印制电路板设计初步.doc

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1、第5章印制电路板设计初步印制电路板（PrintedCircuitBoard，简称PCB）编辑、设计是电子产品设计过程中关键环节之一。电子产品的功能由原理图决定（所用元器件以及它们之间的连接关系），但电子产品的许多性能指标，如稳定性、可靠性、抗震强度等不仅与原理图设计、元器件品质、生产工艺有关，而且很大程度上取决于印制电路板的布局、布线是否合理。在电路图和元器件相同条件下，印制板设计是否合理将直接影响到产品的稳定性（例如电路系统性能指标等几乎不随环境温度的变化而变化）和可靠性（抗干扰性能）。编辑原理图的目的也是为了

2、能够使用相关的CAD软件进行PCB板设计，因此在电子线路CAD中印制板设计才是最终目的。随着电路系统工作频率的不断提高及微型低功耗已成为趋势，在电路系统中大量使用表面安装元件(如SMC)、器件(如SMD封装的各类IC芯片)就成了一种必然选择。无论是布局电路，还是系统整体功能验证，都不可能再借助传统的“万能板”或“面包板”进行，因此，PCB编辑常识与熟练使用流行CAD软件进行PCB设计，对电子工程技术人员来说已成为必须具备的基本技能。5.1印制板种类及材料印制板是印制线路板或印制电路板的简称，通过印制板上的印制导线

3、、焊盘以及金属化过孔、填充区、敷铜区等导电图形实现元器件引脚之间的电气互连。由于印制板上的导电图形、元件轮廓线以及说明性文字（如元件序号、型号）等均通过印制方法实现，因此称为印制电路板。通过一定的工艺，在绝缘性能很高的基材上覆盖一层导电性能良好的铜薄膜，就构成了生产印制电路板所需的材料——覆铜板。按电路要求，在覆铜板上刻蚀出导电图形，并钻出元件引脚安装孔、实现电气互连的金属化过孔、固定大尺寸元件以及整个电路板所需的螺丝孔等，就获得电子产品所需的印制电路板。5.1.1印制板种类及结构印制板种类很多，根据导电层数的不

4、同，可将印制板分为单面电路板（简称单面板）、双面电路板（简称双面板）和多层电路板；根据覆铜板基底材料的不同，又可将印制板分为纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板两大类。此外，采用挠性塑料作基底的印制板称为挠性印制板，常用做印制电缆，主要用于连接电子设备内可移动部件，如DVD机内激光头与电路板之间就通过挠性印制电缆连接。单面板的结构如图5-1(a)所示，所用的覆铜板只有一面敷铜箔，另一面空白，因而也只能在敷铜箔面上制作导电图形。单面板上的导电图形主要包括固定、连接元件引脚的焊盘和实现元件引脚互连的印制导线，该面称为

5、“焊锡面”——在Protel99/99SEPCB编辑器中被称为“Bottom”（底）层。没有铜膜的一面用于安放元件，因此该面称为“元件面”——在Protel99PCB编辑器中被称为“Top”（顶）层。由于单面板结构简单，没有过孔，生产成本低。因此，线路相对简单、工作频率较低的电子产品，如收录机、电视机、计算机显示器等电路板一般采用单面板。尽管单面板生产成本低，但单面板布线设计难度最大，原因是只能在一个面上布线，布通率比双面板、多层板低；可利用的电磁屏蔽手段也有限，电磁兼容性指标不易达到要求。理论上，对于平面网孔电

6、路，在单面板上布线时，布通率为100%；对于非平面网孔电路，在单面板上，无法通过印制导线连接的少量导电图形（如引脚焊盘），可使用“跨接线”连接，但跨接线数目必须严格限制在一定的范围内，否则电路性能指标会下降。有关单面印制板中跨接线设置原则，本章后续内容将详细介绍。双面板结构如图5-1(b)所示，基板的上下两面均覆盖铜箔。因此，上、下两面都可以印制导电图形。导电图形中除了焊盘、印制导线外，还有用于使上、下两面导电图形互连的“金属化过孔”。在双面板中，元件一般也只安装在其中的一个面上，该面也称为“元件面”，另一面称为

7、“焊锡面”。在双面板中，需要制作连接上、下面印制导线的金属化过孔，生产工艺流程比单面板多，成本略高。但由于能两面走线，布线相对容易，布通率高。借助与地线相连的敷铜区即可较好地解决电磁干扰问题，因此应用范围很广，多数电子产品，VCD机、单片机控制板等均采用双面板结构。随着集成电路技术的不断发展，元器件集成度越来越高，引脚数目迅速增加，电路图中元器件连接关系越来越复杂。此外，器件工作频率也越来越高，双面板已不能满足布线和电磁屏蔽要求，于是就出现了多层印制板。在多层印制板中导电层的数目一般为4、6、8、10等，例如在四

8、层板中，上、下面（层）是信号层（信号线的布线层），在上、下两层之间还有内电源层、内地线层，如图5-1(c)所示。在多层印制板中，可充分利用电路板的多层结构解决电磁干扰问题，提高了电路系统的可靠性；由于可布线层数多，走线方便，布通率高，连线短，寄生参数小，工作频率高，印制板面积也较小（印制导线占用面积小）。目前计算机设备，如主机板、内存条、显示卡、高速网卡等均采用4或6层印