什么是印刷电路板的设计?
一、印刷电路板的设计原则
(1)首先要选好电子设备用的机壳,确定印制板的规格和尺寸。
(2)元器件安放的位置要根据所选机壳及电路的需要确定。如制作收音机时,电仪器和调谐电容器要靠近机壳边,使其旋钮恰好能伸出机壳外。磁性天线应置于机壳上端水平方向。电池位置要紧靠机壳的下部,以便增加其稳度。
(3)元器件安排要使其不互相干扰,如磁棒应尽量远离扬声器,输入、输出变压器要互相垂直,各元器件既要安排得紧凑,又要有适当距离。
(4)元器件应安装在无铜箔的一面,并使元器件间的连接铜箔尽可能不交叉。
二、印刷电路板的设计方法
(1)先选用一张白纸(与板大小相同),根据电路图中的主要组件,在纸上画出排列位置,再将其他元器件安放在这些主要组件的周围,然后用铅笔将这些元器件按电路图连接,不断进行修改,直至不使连接的线路发生交叉且合理为止。
(2)要根据选用元器件的大小,按尺寸确定其钻孔的位置,使所有组件符合设计原则的要求。经多次核实无误后,确定方案,准备往印刷电路板上绘图。
印制电路板设计和布线时需要注意的问题
| | 2010年04月20日 | [字体:小 大] | 点击推荐给好友
关键词:
印制板设计时,要考虑到干扰对系统的干扰,将电路的模拟部分和数字部分的电路严格分开,对核心电路重点防护,将系统地线环绕,并布线尽可能粗,电源增加滤波电路,采用DC-DC隔离,信号采用光电隔离,设计隔离电源,分析容易产生干扰的部分(如时钟电路、通讯电路等)和容易被干扰的部分(如模拟采样电路等),对这两种类型的电路分别采取方法。对于干扰元件采取抑制方法,对敏感元件采取隔离和保护方法,并且将它们在空间和电气上拉开距离。在板级设计时,还要注意元器件放置要远离印制板边沿,这对防护空气放电是有利的。
采样电路的原理图设计参见图1:
图1:采样电路设计。
电路的合理布局可以降低干扰,提高EMC性能。按照电路的功能划分若干个功能模块,分析每个模块的干扰源和敏感信号,以便进行特殊处理。
印制板布线时,需要注意以下几个方面:
1、保持环路面积最小,例如电源和地之间形成的环路,减小环路面积,将减小电磁干扰在此回路上的感应电流,电源线尽可能靠近地线,以减小差模辐射的环面积,降低干扰对系统的干扰,提高系统的抗干扰性能。并联的导线紧紧放在一起,使用一条粗导线进行连接,信号线紧挨地平面布线可以降低干扰。电源和地之间增加高频滤波电容。
2、使导线长度尽可能的缩短,减小了印制板的面积,降低导线上的干扰。
3、采用完整的地平面设计,采用几层板设计,铺设地层,便于干扰信号泄放。
4、使电子元件远离可能会发生放电的平面如机箱面板、把手、螺钉等,保持机壳和地良好接触,为干扰提供良好的泄放通道。对敏感信号包地处理,降低干扰。
5、尽量采用贴片元器件,贴片器件比直插器件的EMC性能要好得多。
6、模拟地和数字地在PCB和外界连接处进行一点接地。
7、高速逻辑电路应靠近连接器边缘,低速逻辑电路和存储器则应布置在远离连接器处,中速逻辑电路则布置在高速逻辑电路和低速逻辑电路之间。
8、电路板上的印制线宽度不要突变,拐角应采用圆弧形,不要直角或尖角。
9、时钟线、信号线也尽可能靠近地线,并且走线不要过长,以减小回路的环面积。
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1.印制线路板的元件布局考虑
在PCB设计过程中,按照设计要求,把元器件放置到板上的过程叫做布局。这在概念上和走线是有区别的,通常是对元器件有一个整体的布局规划,然后可以边布局边走线(适用于PCB板布局空间较充分的场合),也可以在元件布局完成后再走线,走线的过程中随时进行局部位置的调整。元器件布局操作的基本原则主要有以下几个方面。
①遵照“先大后小,先难后易”的布置原则,即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局。
②元器件布局中应参考原理框图,根据主信号流向规律安排主要元器件。
③元器件布局应该尽量考虑下一步的布线要求:总的连线尽可能短,关键信号线最短;高电压、大电流信号与低电压、小电流的弱信号完全分开,模拟信号与数字信号分开;高频信号与低频信号分开;高频元器件的间隔要充分。
④相同结构电路部分,尽可能采用“对称式”标准进行元器件布局
⑤按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化。
⑥器件布局栅格的设置,一般IC器件布局时,栅格应为50~100mil,小型表面安装器件,如表面贴装元件布局时栅格设置应不少于25mil。
⑦如有特殊要求,应在交付制作时作出说明。
⑧同类型插装元器件在X或Y方向上应朝同一个方向放置;同一类型的有极性分立元件也要力争在X或Y方向上保持一致,便于生产和检验。
⑨发热元件一般应均匀分布,以利于单板和整机的散热,除温度检测元件以外的温度敏感器件应远离发热量大的元器件。
⑩元器件的排列要便于调试和维修,亦即小元件周围不能放置大元件、需调试的元器件周围要有足够的空间。
(11)需用波峰焊工艺生产的单板,其紧固件安装孔和定位孔都应为非金属化孔。当安装孔需要接地时,应采用分布接地小孔的方式与地平面连接。
(12)焊接面的贴装元件采用波峰焊接工艺时,阻、容件轴向要与波峰焊传送方向垂直,阻排及SOP(引脚间距大于等于1.27mm)元器件轴向与传送方向平行;引脚间距小于1.27mm(50mil)的IC、SOJ、PLCC、QFP等有源元件避免波峰焊焊接。
(13)BGA与相邻元器件的距离>5mm,其他贴面元件相互间的距离>0.7mm;贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm;有压接件的PCB、压接的接插件周围5mm内不能有插装元器件,在焊接面其周围的5mm内也不能有贴装元器件。
(14)IC去耦电容的布局要尽量靠近IC的电源管脚,并使之与电源和地之间形成的回路最短。
(15)元件布局时,应适当考虑使用同一种电源的器件尽量放在一起,以便于将来的电源分离。
(16)用于阻抗匹配目的的阻容器件的布局,要根据其属性合理布局。串联匹配电阻的布局要靠近该信号的驱动端,距离一般不超过500mil,匹配电阻、电容的布局一定要分清信号的源端与终端,对于多负载的终端匹配一定要在信号的最远端匹配。
(17)布局完成后打印出装配图供原理图设计者检查器件封装的正确性,并且确认单板、背板和接插件的信号对应关系,经确认无误后方可开始布线。
2.印制线路板的布局规范
①铜箔最小线宽:单面板0.3mm,双面板0.2mm,边缘铜箔最小要0.5mm
②铜箔最小间隙:单面板0.35mm,双面板0.25mm
③铜箔与板边的最小距离为0.5mm,元件与板边最小距离为1mm,焊盘与板边最小距离为1mm。
④一般通孔安装元件的焊盘大小(直径)为孔径的两倍,双面板最小为1.5mm,单面板最小为2.0mm(建议2.5mm)。如果不能用圆形焊盘,可用腰圆形焊盘。
⑤电解电容不可触及发热元件,如大功率电阻,热敏电阻,变压器,散热器等,电解电容与散热器的间隔最小为10mm,其他元件到散热器的间隔最小为2.0mm。
⑥大型元器件(如变压器、直径15.0mm以上的电解电容、大电流的插座等)加大铜箔及上锡面积如图所示,阴影部分面积最小要与焊盘面积相等。
⑧上锡位不能有丝印油。
⑨焊盘中心距小于2.5mm的,该相邻的焊盘周围要有丝印油包裹,丝印油宽度为0.2mm(建议0.5mm)。
⑩跳线不要放在IC下面或马达,电位器以及其他大体积金属外壳的元件下。
(11)在大面积PCB设计中(大约超过500cm²以上),为防止过锡炉时PCB板弯曲,应在PCB板中间留一条5~10mm宽的空隙不放元器件(可走线),以用来在过锡炉时加上防止PCB弯曲的压条,如下图所示:
(12)建议有极性和不好区分引脚的元件在丝印上标出,如三极管在丝印上标出e,b,c脚。
(13)需要过锡炉后才焊的元件,焊盘要开走锡位,方向与过锡方向相反,宽度视孔的大小为0.5~1.0mm,如图所示:
(14)设计双面板时要注意,金属外壳的元件,插件时外壳与印制板接触的,顶层的焊盘不可开窗,一定要用绿油或丝印油盖住(例如两脚的晶振)。
(15)为减少焊点短路,所有的双面印制板,过孔都不开绿油窗。
(16)每一块PCB上都必须用实心箭头标出过锡炉的方向,如下图所示:
(17)孔洞箭距离最小为1.25mm(对双面板无效)如下图所示:
(18)布局时,DIP封装的IC摆放的方向必须与过锡炉的方向成垂直,不可平行,如图所示;如果布局上有困难,可允许水平放置IC(SOP封装的IC摆放方向与DIP相反)。
(19)布线方向为水平或垂直,由垂直转入水平走45°进入。
(20)元件的安放为水平或者垂直,尽量不要斜放。
(21)丝印字符为水平或右转90°摆放。
(22)若铜箔圆焊盘的宽度较圆焊盘的直径小时,需要补加泪滴,如图所示:
(23)如果印制板上大面积地线和电源线区(面积超过500mm²),应局部开窗口,如下图所示:
(24)横插元件(电阻,二极管等)脚间中心,相距必须是7.5mm,10.0mm及12.5mm(如必要,6,0mm亦可利用,但适用于1N4148型二极管或1/16W电阻上,1/4W电阻由10mm开始)。跳线的脚间中心距必须是5mm,7.5mm,12.5mm,15mm,17.5mm,20mm,22.5mm,25mm。
(25)印制板的阻焊丝印油如图所示:
(26)横插元件阻焊油方向
(27)直插元件阻焊油方向
(28)PCB板上的散热孔,直径不可大于3.5mm。
(29)PCB上如果有φ12mm或方形12mm以上的孔,必须做一个防止焊锡流出的孔盖,如下图所示:
(30)印制板横插元件(电阻、二极管)间最小距离X如下表所示:
(31)直插元件只适用于外围尺寸或直径不大于10.5mm的元件。
(32)直插元件孔的中心距位2.5mm或5.0mm
(33)直插元件间最小间隙要符合一下图表所示:
(34)测试焊盘:测试焊盘以φ2.0mm为标准,最小不低于φ1.5mm
(35)在用贴片元件的PCB板上,为了提高贴片元件的贴装准确性,PCB板上必须设有校正标记(MARKS),且每一块板最少要两个标记,分别设于PCB的一组对角上,如下图所示:
(36)一般标记的形状有:正方形、三角形、圆形、菱形等,如图所示:
(37)最常用的标记为正方形和圆形,标记部的铜箔或焊锡从标记中心方形的5mm范围内无焊迹或图案;标记部的铜箔或焊锡从标记中心圆形的4mm范围内应无焊迹或图案。如下图所示:
(38)对于表面贴装IC(QFN等封装),当引脚间距小于0.8mm时,要求在零件的单位对角加两个标记,作为该零件的校正标记,如下图所示:
(39)在一块板上有相同的多块板时,只要指定一个电路的标记或零件的标准标记后,其他电路也可以自动地移动识别标记,但是其他的电路由180°角度(调头配置)时标记只限用圆形(实心或空心)。
(40)贴片元件的间距如图所示:
(41)贴片元件与直插元件之间的距离,如图所示:
(42)交流220V电源部分的火线与中线在铜箔安全距离不小于3.0mm,交流220v线中任一PCB线或可触及点距离低压零件及壳体之间距应大于6mm,并且要加上警告符号,符号下面要有“高压危险”字符,强电与弱电间应用粗的丝印线分开,以警告维修人员该处为高压部分,要小心操作。
(43)当无维护文件时,PCB板上的保险管、保险电阻、交流220V的滤波电容、变压器等元件位置附近,丝印面上应该有警告符号及该元件的标称值。
(44)PCB铜箔L-N-地间距≥3mm
(45)外壳间隙至带电体(铜箔)≥3mm,爬电距离≥6mm
(46)L-L间距≥1mm(250VAC以内),250VAC以上则需要大于等于3mm
(47)同时使用两种电压时,不同电压间距≥6mm
1,蚀刻法,使用双氧水,硫酸亚铁对电路板蚀刻。
2,雕刻法,直接拿刀把线路雕刻出来。
3,直接找PCB生产,这是PCB质量最好,最稳定和便捷的方法。而且现在打样也不贵,所以更多偏向于此方法,设计好后发给厂家生产。
SMT线路板是表面贴装设计中不可缺少的组成之一.SMT线路板是电子产品中电路元件与器件的支撑件,它实现了电路元件和器件之间的电气连接.随著电子技术发展,PCB板的体积越来越小,密度也越来越高,并且PCB板层不断地增加,因此,要求PCB在整体布局,抗干扰能力,工艺上和可制造性上要求越来越高.
印刷电路板设计的主要步骤
1:绘制原理图.
2:元件库的创建.
3:建立原理图与印制板上元件的网路连接关系.
4:布线和布局.
5:创建印制板生产使用资料和贴装生产使用资料.
印制电路板的设计过程中要考虑以下问题:
要确保电路原理图元件图形与实物相一致和电路原理图中网路连接的正确性.
印制电路板的设计不仅仅是考虑原理图的网路连接关系,而且要考虑电路工程 的一些要求,电路工程的要求主要是电源线,地线和其他一些导线的宽度,线路的连接,一些元件的高频特性,元件的阻抗,抗干扰等.
印制电路板整机系统安装的要求,主要考虑安装孔,插头,定位孔,基准点等
都要满足要求,各种元件的摆放位置和准确地安装在规定的位置,同时要便於安装,系统调试,以及通风散热.
印制电路板的可制造性上和它的工艺性上的要求,要熟悉设计规范和满足生产
工艺要求,使设计出的印制电路板能顺利地进行生产.
在考虑元器件在生产上便於安装,调试,返修,同时印制电路板上的图形,焊
盘,过孔等要标准,确保元器件之间不会碰撞,又方便地安装.
设计出印制电路板的目的主要是应用,因此我们要考虑它的实用性和可靠性,
同时减少印制电路板的板层和面积,从而来降低成本,适当大一些的焊盘,通孔,走线等有利於可靠性的提高,减少过孔,优化走线,使其疏密均匀,一致性好,使板面的整体布局美观一些.
一,要使所设计的电路板达到预期的目的,印刷电路板的整体布局,元器件的摆放位置起著关键作用,它直接影响到整个印刷电路板的安装,可靠性,通风散热,布线的直通率.
PCB上的元件位置和外形确定后,再考虑PCB的布线
二,为了使所设计的产品更好有效地工作,PCB在设计中不得不考虑它的抗干扰能力,并且与具体的电路有著密切的关系.
三,线路板的元件和线路设计完成后,接上来要考虑它的工艺设计,目的将各种不良因素消灭在生产开始之前,同时又要兼顾线路板的可制造性,以便生产出优质的产品和批量进行生产.
前面在说元件得定位及布线时已经把线路板的工艺方面涉及到一些.线路板的工艺设计主要是把我们设计出的线路板与元件通过SMT生产线有机的组装在一起,从而实现良好电气连接达到我们设计产品的位置布局.焊盘设计,布线以抗干扰性等还要考虑我们设计出的板子是不是便於生产,能不能用现代组装技术-SMT技术进行组装,同时要在生产中达到不让产生不良品的条件产生设计高度.具体有以下几个方面:
1:不同的SMT生产线有各自不同的生产条件,但就PCB的大小,pcb的单板尺寸不小於200*150mm.如果长边过小可以采用拼版,同时长与宽之比为3:2或4:3电路板面尺寸大於200×150mm时,应考虑电路板所受的机械强度.
2:当电路板尺寸过小,对於SMT整线生产工艺很难,更不易於批量生产,最好方法采用拼板形式,就是根据单板尺寸,把2块,4块,6块等单板组合到一起,构成一个适合批量生产的整板,整板尺寸要适合可贴范围大小.
3:为了适应生产线的贴装,单板要留有3-5mm的范围不放任何元件,拼板留有3-8mm的工艺边,工艺边与PCB的连接有三种形式:A无搭边,有分离槽,B有搭边,又有分离槽,C有搭边,无分离槽.设有冲裁用工艺搭国.根据PCB板的外形,有途等适用不同的拼板形式.对PCB的工艺边根据不同机型的定位方式不同,有的要在工艺边上设有定位孔,孔的直径在4-5厘米,相对比而言,要比边定位精度高,因此有定位孔定位的机型在进行PCB加工时,要设有定位孔,并且孔设计的要标准,以免给生产带来不便.
4:为了更好的定位和实现更高的贴装精度,要为PCB设上基准点,有无基准点和设的好与坏直接影响到SMT生产线的批量生产.基准点的外形可为方形,圆形,三角形等.并且直径大约在1-2mm范围之内,在基准点的周围要在3-5mm的范围之内,不放任何元件和引线.同时基准点要光滑,平整,不要任何污染.基准点的设计不要太靠近板边,要有3-5mm的距离.
5:从整体生产工艺来说,其板的外形最好为距形,特别对於波峰焊.采用矩形便於传送.如果PCB板有缺槽要用工艺边的形式补齐缺槽,对於单一的SMT板允许有缺槽.但缺槽不易过大应小於有边长长度的1/3.
总之,不良品的产生是每一个环节都有可能,但就PCB板设计这个环节,应该从 各个方面去考虑,让其即很好实现我们设计该产品目的,又要在生产中适合SMT生产线的批量生产,尽力设计出高质量的PCB板,把出现不良品的机率降到最低.
印制电路板的设计是以电路原理图为根据,实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计,需要考虑外部连接的布局。内部电子元件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本,达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现,复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计(CAD)实现。
电路板PCB布局规则:
1、在通常情况下,所有的元件均应布置在电路板的同一面上,只有顶层元件过密时,才能将一些高度有限并且发热量小的器件,如贴片电阻、贴片电容、贴片IC等放在底层。
2、在保证电气性能的前提下,元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列,以求整齐、美观,在一般情况下不允许元件重叠;元件排列要紧凑,元件在整个版面上应分布均匀、疏密一致。
3、电路板上不同组件相临焊盘图形之间的最小间距应在1MM以上。
原理图设计------做封装------导入封装-----布局------走线-----设计完成生成GERBER光绘文件------发给厂家生产就印刷出电路板来了
基本就这些步骤了。我做了接近10年高速PCB设计。
如下面两个图,
设计好的PCB文件截图
印刷生产好,而且连元件都已经焊接加工好的电路板。
首先要在电脑上用protel等电路设计软件先绘制电路原理图和PCB(元器件封装图)。如下图:
2.用热转印纸放入普通打印机,调整合适的打印比例,打印出黑白的PCB图。如下图:
3.用砂纸打磨掉覆铜板表面的氧化层,使覆铜板看起来既光滑又光亮。如下图:
4.将第2步中打印有PCB图的热转印纸固定在第3步打磨的覆铜板上,并送入热转印机(也可以用常见的加热熨斗等来代替热转印机)打印,使得含有PCB图的墨粉经过热压的方式打印在覆铜板上,并逐步撕掉热转印纸,如下图:
5.将腐蚀液倒入塑料盒,然后再往腐蚀液放入第4步打印有PCB图案的覆铜板,经过一段时间(根据不同浓度的腐蚀液时间长短不一样)的腐蚀,大概半个小时到一个小时左右,倒掉腐蚀液,并捞出被腐蚀过的覆铜板.
用砂纸轻轻打磨掉覆铜板上PCB图上的碳粉,就可以得到一个和PCB图案一模一样的铜板电路走线,如下图。
6.将第5步得到的覆铜板放入钻孔机按照PCB图的所有孔位置进行逐个打孔,最后就能把元器件对应焊接上去了,整个PCB制版流程就算到此结束。如下图。