PCB板的设计计划

PCB板的设计方案
PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。

由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

电子设备采用印制板后，由于同类印制板的一致性，从而避免了人工接线的差错，并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测，保证了电子设备的质量，提高了劳动生产率、降低了成本，并便于维修。

印制板从单层发展到双面、多层和挠性，并且仍旧保持着各自的发展趋势。

由于不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展，不断缩小体积、减少成本、提高性能，使得印制板在未来电子设备的发展工程中，仍然保持着强大的生命力。

改革开放以来，中国由于在劳动力资源、市场、投资等方面的优惠政策，吸引了欧美制造业的大规模转移，大量的电子产品及制造商将工厂设立在中国，并由此带动了包括PCB 在内的相关产业的发展。

单面板（Single-Sided Boards）在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上（有贴片元件时和导线为同一面，插件器件再另一面）。

因为导线只出现在其中一面，所以这种PCB叫作单面板（Single-sided）。

因为单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，布线间不能交叉而必须绕独自的路径），所以只有早期的电路才使用这类的板子。

双面板（Double-Sided Boards）这种电路板的两面都有布线，不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。

这种电路间的“桥梁”叫做导孔（via）。

导孔是在PCB上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。

因为双面板的面积比单面板大了一倍，双面板解决了单面板中因为布线交错的难点（可以通过孔导通到另一面），它更适合用在比单面板更复杂的电路上。

多层板（Multi-Layer Boards）为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。

用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印刷线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板了，也称为多层印刷线路板。

板子的层数并不代表有几层独立的布线层，在特殊情况下会加入空层来控制板厚，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。

大部分的主机板都是4到8层的结构，不过技术上理论可以做到近100层的PCB板。

大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板，不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替，超多层板已经渐渐不被使用了。

因为PCB中的各层都紧密的结合，一般不太容易看出实际数目，不过如果仔细观察主机板，还是可以看出来。

据中国CPCA统计，2006 年我国PCB 实际产量达到1.30 亿平方米，产值达到121 亿美元，占全球PCB 总产值的24.90%，超过日本成为世界第一。

2000 年至2006 年中国PCB 市场年均增长率达20%，远超过全球平均水平。

2008 年全球金融危机给PCB 产业造成了巨大冲击，但没有给中国PCB 产业造成灾难性打击，在国家经济政策刺激下2010 年中国的PCB 产业出现了全面复苏，2010 年中国PCB 产值高达199.71 亿美元。

Prismark 预测2010-2015 年间中国将保持8.10%的复合年均增长率，高于全球5.40%的平均增长率。

综述国内外对未来印制板生产制造技术发展动向的论述基本是一致的，即向高密度，高精度，细孔径，细导线，细间距，高可靠，多层化，高速传输，轻量，薄型方向发展，在生产上同时向提高生产率，降低成本，减少污染，适应多品种、小批量生产方向发展。

印制电路的技术发展水平，一般以印制板上的线宽，孔径，板厚/孔径比值为代表. 改革开放以来，中国由于在劳动力资源、市场、投资等方面的优惠政策，吸引了欧美制造业的大规
模转移，大量的电子产品及制造商将工厂设立在中国，并由此带动了包括PCB 在内的相关产业的发展。

据中国CPCA统计，2006 年我国PCB 实际产量达到1.30 亿平方米，产值达到121 亿美元，占全球PCB 总产值的24.90%，超过日本成为世界第一。

2000 年至2006 年中国PCB 市场年均增长率达20%，远超过全球平均水平。

2008 年全球金融危机给PCB 产业造成了巨大冲击，但没有给中国PCB 产业造成灾难性打击，在国家经济政策刺激下2010 年中国的PCB 产业出现了全面复苏，2010 年中国PCB 产值高达199.71 亿美元。

Prismark 预测2010-2015 年间中国将保持8.10%的复合年均增长率，高于全球5.40%的平均增长率。

中国现虽然从产业规模来看已经是全球第一，但从PCB 产业总体的技术水平来讲，仍然落后于世界先进水平。

在产品结构上，多层板占据了大部分产值比例，但大部分为8 层以下的中低端产品，HDI、挠性板等有一定的规模但在技术含量上与日本等国外先进产品存在差距，技术含量最高的IC 载板在国内更是很少有企业能够生产。

PCB之所以能得到越来越广泛地应用，因为它有很多独特优点，概栝如下。

可高密度化。

数十年来，印制板高密度能够随着集成电路集成度提高和安装技术进步而发展着。

高可靠性。

通过一系列检查、测试和老化试验等可保证PCB长期（使用期，一般为20年）而可靠地工作着。

可设计性。

对PCB各种性能（电气、物理、化学、机械等）要求，可以通过设计标准化、规范化等来实现印制板设计，时间短、效率高。

可生产性。

采用现代化管理，可进行标准化、规模（量）化、自动化等生产、保证产品质量一致性。

可测试性。

建立了比较完整测试方法、测试标准、各种测试设备与仪器等来检测并鉴定PCB产品合格性和使用寿命。

可组装性。

PCB产/品既便于各种元件进行标准化组装，又可以进行自动化、规模化批量生产。

同时，PCB和各种元件组装部件还可组装形成更大部件、系统，直至整机。

可维护性。

由于PCB产品和各种元件组装部件是以标准化设计与规模化生产，因而，这些部件也是标准化。

所以，一旦系统发生故障，可以快速、方便、灵活地进行更换，迅速恢服系统工作。

当然，还可以举例说得更多些。

如使系统小型化、轻量化，信号传输高速化等。

较多的PCB工程师,他们经常画电脑主板,对Allegro等优秀的工具非常的熟练,但是,非常可惜的是,他们居然很少知道如何进行阻抗控制,如何使用工具进行信号完整性分析.如何使用IBIS模型。

我觉得真正的PCB高手应该还是信号完整性专家,而不仅仅停留在连连线,过过孔的基础上。

对布通一块板子容易，布好一块好难。

印制电路板的创造者是奥地利人保罗·爱斯勒（Paul Eisler），1936年，他首先在收音机里采用了印刷电路板。

1943年，美国人多将该技术运用于军用收音机，1948年，美国正式认可此发明可用于商业用途。

自20世纪50年代中期起，印刷线路板才开始被广泛运用。

在PCB出现之前，电子元器件之间的互连都是依托电线直接连接完成的。

而如今，电
线仅用在实验室做试验应用而存在；印刷电路板在电子工业中已肯定占据了绝对控制的地位。

PCB生产流程：
一、联系厂家
首先需要联系厂家，然后注册客户编号，便会有人为你报价，下单，和跟进生产进度。

二、开料
目的：根据工程资料MI的要求，在符合要求的大张板材上，裁切成小块生产板件．符合客户要求的小块板料．
流程：大板料→按MI要求切板→锔板→啤圆角\磨边→出板
三、钻孔
目的：根据工程资料，在所开符合要求尺寸的板料上，相应的位置钻出所求的孔径．流程：叠板销钉→上板→钻孔→下板→检查\修理
四、沉铜
目的：沉铜是利用化学方法在绝缘孔壁上沉积上一层薄铜．
流程：粗磨→挂板→沉铜自动线→下板→浸%稀H2SO4→加厚铜
五、图形转移
目的：图形转移是生产菲林上的图像转移到板上
流程：（蓝油流程）：磨板→印第一面→烘干→印第二面→烘干→爆光→冲影→检查；（干膜流程）：麻板→压膜→静置→对位→曝光→静置→冲影→检查
六、图形电镀
目的：图形电镀是在线路图形裸露的铜皮上或孔壁上电镀一层达到要求厚度的铜层与要求厚度的金镍或锡层．
流程：上板→除油→水洗二次→微蚀→水洗→酸洗→镀铜→水洗→浸酸→镀锡→水洗→下板
七、退膜
目的：用NaOH溶液退去抗电镀覆盖膜层使非线路铜层裸露出来．
流程：水膜：插架→浸碱→冲洗→擦洗→过机；干膜：放板→过机
八、蚀刻
目的：蚀刻是利用化学反应法将非线路部位的铜层腐蚀去．
九、绿油
目的：绿油是将绿油菲林的图形转移到板上，起到保护线路和阻止焊接零件时线路上锡的作用
流程：磨板→印感光绿油→锔板→曝光→冲影；磨板→印第一面→烘板→印第二面→烘板
十、字符
目的：字符是提供的一种便于辩认的标记
流程：绿油终锔后→冷却静置→调网→印字符→后锔
十一、镀金手指
目的：在插头手指上镀上一层要求厚度的镍\金层，使之更具有硬度的耐磨性
流程：上板→除油→水洗两次→微蚀→水洗两次→酸洗→镀铜→水洗→镀镍→水洗→镀金
镀锡板(并列的一种工艺)
目的：喷锡是在未覆盖阻焊油的裸露铜面上喷上一层铅锡，以保护铜面不蚀氧化，以保证具有良好的焊接性能．
流程：微蚀→风干→预热→松香涂覆→焊锡涂覆→热风平整→风冷→洗涤风干
十二、成型
目的：通过模具冲压或数控锣机锣出客户所需要的形状成型的方法有机锣，啤板，手锣，手切
说明：数据锣机板与啤板的精确度较高，手锣其次，手切板最低具只能做一些简单的外形．
十三、测试
目的：通过电子100%测试，检测目视不易发现到的开路，短路等影响功能性之缺陷．流程：上模→放板→测试→合格→FQC目检→不合格→修理→返测试→OK→REJ→报废
十四、终检
目的：通过100%目检板件外观缺陷，并对轻微缺陷进行修理，避免有问题及缺陷板件流出．
具体工作流程：来料→查看资料→目检→合格→FQA抽查→合格→包装→不合格→处理→检查OK
对于电源、地的层数以及信号层数确定后，它们之间的相对排布位置是每一个PCB工程师都不能回避的话题；层的排布一般原则：元件面下面（第二层）为地平面，提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面；所有信号层尽可能与地平面相邻；尽量避免两信号层直接相邻；主电源尽可能与其对应地相邻；兼顾层压结构对称。

对于母板的层排布，现有母板很难控制平行长距离布线，对于板级工作频率在50MHZ以上的（50MHZ以下的情况可参照，适当放宽），建议排布原则：元件面、焊接面为完整的地平面（屏蔽）；无相邻平行布线层；所有信号层尽可能与地平面相邻；关键信号与地层相邻，不跨分割区。

注：具体PCB的层的设置时，要对以上原则进行灵活掌握，在领会以上原则的基础上，根据实际单板的需求，如：是否需要一关键布线层、电源、地平面的分割情况等，确定层的排布，切忌生搬硬套，或抠住一点不放。

以下为单板层的排布的具体探讨： *四层板，优选方案1，可用方案3
方案电源层数地层数信号层数 1 2 3 4 1 1 1 2 S G P S 2 1 2 2 G S S P 3 1 1 2 S P G S
方案1 此方案四层PCB的主选层设置方案，在元件面下有一地平面，关键信号优选布TOP 层；至于层厚设置，有以下建议：
满足阻抗控制芯板（GND到POWER）不宜过厚，以降低电源、地平面的分布阻抗；保证电源平面的去藕效果；为了达到一定的屏蔽效果，有人试图把电源、地平面放在TOP、
BOTTOM层，即采用方案2：
此方案为了达到想要的屏蔽效果，至少存在以下缺陷：电源、地相距过远，电源平面阻抗较大
电源、地平面由于元件焊盘等影响，极不完整由于参考面不完整，信号阻抗不连续
实际上，由于大量采用表贴器件，对于器件越来越密的情况下，本方案的电源、地几乎无法作为完整的参考平面，预期的屏蔽效果很难实现；方案2使用范围有限。

但在个别单板中，方案2不失为最佳层设置方案。

以下为方案2使用案例；案例（特例）：设计过程中，出现了以下情况：
A、整板无电源平面，只有GND、PGND各占一个平面；
B、整板走线简单，但作为接口滤波板，布线的辐射必须关注；
C、该板贴片元件较少，多数为插件。

分析：
１、由于该板无电源平面，电源平面阻抗问题也就不存在了；２、由于贴片元件少（单面布局），若表层做平面层，内层走线，参考平面的完整性基本得到保证，而且第二层可铺铜保证少量顶层走线的参考平面；３、作为接口滤波板，PCB布线的辐射必须关注，若内层走线，表层为GND、PGND，走线得到很好的屏蔽，传输线的辐射得到控制；
鉴于以上原因，在本板的层的排布时，决定采用方案2，即：GND、S1、S2、PGND，由于表层仍有少量短走线，而底层则为完整的地平面，我们在S1布线层铺铜，保证了表层走线的参考平面；五块接口滤波板中，出于以上同样的分析，设计人员决定采用方案2，同样不失为层的设置经典。

列举以上特例，就是要告诉大家，要领会层的排布原则，而非机械照搬。

方案3：此方案同方案1类似，适用于主要器件在BOTTOM布局或关键信号底层布线的情况；一般情况下，限制使用此方案；
*六层板，优选方案3，可用方案1，备用方案2、4 方案电源地信号 1 2 3 4 5 6 #1 1 1 4 S1 G S2 S3 P S4 # 2 1 1 4 S1 S2 G P S3 S4 #3 1 2 3 S1 G1 S2 G2 P S3 #4 1 2 3 S1 G1 S2 G2 P S3
对于六层板，优先考虑方案3，优选布线层S2（stripline），其次S3、S1。

主电源及其对应的地布在4、5层，层厚设置时，增大S2-P之间的间距，缩小P-G2之间的间距（相应缩小G1-S2层之间的间距），以减小电源平面的阻抗，减少电源对S2的影响；
在成本要求较高的时候，可采用方案1，优选布线层S1、S2，其次S3、S4，与方案1相比，方案2保证了电源、地平面相邻，减少电源阻抗，但S1、S2、S3、S4全部裸露在外，只有S2才有较好的参考平面；
对于局部少量信号要求较高的场合，方案4比方案3更适合，它能提供极佳的布线层S2。

*八层板：优选方案2、3、可用方案1
方案电源地信号 1 2 3 4 5 6 7 8 #1 1 2 5 S1 G1 S2 S3 P S4 G2 S5 #2 1 3 4 S1 G1 S2 G2 P S3 G3 S4 #3 2 2 4 S1 G1 S2 P1 G2 S3 P2 S4 #4 2 2 4 S1 G1 S2 P1 P2 S3 G3 S4 #5 2 2 4 S1 G1 P1 S2 S3 G2 P2 S4
1.5 PCB板的设计步骤
（1）方案分析
决定电路原理图如何设计，同时也影响到PCB板如何规划。

根据设计要求进行方案比较、选择，元器件的选择等，开发项目中最重要的环节。

（2）电路仿真
在设计电路原理图之前，有时会会对某一部分电路设计并不十分确定，因此需要通过
电路方针来验证。

还可以用于确定电路中某些重要器件参数。

（3）设计原理图元件
PROTEL DXP提供了丰富的原理图元件库，但不可能包括所有元件，必要时需动手设计原理图元件，建立自己的元件库。

（4）绘制原理图
找到所有需要的原理元件后，开始原理图绘制。

根据电路复杂程度决定是否需要使用层次原理图。

完成原理图后，用ERC（电气法则检查）工具查错。

找到出错原因并修改原理图电路，重新查错到没有原则性错误为止。

5）设计元件封装
和原理图元件一样，PROTEL DXP也不可能提供所有元件的封装。

需要时自行设计并建立新的元件封装库。

6）设计PCB板
确认原理图没有错误之后，开始PCB板的绘制。

首先绘出PCB板的轮廓，确定工艺要求（如使用几层板等）。

然后将原理图传输到PCB板中，在网络表、设计规则和原理图的引导下布局和布线。

利用设计规则查错。

是电路设计的另一个关键环节，它将决定该产品的实用性能，需要考虑的因素很多，不同的电路有不同要求（7）文档整理对原理图、PCB图及器件清单等文件予以保存，以便以后维护和修改
DXP的元器件库有原理图元件库、PCB元件库和集成元件库，扩展名分别为SchLib、PcbLib、IntLib。

但DXP仍然可以打开并使用Protel以往版本的元件库文件。

在创建一个新的原理图文件后，DXP默认为该文件装载两个集成元器件库：Miscellaneous Devices.IntLib和Miscellaneous Connectors.IntLib。

因为这两个集成元器件库中包含有最常用的元器件。

注意： Protel DXP 中，默认的工作组的文件名后缀为 .PrjGrp ，默认的项目文件名后缀为 .PrjPCB 。

如果新建的是 FPGA 设计项目，建立的项目文件称后缀为 .PrjFpg 。

也可以将某个文件夹下的所有元件库一次性都添加进来，方法是：采用类似于Windows的操作，先选中该文件夹下的第一个元件库文件后，按住Shift键再选中元件库里的最后一个文件，这样就能选中该文件夹下的所有文件，最后点打开按钮，即可完成添加元件库操作。

3.1 原理图的设计方法和步骤
下面就以下图所示的简单 555 定时器电路图为例，介绍电路原理图的设计方法和步骤。

3.1.1 创建一个新项目
电路设计主要包括原理图设计和 PCB 设计。

首先创建一个新项目，然后在项目中添加原理图文件和 PCB 文件，创建一个新项目方法：
●单击设计管理窗口底部的 File 按钮，弹出一个面板。

● New 子面板中单击 Blank Project （ PCB ）选项，将弹出 Projects 工作面板。

●建立了一个新的项目后，执行菜单命令 File/Save Project As ，将新项目重命名为“ myProject1 ． PrjPCB ”，保存该项目到合适位置 3.1.2 创建一张新的原理图图纸
●执行菜单命令 New ／ Schematic 创建一张新的原理图文件。

●可以看到 Sheetl.SchDoc 的原理图文件，同时原理图文件夹自动添加到项目中。

●执行菜单命令 File/Save As ，将新原理图文件保存在用户指定的位置。

同时可以改变原理图文件名为 555 .SchDoc 。

此时/看到一张空白电路图纸，打开原理图图纸设置对话框。

3.１.3 查找元件
（ 1 ） SCH 设计界面的下方有一排按钮，单击 Libraries （库）按钮，弹出如图库对话框。

（ 2 ）单击库对话框中的 Search 按钮，弹出如图库搜索对话框，利用此对话框可以找到元件 555 在哪个库中
（ 3 ）在 Scope 选项区域中确认设置为 Libraries on Path ，单击 Path 右边的打开图标按钮，找到安装的 Protel DXP 库的文件夹路径，如 C ：＼ Program Files ＼ Altium ＼ Library 。

同时确认 Include subdirectories 复选项被选定。

（ 4 ）在 Seach Criteria （搜索标准）选项区域中可以使用 Name 、 Description 、 ModelType、 Model Name 组合来说明要搜索的元件，例如要搜索和 555 元件相关的可以在 Name 文本框中键入 *555* 。

5 ）单击 Search 按钮开始搜索，查找结果会显示在 Result 对话框中，如图所示。

能否找到所需要的元件关键在于输入的规则设置是否正确，一般尽量使用通配符以扩大搜索范围。

6 ）单击 Install Library 按钮， TI Analog Timer Circuit . IntLib 库就添加到当前项目中。

在当前项目中就可以取用该库中的所有元件。

在完成了对一个元件的查找后，可以按照 555 电路原理图的要求，依次找到其他元件所属元件库，并进行安装。

3.１.4 添加或删除元件库
在库对话框中单击 Libraries 按钮，弹出如图所示对话框，其中 Ordered List of Installed Libraries 列表框中主要说明当前项目中安装了哪些元件库。

元件库在列表中的位置影响了元件的搜索速度，通常是将常用元件库放在较高位置，以便对其先进行搜索。

3.1.5 在原理图中放置元件 3.１.6 设置元件属性
Designator 文本框右边的 Visible 复选项是设置元件标识在原理图上是否可见，如果选定 Visible 复选项，则元件标识 U1 出现在原理图上，如果不选中，则元件序号被隐藏。

3.1.7 放置电源和接地符号 3.1.8 绘制原理图
Net and Net Label （网络与网络名称）
彼此连接在一起的一组元件引脚称为网络（ net ）。

例如 555 电路图中的 NE555P 的第七脚、第六脚、 R1 、 C1 是连在一起的称为一个网络。

网络名称实际上是一个电气连接点，具有相同网络名称的电气连接表明是连在一起的。

网络名称主要用于层次原理图电路和多重式电路中的各个模块之间的连接。

也就是说定义网络名称的用途是将两个和两个以上没有相互连接的网络，命名相同的网络名
称，使它们在电气含义上属于同一网络。

在印刷电路板布线时非常重要。

在连接线路比较远或线路走线复杂时，使用网络名称代替实际走线使电路图简化。

网络名称属性对话框
3.2 设置项目选项
项目选项包括错误检查规则、连接矩阵、比较设置、 ECO 启动、输出路径和网络选项以及用户指定的任何项目规则。

Error Reporting （错误报告）选项卡
Error Reporting 用于报告原理图设计的错误，主要涉及下面几个方面： Violations Associated with Buses （总线错误检查报告）、 Violations Associated with Components （元件错误检查报告）、 Violations Associated with Documents （文件错误检查报告）、 Violations Associated with Nets （网络错误检查报告）、 Violations Associated with Others （其他错误检查报告）、 Violations Associated with Parameters （参数错误检查报告）。

◆Options （选项）选项卡
Netlist Options 区域：有两个复选项分别为 Allow ports to Name Nets 和 Allow Sheet Entries to Name Nets 。

Allow ports to Name Nets 表示允许用系统所产生的网络名来代替与输人输出端口相关联的网络名。

如果所设计的项目只是简单的原理图文档，不包含层次关系，可以选择此项。

Allow Sheet Entries to Name Nets 表示允许用系统所产生的网络名来代替与子图入口相关联的网络名。

该项为系统默认设置选项。

3.3 编译项目
当项目被编译时，在项目选项中设置的错误检查都会被启动，同时弹出 Message 窗口显示错误信息。

如果原理图绘制正确，将不会弹出 Message 窗口。

修改原理图后要重新编译。

除了通过画导线来进行电气连接之外，网络标号（Net Label）也具有电气连接特性。

所谓网络标号，就是电气接点，其用途是将两个或两个以上没有相互连接的网络，通过命名为同一网络标号的方法，使它们在意义上属于同一网络。

具有相同网络标号的电源、引脚、导线等在电气连接上是连接在一起的。

在一些复杂应用（如层次电路或多重式电路中各个模块电路之间的连接）中，直接使用导线连接方式，会使图纸显得杂乱无章，使用网络标号则可以使得图纸清晰易读，这对于利用网络表进行印刷电路板自动布线时是非常重要的。

导线或元件引脚和总线相连是通过总线分支线（Bus Entry）来实现的。

4.3 元件的选择依据和布局原则
布局大致要考虑以下几个原则：
（1）按输入信号从左向右分布元件，输出端在最右边；（2）单电源在上，地线在下，双电源正极在上，负极在下；
（3）元件编号按电路功能模块编号，在简单的电路中也可以按上下左右顺序编号；（4）元件在图纸中的摆放要分布均匀，排列整齐；（5）元件的编号标注，参数及单位要符合行业规则。

100mils=2.54mm其中1000mils=1Inches
铜膜导线（Track）：简称导线，是敷铜经腐蚀后形成的用于连接各个焊点的导线。

印刷电路板的设计都是围绕如何布置导线来完成的。

飞线：用来表示连接关系的线。

它只表示焊盘之间有连接关系，是一种形式上的连接，并不具备实质性的电气连接关系。

飞线在手工布线时可起引导作用，从而方便手工布线。

飞线是在引入网络表后生成的，而飞线所指的焊盘间一旦完成实质性的电气连接，则飞线自动消失。

当同一网络中，部分电气连接断开导致网络不能完全连通时，系统就又会自动产生飞线提示电路不通。

利用飞线的这一特点，可以根据电路板中有无飞线来大致判断电路板是否已完成。