;在 非敷铜层上放置元件描述字符或注释字符等; 非敷铜层上放置元件描述字符或注释字符等;还有一些层面用 来放置一些特殊的图形来完成一些特殊的作用或指导生产. 来放置一些特殊的图形来完成一些特殊的作用或指导生产. 敷铜层包括顶层( 又称元件面) 底层(又称焊接面) 敷铜层包括顶层 ( 又称元件面 ) , 底层 ( 又称焊接面 ) , 中间层, 电源层, 地线层等;非敷铜层包括印记层( 中间层 , 电源层 , 地线层等 ; 非敷铜层包括印记层 ( 又称丝网 板面层,禁止布线层,阻焊层,助焊层,钻孔层等. 层),板面层,禁止布线层,阻焊层,助焊层,钻孔层等. 对于一个批量生产的电路板而言, 对于一个批量生产的电路板而言,通常在印制板上铺设一 层阻焊剂,阻焊剂一般是绿色或棕色,除了要焊接的地方外, 层阻焊剂,阻焊剂一般是绿色或棕色,除了要焊接的地方外, 其它地方根据电路设计软件所产生的阻焊图来覆盖一层阻焊剂, 其它地方根据电路设计软件所产生的阻焊图来覆盖一层阻焊剂, 这样可以快速焊接,并防止焊锡溢出引起短路; 这样可以快速焊接,并防止焊锡溢出引起短路;而对于要焊接 的地方,通常是焊盘,则要涂上助焊剂. 的地方,通常是焊盘,则要涂上助焊剂.
⑵提供电路的电气连接. 提供电路的电气连接. 用标记符号将板上所安装的各个元器件标注出来, ⑶用标记符号将板上所安装的各个元器件标注出来,便于插 检查及调试. 装,检查及调试. 但是,更为重要的是,使用印制电路板有四大优点. 但是,更为重要的是,使用印制电路板有四大优点. 具有重复性. ⑴具有重复性. 板的可预测性. ⑵板的可预测性. 所有信号都可以沿导线任一点直接进行测试, ⑶所有信号都可以沿导线任一点直接进行测试,不会因导线 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. ⑷印制板的焊点可以在一次焊接过程中将大部分焊完. 正因为印制板有以上特点,所以从它面世的那天起, 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, 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SMD 表面封装) SMD( 向发展.特别是八十年代开始推广的SMD(表面封装)技术是高 精度印制板技术与VLSI 超大规模集成电路)技术的紧密结合, VLSI( 精度印制板技术与VLSI(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
多层印制板( Board) ⑶ 多层印制板 ( Multilayer Print Board ) . 多层印制板 是由交替的导电图形层及绝缘材料层层压粘合而成的一块印制 导电图形的层数在两层以上, 板 , 导电图形的层数在两层以上 , 层间电气互连通过金属化孔 实现. 多层印制板的连接线短而直, 便于屏蔽, 实现 . 多层印制板的连接线短而直 , 便于屏蔽 , 但印制板的工 艺复杂, 由于使用金属化孔,可靠性稍差. 艺复杂 , 由于使用金属化孔 , 可靠性稍差 . 它常用于计算机的 板卡中. 板卡中. 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, 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. 才会使用多层板. 图4-1所示为四层板剖面图.通 所示为四层板剖面图. 常在电路板上,元件放在顶层, 常在电路板上,元件放在顶层,所 以一般顶层也称元件面, 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SMD元件, SMD元件 对于SMD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, 元件和表面贴片式元件(SMD). 元件和表面贴片式元件(SMD).
4.1.2
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) 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. 亦称覆铜板. 根据PCB PCB导电板层划分 1.根据PCB导电板层划分 单面印制板( Board). ).单面印制 ⑴单面印制板(Single Sided Print Board).单面印制 板指仅一面有导电图形的印制板,板的厚度约在0.2 5.0mm, 0.2～ 板指仅一面有导电图形的印制板,板的厚度约在0.2～5.0mm, 它是在一面敷有铜箔的绝缘基板上, 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 基板上形成印制电路.它适用于一般要求的电子设备. 基板上形成印制电路.它适用于一般要求的电子设备. 双面印制板( Board). ).双面印制 ⑵双面印制板(Double Sided Print Board).双面印制 板指两面都有导电图形的印制板,板的厚度约为0.2 5.0mm, 0.2～ 板指两面都有导电图形的印制板,板的厚度约为0.2～5.0mm, 它是在两面敷有铜箔的绝缘基板上, 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 基板上形成印制电路,两面的电气互连通过金属化孔实现. 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 适用于要求较高的电子设备,由于双面印制板的布线密度较高, 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, 所以能减小设备的体积. 所以能减小设备的体积.
Protel 99 SE印制电路板 设计教程
第4章 印制电路板设计基础 章
4.1 4.2 4.3 4.4
印制电路板概述 印制电路板布局和布线原则 Protel99SE印制板编辑器 Protel99SE印制板编辑器 99SE 印制电路板的工作层面
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
本章小节
4.1
印制电路板概述
在实际电路设计中,完成原理图绘制和电路仿真后, 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( 需要将电路中的实际元件安装在印制电路板(Printed Circuit Board,简称PCB PCB) 原理图的绘制解决了电路的逻辑连接, Board,简称PCB)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PCB上的铜箔实现. PCB上的铜箔实现 而电路元件的物理连接是靠PCB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, 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, 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 和可靠性要求越来越高. 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 要求,印制电路板的生产也越来越专业化,标准化, 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 动化,如今已在电子工业领域中形成一门新兴的PCB制造工业. PCB制造工业 动化,如今已在电子工业领域中形成一门新兴的PCB制造工业. 印制电路板(也称印制线路板,简称印制板) 印制电路板(也称印制线路板,简称印制板)是指以绝缘基 板为基础材料加工成一定尺寸的板, 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 形及所有设计好的孔(如元件孔,机械安装孔及金属化孔等), 形及所有设计好的孔(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. 以实现元器件之间的电气互连.
五十年代中期,随着大面积的高粘合强度覆铜板的研制, 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.1954年 为大量生产印制板提供了材料基础.1954年,美国通用电气公 司采用了图形电镀-蚀刻法制板. 司采用了图形电镀-蚀刻法制板. 六十年代,印制板得到广泛应用, 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. 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-蚀刻法(即减成法)等工艺外,还应用了加成法工艺, 电镀-蚀刻法(即减成法)等工艺外,还应用了加成法工艺, 使印制导线密度更高.目前高层数的多层印制板, 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 金属芯印制电路,功能化印制电路都得到了长足的发展. 路,金属芯印制电路,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, 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, 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 和多层板样品,1977年左右开始采用图形电镀--蚀刻法工艺制 和多层板样品,1977年左右开始采用图形电镀--蚀刻法工艺制 年左右开始采用图形电镀-造印制板.1978年试制出加成法材料--覆铝箔板 年试制出加成法材料--覆铝箔板, 造印制板.1978年试制出加成法材料--覆铝箔板,并采用半加 成法生产印制板. 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. 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. 为电路中的各种元器件提供必要的机械支撑. ⑴为电路中的各种元器件提供必要的机械支撑.
2.根据PCB所用基板材料划分 根据PCB所用基板材料划分 PCB 刚性印制板( Board) ⑴ 刚性印制板 ( Rigid Print Board ) . 刚性印制板是指以 刚性基材制成的PCB 常见的PCB 一般是刚性PCB PCB, PCB一般是刚性 PCB, 刚性基材制成的 PCB , 常见的 PCB 一般是刚性 PCB , 如计算机中的 板卡, 家电中的印制板等. 常用刚性PCB PCB有 纸基板, 板卡 , 家电中的印制板等 . 常用刚性 PCB 有 : 纸基板 , 玻璃布板 合成纤维板,后连者价格较贵,性能较好, 和合成纤维板,后连者价格较贵,性能较好,常用作高频电路和 高档家电产品中;当频率高于数百兆赫时, 高档家电产品中;当频率高于数百兆赫时,必须用介电常数和介 质损耗更小的材料,如聚四氟乙烯和高频陶瓷作基板. 质损耗更小的材料,如聚四氟乙烯和高频陶瓷作基板. 柔性印制板( Board,也称挠性印制板, ⑵ 柔性印制板(Flexible Print Board ,也称挠性印制板, 软印制板) 柔性印制板是以软性绝缘材料为基材的PCB PCB. 软印制板 ) . 柔性印制板是以软性绝缘材料为基材的 PCB . 由于 它能进行折叠,弯曲和卷绕,因此可以节约60 60% 90%的空间, 它能进行折叠,弯曲和卷绕,因此可以节约60%～90%的空间, 为电子产品小型化,薄型化创造了条件,它在计算机,打印机, 为电子产品小型化,薄型化创造了条件,它在计算机,打印机, 自动化仪表及通信设备中得到广泛应用. 自动化仪表及通信设备中得到广泛应用. 柔性印制板(FlexBoard). ).刚 ⑶刚-柔性印制板(Flex-rigid Print Board).刚-柔性印 制板指利用柔性基材,并在不同区域与刚性基材结合制成的PCB PCB, 制板指利用柔性基材,并在不同区域与刚性基材结合制成的PCB, 主要用于印制电路的接口部分. 主要用于印制电路的接口部分.