第五部分 PCB设计 一、PCB入门 （一）PCB的基本概念PCB是英文Print Circuit Broad 的英文缩写，中文含义为印刷电路板。印刷电路板是一块绝缘材料板、在表面合理安放 有各种电子元件（此过程称为布局）、在表面安排有连接电子 元件引脚间的金属铜膜导线（此过程称为布线）、以及连接不 同表面的铜导孔组成。按复杂程度将印刷电路板分为三类：（1）单面印刷电路板（2）双面印刷电路板（3）多层印刷电路板数据采集板Company Logo（1）单面板单面板是一种一面有敷铜，另一面没有敷铜的电路板，用户只可在它敷铜的一面布线并放置元件。优点：单面板由于其成本低，不用打过孔而被广泛应用。缺点：由于单面板走线只能在一面上进行，因此，它的设计往往比双面板或多层板困难得多。图1 单面印制电路板剖面（2）双面板双面板包括顶层（Top Layer）和底层（Bottom Layer）两层，顶层一般为元件面，底层一般为焊锡层面，（即焊接元件管脚的面）。当然用户也可以在两个面上都放置元件，两个面都作为焊锡层面。双面板的双面都有敷铜，都可以布线。特点：双面板的电路一般比单面板的电路复杂但布线比较容易，是制作电路板比较理想的选择。 图2 双面印制电路板剖面（3）多层板多层板就是包含了多个工作层面的电路板。除了上面讲到的顶层、底层以外，还包括中间层、内部电源或接地层等。多层电路一般指三层以上的电路板。从外表看起来多层板和双面板没有什么两样，但多层板中还有一些导电层存在，如同双面板的上下两层铜箔一样可以被腐蚀，然后层压在一起。上下两层和中间层之间用过孔VIA进行电气连接，此外还有一个电源层也是如此。 电子电路CADPROTEL 99 SE图3 多面印制电路板剖面 电子电路CADPROTEL 99 SE96.1.2 印制电路板中的各种对象（1）铜膜导线：用于各导电对象之间的连接，由铜箔构成，具有导电特性。（2）焊盘：用于放置焊锡、连接导线和元器件引脚，由铜箔构成，具有导电特性。（3）过孔：用于连接印制电路板不同板层的铜膜导线，由铜箔构成，具有导电特性。（4）元器件符号轮廓：表示元器件实际所占空间大小，不具有导电特性。 电子电路CADPROTEL 99 SE10（5）字符：可以是元器件的标号、标注或其他需要标注的内容，不具有导电特性。（6）阻焊剂：为防止焊接时焊锡溢出造成短路，需在铜膜导线上涂覆一层阻焊剂。阻焊剂只留出焊点的位置，而将铜膜导线覆盖住，不具有导电特性。过孔铜膜导线，其上覆盖阻焊 剂元器件符号轮廓焊盘字符图6-1-1 印制电路板元件封装是指实际元件焊接到电路板时所指示的外观和焊点位置。不同的元件可以共用同一个元件封装(如电阻和 电容)；同种元件也可以有不同的封装(不同厂家生产的, 其封装也可能不同)。如 RES代表电阻，它的封装形式有: AXIAL0.3 ,AXIAL0.4,AXIAL0.6等。（二）元件封装在取用焊接元件时，不仅要知道元件名称还要知道元件的封装。元件的封装可以在设计电路图时 指定，也可以在引进网络表时指定。元件的封装形式可以分成两大类:针脚式元件封装和SMT（表面粘贴式）元件封装。针脚类元件焊接时先要将元件针脚插入焊点导通孔，然后再焊锡。由于针脚式元件封装的焊点导孔贯穿 整个电路板，所以其焊点的属性对话框中，Layer板层属 性必须为 Multi Layer。针脚类元件封装表面粘贴式元件安装1.元件封装的分类14（a）针脚式元器件（b）表面粘贴式元器件图6-3-1 元器件封装的分类2.常用元件封装 （1）管形无极性元件封装-AXIALxxx（针脚式封装）（AXIALxxx, xxx表示两脚距离,轴状)AXIAL0.3- AXIAL1.0 常用于电阻 AXIAL0.4 管脚之间距离为400mil AXIAL1.0 管脚之间距离为1000mil1mil =0.001inch= 0.0254mm电阻元件的表面粘贴式封装有：0402、0603、 0805、1005、1206、1210等系列。封装名分两部分：前两个数字表示元件长度，后两个数字表示元件的宽度，单位为英寸。0603元件长度为0.06英寸、宽度为0.03英寸。封装0603示意图（2）管形有极性元件封装-DIODE(常用于二极管)DIODE0.4 管脚之间距离为400milDIODE0.7 管脚之间距离为700milDIODE0.4( 小功率）和DIODE0.7（大功率）（DIODExxx，xxx表示功率大小）（3）短距无极性元件封装-RAD xxx（ 常用于无 极性电容）原理图中的常用名称为CAP（无极性）RAD0.1 管脚之间距离为100mil RAD0.2 管脚之间距离为200mil RAD0.3 管脚之间距离为300mil RAD0.4 管脚之间距离为400mil（RADxxx，xxx也表示电容量大小）（4）有极性电容器封装-RB xxx（常用于有极性电解电容器）RB.2/.4 管脚之间距离为200mil，元件直径为400milRB.3/.6 管脚之间距离为300mil，元件直径为600milRB.4/.8 管脚之间距离为400mil，元件直径为800milRB.5/1.0 管脚之间距离为500mil，元件直径为1000milRB.2/.4的封装示意图（5）三极元件封装-TO 常用于三脚元件的封装（TOxxx, xxx表示三极管的类型）原理图中的常用名称为NPN和PNP常用的管脚封装为TO-18（一般三极管） TO-3（大功率达林顿管）TO-3，TO-66：用于大功率铁壳三极元件TO-5，TO-18，TO-39，TO-46，TO-52：用于中小功率铁壳三极元件TO-72：用于中小功率带屏蔽铁壳三极元件TO-92A，TO-92B：用于小功率塑封三极元件TO-126，TO-220：用于中功率塑封三极元件场效应管常用的管脚封装和三极管一样。（6）电位器封装-VR常用于各种可焊接式电位器（VRxxx，xxx表示管脚形状）原理图中的常用名称为POT1、POT2，常用的管脚 封装为VR系列， VR1，VR2，VR3，VR4，VR5。 1-5代表的是封装外型。（7）晶体振荡器封装-XTAL（两个管脚的晶体振荡 器）封装形式有：XTAL1（8）电源稳压器78和79系列常用的管脚封装有: TO-126（小功率）和 TO-220（大功率）（8）接插件封装 单列接插件封装-SIP 常用的有：SIP2，SIP3，SIP4，SIP5，SIP6，SIP7 ，SIP8，SIP9，SIP10，SIP12，SIP16，SIP20SIP4双列接插件封装-IDC常用的有：IDC10，IDC16，IDC20，IDC26， IDC34，IDC36，IDC40，IDC40P，IDC50， IDC50PIDC10（9）双列集成元件封装-DIP（常用于双列集成电路）双列集成元件封装一般在放置集成电路元件时候会 自动装入，如果没有装入，那么就将集成电路的管脚数 目直接加在DIP之后，作为该集成电路的封装。DIP8单面印刷电路板仅有两个面，也称做层。如单面印刷电路板的无敷铜面，至少有两个功能：描述此面所放置元件位置和轮廓、显示此面的边界。 每一个功能定义为一个层（Layer）。类型：Signal Layer（信号层）、Internal plane （内部电源层）、Mechanical Layer（机械层）、 Solder Mark & Paste Mark（阻焊层及防锡膏层）、 SilkScreen（丝印层）、Others（其它层）。 3.层Signal Layer（信号层）信号层主要用于放置与信号有关的电气元素，如电子元件、信号走线。 包括Top Layer（顶层）、Bottom Layer（底层） 、Midlayer1-n（中间工作层）。Top Layer可用于 放置电子元件和信号走线，Bottom Layer用于放置 信号走线和焊点，Midlayer仅放置信号走线。如果 用户使用双面印刷电路板则不会有Midlayer。Internal plane（内部电源层）内部电源层主要 用于布置电源线及接地线。它们分别为Plane1-n。 在设计PCB板时可以指定使用某内部电源层的子电 路。同Midlayer一样用户使用多层印刷电路板才会有内部电源层。Mechanical Layer（机械层）最多提供16个机械 层，分别为Mechanical 1-16，机械层一般用于放置与制作及装配印刷电路板有关的信息，如装配说明、数 据资料、电路板切割信息、孔洞信息以及其它有关印 刷电路板的资料等。Solder Mark & Paste Mark（阻焊层及防锡膏层） 阻焊层用于在进行设计时匹配焊盘和过孔，能够自动生成。SilkScreen（丝印层）丝印层主要用于设置印制信息，如元件轮廓和标注。Others（其它层）其它层包括Keep Out Layer （禁止布线层）、Multi Layer（多层）、Drill Layer（钻孔层）。 (1)Keep Out Layer（禁止布线层）用于定义放置 元件的区域。在该层上禁止自动布线。在Keep Out Layer层上由Track（走线）形成的一个闭合的区域 来构成布线区。如果用户要对电路进行自动布局和 自动布线，必须在Keep Out Layer上设置一个布线区 ，具体步骤将在后面讲解。（2）Multi Layer（多层）是所有信号层的代表， 在该层上放置的元件会自动放置到该层在所有信号 层上。所以通过Multi Layer（多层）用户可以快速 地将一个对象放置到所有信号层上。 (3)Drill Layer（钻孔层）主要用于提供制造时的 钻孔信息，如钻孔位置、说明等。包括Drill Guide （钻孔说明）、Drill Drawing（钻孔制图）两层。 Drill Layer（钻孔层）在制作印刷电路板时将被自 动考虑计算以提供钻孔的信息。(1)铜膜走线也称铜膜导线，简称导线，是分布在层上 连接各个焊点的金属线，是印刷电路板最重要的部 分，设计印刷电路板的主要工作就是围绕如何布置 导线来进行的。 (2)与导线有关的另一种线，即预拉线，我们称之为飞 线。 (3)导线与飞线有本质的区别，导线是根据飞线指示的 焊点间的连接关系而布置的，是具有电气性质的、 有意义的、物理上的连接线路。飞线则是一种形式 上的连接线。它仅在形式上表示出各个焊点间的连 接关系，是非电气性质的、逻辑上的连接。4. 导线与飞线（1）焊盘（Pad）的作用是放置焊锡、连接导线和元 件引脚。过孔（Via）的作用是：当需要连接两个层面上的铜膜走线时就需要过孔。过孔有三种，即 从顶层贯通到底层的穿透式过孔、从顶层到内层或 从内层到底层的盲过孔、连接内层间导线的过孔。（2）对于过孔式元件引脚的焊盘同穿透式过孔没有本质区别。过孔只有圆形，包括两个尺寸：过孔的 直径和通孔的直径。通孔的孔壁由导电材料构成， 用于连接不同层的导线。 5.焊盘、过孔 352焊盘（Pad）焊盘（Pad）分为两类，即针脚式和表面粘贴式，分别对应具有针脚式引脚的元器件和表贴式（表面粘贴式）元器件。图6-2-6 针脚式焊盘尺寸 图6-2-7 针脚式焊盘的三种类型363过孔（Via）过孔（Via）也称为导孔，过孔分为三种，即从顶层到底层的穿透式过孔（如图6-2-9所示）从顶层到内层或从内层到底层的盲过孔（如图6-2-10所示）和层间的隐藏过孔。图6-2-8 表面粘贴式焊盘图6-2-9 穿透式过孔图6-2-10 盲过孔1.启动PCB编辑器 执行File|New 命令，在显示的New Document 对话框中选择PCB Document图标