印刷電路板是電子設(shè)備中的重要部件之一。從收音機(jī)、電視機(jī)、手機(jī)、微機(jī)等民用產(chǎn)品到導(dǎo)彈、宇宙飛船，凡是存在電子元件，它們之間的電氣連接就要使用印刷電路板，而印刷電路板的設(shè)計(jì)和制造也是影響電子設(shè)備的質(zhì)量、成本和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的基本因素之一。在學(xué)習(xí)印刷電路板設(shè)計(jì)之前，我們先了解一下有關(guān)印刷電路板的概念、結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)流程。對(duì)于初學(xué)者，這些知識(shí)是十分必要的。

7．1 印刷電路板基礎(chǔ)

印刷電路板(Printed Circuit Board，簡(jiǎn)稱PCB)，它是以一定尺寸的絕緣板為基材，以銅箔為導(dǎo)線，經(jīng)特定工藝加工，用一層或若干層導(dǎo)電圖形(銅箔的連接關(guān)系)以及設(shè)計(jì)好的孔(如元件孔、機(jī)械安裝孔、金屬化過孔等)來(lái)實(shí)現(xiàn)元件間的電氣連接關(guān)系，它就像在紙上印刷上去似的，故得名印刷電路板或稱印刷線路板。在電子設(shè)備中，印刷電路板可以對(duì)各種元件提供必要的機(jī)械支撐，提供電路的電氣連接并用標(biāo)記符號(hào)把板上所安裝的各個(gè)元件標(biāo)注出來(lái)，以便于插件、檢查及調(diào)試。

7．1．1 印制電路板結(jié)構(gòu)

    一般來(lái)說，印制電路板的結(jié)構(gòu)有單面板、雙面板和多層板三種。

1．  單面板

單面板是一種有敷銅，另一面沒有敷銅的電路板，它只可在敷銅的一面布線并放置元件。單面板由于成本低，不用打過孔而被廣泛應(yīng)用。單面板初聽起來(lái)好像很簡(jiǎn)單，容易設(shè)計(jì)。實(shí)際上并非如此，由于單面板走線只能在一面上進(jìn)行，因此單面板的設(shè)計(jì)往往比雙面板或多層板困難得多。

2．雙面板 

雙面板包括頂層(Top Layer)和底層(Bottom Layer)兩層，頂層一般為元件面，底層一般為焊錫層面，雙面板的雙面都是敷銅，都可以布線。雙面板的電路比單面板的電路復(fù)雜，但布線比較容易，是制作電路板比較理想的選擇。

3．多層板 

多層板就是包含了多個(gè)工作層面的電路板。除了上面講的頂層，底層以外，還包括中間層，內(nèi)部電源或接地層等。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子產(chǎn)品越來(lái)越精密，電路板也就越來(lái)越復(fù)雜，多層電路板的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。多層電路板一般包含三層及三層以上。

7．1．2 元件封裝

    通常我們?cè)O(shè)計(jì)完印刷電路板后，將它拿到專門制作電路板的單位，制作電路板。取回制好的電路板后，我們要將元件焊接上去。那么如何保證取用元件的引腳和印制電路板上的焊點(diǎn)一致呢?那就得靠元件封裝了。

    元件封裝是指實(shí)際元件焊接到電路板時(shí)所指示的外觀和焊接位置。既然元件封裝只是元件的外觀和焊接位置。那么純粹的元件封裝僅僅是空間的概念，因此，不同的元件可以共用一個(gè)元件封裝；另一方面，同種元件也可以有不同的封裝。如RES代表電阻，它的封裝形式有AXIAL0．3，AXIAL0．4，AXIAL0．6等等，所以在取用焊接時(shí)，不僅要知道元件名稱還要知道元件的封裝。元件的封裝可以在設(shè)計(jì)電路圖時(shí)指定，也可以在引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)表時(shí)指定。

1．元件封裝式的分類

元件封裝可以分為針腳式元件封裝和STM(表面粘貼式)元件封裝。

(1)針腳式元件封裝，如圖7-1-1所示。針腳類元件焊接時(shí)先要將元件針腳插人焊點(diǎn)導(dǎo)通孔，然后再焊錫。由于針腳式元件封裝的焊點(diǎn)導(dǎo)孔貫穿整個(gè)電路板，所以其焊點(diǎn)的屬性對(duì)話框中，Layer板層屬性必須為Multi Layer。

(2) STM元件封裝  STM元件封裝的焊點(diǎn)只限于表面板層。其焊點(diǎn)的屬性對(duì)話框中，Layer板層屬性必須為單一表面，如Top Layer或者Bottom Layer。如圖7-1-2所示為一些常見的STM封裝。

圖7-1-1 DIP封裝                    圖7-1-2  常見的STM封裝

2．元件封裝的編號(hào)

    元件封裝的編號(hào)一般為元件類型+焊點(diǎn)距離(焊點(diǎn)數(shù))+外形尺寸。我們可以根據(jù)元件封裝編號(hào)來(lái)判別元件封裝的規(guī)格。如AXIAL0．4表示此元件封裝為軸狀的，二焊點(diǎn)間的距離為4 00 mil(約等于1 0 mm)；DIPl 6表示雙排引腳的元件封裝，兩排共有1 6個(gè)引腳；RB．2／．4表示極性電容類元件封裝，引腳間距離為2 0 0 mil，元件直徑為400 mil，這里．2和0．2都表示2 00 mil。

    注意：Protel可以使用兩種單位，即英制和公制。英制的單位為inch(英寸)，在Protel

中一般使用的mil，即微英寸。公制單位一般為mm(毫米)。英制和公制單位的換算關(guān)系為：1 inch=25．4 mm，1 mil≈0．0254 mm≈1／40mm 。

7．1．3銅膜導(dǎo)線

    銅膜導(dǎo)線也稱銅膜走線，簡(jiǎn)稱導(dǎo)線，用于連接各個(gè)焊點(diǎn)，是印制電路板最重要的部分。

印制電路板設(shè)計(jì)都是圍繞如何布置導(dǎo)線來(lái)進(jìn)行的。

    與導(dǎo)線有關(guān)的另外一種線，我們常稱之為飛線，即預(yù)拉線，飛線是在引入網(wǎng)絡(luò)表后，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則生成的，用來(lái)指引布線的一種連線。

    飛線與導(dǎo)線有本質(zhì)的區(qū)別，飛線只是一種形式上的連線。它只是形式上表示出各個(gè)焊點(diǎn)間的連接關(guān)系。沒有電氣的連接意義。導(dǎo)線則是根據(jù)飛線指示的焊點(diǎn)間的連接關(guān)系而布置的，是具有電氣連接意義的連接線路。

7．1．4焊點(diǎn)和導(dǎo)孔

1．焊點(diǎn) 

焊點(diǎn)(pad)的作用是放置焊錫、連接導(dǎo)線和元件引腳。焊點(diǎn)是PCB設(shè)計(jì)中最常接觸，也是最重要的概念。但初學(xué)者往往容易忽視它的選擇和修正，在設(shè)計(jì)中統(tǒng)統(tǒng)使用圓形焊點(diǎn)。事實(shí)上，選擇焊點(diǎn)類型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動(dòng)和受熱情況等等。Protel給出了一系列不同大小和形狀的焊點(diǎn)，如圓形、方形、八角、圓方形等焊點(diǎn)。此外。Protel還允許用戶自行設(shè)計(jì)焊點(diǎn)形狀，例如，對(duì)于發(fā)熱、受力、電流較大的焊點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)成“淚滴狀”焊點(diǎn)。

    自行設(shè)計(jì)或編輯焊點(diǎn)時(shí)，要考慮如下幾個(gè)方面的因素：

    ■形狀上長(zhǎng)短不一致時(shí)，要考慮連線的寬度與焊點(diǎn)特定邊長(zhǎng)的大小差異不能太大。

    ■需要在元件之間走線時(shí)，選用長(zhǎng)短不對(duì)稱的焊點(diǎn)往往能收到“事半功倍”的效果。

    ■各元件焊點(diǎn)孔的大小要按照元件引腳粗細(xì)分別進(jìn)行編輯確定，一般應(yīng)該讓孔的尺寸比元件引腳直徑大0．2～0．4 mm。

2．導(dǎo)孔 

導(dǎo)孔(via)的作用是連接不同板層間的導(dǎo)線，在各層需要連通的導(dǎo)線交匯處鉆一個(gè)公共孔—導(dǎo)孔導(dǎo)。孔有3種：

    ■從頂層貫通到底層的穿透式導(dǎo)孔；

    ■從頂層通到內(nèi)層或從內(nèi)層通到底層的盲導(dǎo)孔；

■內(nèi)層問的隱藏導(dǎo)孔。

    導(dǎo)孔從上面看上去，有兩個(gè)尺寸，即通孔直徑和導(dǎo)孔直徑(圖7-1-3)。通孔和導(dǎo)孔之間的孔壁，由與導(dǎo)線相同的材料構(gòu)成，用于連接不同的板層的導(dǎo)線。

    設(shè)計(jì)線路時(shí)，對(duì)導(dǎo)孔的處理原則有：

    ■盡量少用導(dǎo)孔一旦選用了導(dǎo)孔，就務(wù)必要處理好導(dǎo)孔和它周邊各個(gè)實(shí)體之間的間隙，特別是容易被忽視的中間各層與導(dǎo)孔不相連的線與導(dǎo)孔的間隙。

    ■需要的載流量越大，所需的導(dǎo)孔尺寸越大，例如，電源層和接地層與其他層連接所用的導(dǎo)孔就要大一點(diǎn)。   

7．1．5助焊膜和阻焊膜

    各類膜(Mask)不僅是PCB制作工藝過程中必不可少的，而且更是元件焊接的必要條件。按膜所處的位置以及作用，膜可以分為元件面(或焊接面)助焊膜(Top 0r Bottom Solder)和元件面(或焊接面)阻焊膜(Top or Bottom Paste Mask)兩類。助焊膜是涂于焊點(diǎn)上，提高可焊性能的一層膜。阻焊膜的情況則正好相反，為了使制成的板子適應(yīng)波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊點(diǎn)處的銅箔不能粘焊錫，因此，在焊點(diǎn)之外的各個(gè)部位都要涂覆一層涂料，用于阻止這些部位上錫。可見，助焊膜和阻焊膜是一種互補(bǔ)關(guān)系。

6．層

    Protel的“層”不是虛擬的，而是印制板材料本身實(shí)實(shí)在在的銅箔層。當(dāng)前，由于電子線路的元件密集安裝、抗干擾和布線等特殊要求，一些較新的電子產(chǎn)品中所用的印制板不僅上下兩面可以走線，在板的中間還設(shè)有能被特殊加工的夾層銅箔。這些層因?yàn)榧庸るy度相對(duì)較大而大多用于設(shè)置走線比較簡(jiǎn)單的電源布線層(Ground Dever和Power Dever)，并常常用大面積填充的方法來(lái)布線(如Fill)。上下位置的表面層和中間層需要連通的地方用“導(dǎo)孔”(via)來(lái)溝通。

    注意：在Protel中，一旦選定了所用印制板的層數(shù)，必須關(guān)閉未被使用的“層”，以免布線錯(cuò)誤。

7．絲印層

    為方便電路的安裝和維修等，在印制板的上下兩個(gè)表面印制上所需要的標(biāo)志圖案和文字代號(hào)等(例如元件標(biāo)號(hào)、標(biāo)稱值、元件外廓形狀)，這就是被稱為絲印層的“層”(SilkscreenTop／Bottom Overlay)。

    需要指出的是，在設(shè)計(jì)絲印層時(shí)，不能只注意布置的美觀而忽略實(shí)際制作的PCB效果。要注意，字符不能被元件蓋住，不能侵入助焊區(qū)(在制作PCB板時(shí)會(huì)被抹掉)，不能將元件標(biāo)號(hào)打到別的元件上去等等。