印制电路板的设计与制作

印制电路板的设计与制作

本章主要介绍印制电路板的元件布局及布线原则；应用ＰＲＯＴＥＬ设计印制电路板的基本步骤及设计示例；印制电路板的手工制作与专业制作的方法，并以实验室常用的ＶＰ?１０８Ｋ电路板制作系统为例，介绍了ＰＣＢ的制作步骤与方法。章末附有印制电路板的设计与制作训练。

现代印制电路板（简称ＰＣＢ，以下ＰＣＢ即指印制电路板）的设计大多使用电脑专业设计软件进行，ＰＣＢ的制作也是通过专业制作厂家完成的。因此，大批量的ＰＣＢ生产常常是用户自己设计好印制板，将文档资料交给印制板生产厂家，由其完成ＰＣＢ板的制作。ＰＲＯＴＥＬ就是一种被广泛使用的印制板设计软件，它设计出的印制板文档可以广泛地被各专业印制板生产厂家所接受。因此本章首先介绍使用ＰＲＯＴＥＬ进行印制板设计的一般步骤，给出一个设计示例，然后简单介绍手工制作印制板的一般方法，最后介绍适合于实验室的印制电路板制作设备ＶＰ?１０８Ｋ。

１２１印制电路板的设计原则

印制电路板的设计是一项很重要的工艺环节，若设计不当，会直接影响整机的电路性能，也直接影响整机的质量水平。它是电子装配人员学习电子技术和制作电子装置的基本功之一，是实践性十分强的技术工作。

印制电路板的设计是根据电路原理图进行的，所以必须研究电路中各元件的排列，确定它们在印制电路板上的最佳位置。在确定元件

的位置时，还应考虑各元件的尺寸、质量、物理结构、放置方式、电气连接关系、散热及抗电磁干扰的能力等因素。可先草拟几种方案，经比较后确定最佳方案，并按正确比例画出设计图样。画图在早期主要靠手工完成，十分繁琐，目前大多用计算机完成，但前述的设计原则既可适用于手工画图设计，也可适用于计算机设计。

对于印制电路板来说，一般情况下，总是将元件放在一面，我们把放置元件的一面称为元件面。印制板的另一面用于布置印制导线（对于双面板，元件面也要放置导线）和进行焊接，我们把布置导线的这一面叫做印制面或焊接面。如果电路较复杂，元件面和焊接面容不下所有的导线，就要做成多面板。在元件面和焊接面的中间设置层面，用于放置导线，这样的层面我们称之为内部层或中间层。中间层如果是专门用于放置电源导线的，又称做电源层或地线层。如果是用于放置传递电路信号的导线的，叫做中间信号层。多面板的元件面、焊接面要和中间层连通，靠印制电路板上的金属化孔完成，这种金属化孔叫通孔（Ｖｉａ）。

１．元件的安装数据及其获得的途径

要将一定数量的元件按原理图中的电气连接关系安装在印制电路板上，必须事先知道各元件的安装数据，以便元件布局。一般采用下述方法确定元件的安装数据。

（１）设计者提供元件正确的安装资料。

（２）若没有提供元件安装数据，应通过元件型号查手册找出元件的安装数据。

（３）想办法找到元件样品，实测元件，确定元件安装数据。

如果是利用计算机设计印制板图，这些数据将用于制作印制板元件库。

２元件排列的原则

印制板上元件的排列也称做布局，元件布局对电子设备的性能影响很大，不同电路在元件排列时有不同的要求。

（１）按信号流向排列，一般从输入级开始，到输出级终止。

（２）发热量较大的元件，应加装散热器，或尽可能放置在有利于散热的位置以及靠近机壳处。如电源电路中发热量较大的器件，可以考虑放在机壳上。

（３）对于比较大、重的元件，要另加支架或紧固件，不能直接焊在印制电路板上。

（４）热敏元件要远离发热元件。

（５）某些元件或导线间有较大电位差，应加大它们之间的距离。

（６）尽可能缩短高频元件的连接线，设法减小它们的分布参数和相互间的干扰。易受干扰的元件应加屏蔽。

（７）可调元件布置时，要考虑到调节方便。

（８）对称式的电路，如推挽功放、差动放大器、桥式电路等，应注意元件的对称性。尽可能使其分布参数一致。

（９）每个单元电路，应以其核心器件为中心，围绕它进行布局。

（１０）元件排列应均匀、整齐、紧凑。单元电路之间的引线应尽可能短，引出线数目尽可能少。

（１１）位于边缘的元件，离印制电路板边缘的距离至少应大于２ｍｍ。

（１２）元件外壳之间的距离，应根据它们之间的电压来确定，不应小于０５ｍｍ，个别密集的地方应加套管。

（１３）线路板需要固定的，应留有紧固的位置或打上螺丝孔。放置紧固件的位置应考虑到安装、拆卸方便。

（１４）若有引出线，最好使用接线插头。

（１５）有铁心的电感线圈，应尽量相互垂直放置且远离，以减小相互间的耦合。

（１６）如果元件与机壳、面板有联系，如各种显示器件、调节器件，它们均要与机壳相连，因此它们应当在印制板上有固定的安装位置，这个位置不能被其他元件占了。

３．布线的原则

根据以上原则排定元件之后，就可按所排元件的位置，开始实施布线。

（１）布线要短。尤其是晶体管的基极、高频引线、电位差比较大而又相邻近的引线，要尽可能的短，间距要尽量大。（２）一般将公共地线布置在边缘部位，以便于将印制电路板安排在机壳上。电源、滤波、控制等低频电路，直流导线亦应靠边缘部位。边缘应留有一定距离，一般不应小于２ｍｍ。

（３）高频元件和高频导线一般布置在中间，以减小它们对地和机壳的分布电容。

（４）导线拐弯要圆。因直角、尖角对高频和高压影响较大，故拐弯处圆弧半径Ｒ应大于２ｍｍ。

（５）在条件允许的情况下，线条可适当加粗，间距可适当加大。

（６）大面积铜箔要开“天窗”。大面积铜箔下，受热后产生的气体不便排出，易使铜箔膨胀、脱落。

（７）单面印制电路板上的印制导线不能交叉。遇此情况，可绕着走线或平行走线。高频电路中的高频引线、管子引线、输入、输出线要短而直，避免相互平行。交叉导线回避不了时，可采取在元件面使用外跨导线连接的方法解决（这种外跨导线也叫跳线）。交叉导线较多时，可采用双面板或多面板。（８）一般情况下，双面板两面的导线应相互垂直布线。如果元件面水平布线，则焊接面布线应与元件面布线垂直。如果线路较复杂，走线走不通时，需调整元件的布局，再进行布线，直到布通为止。

（９）走线正确、布线均匀。

印制电路板的布置与布线是一项实践性很强的工作，以上原则在不同情况下有其不同的侧重点，应根据具体电路的特点和机械结构要求灵活运用。

１２．２用ＰＲＯＴＥＬ设计印制电路板