前言:
几个定义:
印制电路板(PCB, printed circuit board):
在绝缘基材上,按预定设计形成印制元件或印制线路或两者结合的导电图形的印制板。
元件面(Component Side):
安装有主要器件(IC等主要器件)和大多数元器件的印制电路板一面,其特征表现为器件复杂,对印制电路板组装工艺流程有较大影响。通常以顶面(Top)定义。
焊接面(Solder Side):
与印制电路板的元件面相对应的另一面,其特征表现为元器件较为简单。通常以底面(Bottom)定义。
金属化孔(Plated Through Hole):
孔壁沉积有金属的孔。主要用于层间导电图形的电气连接。
非金属化孔(Unsupported hole):
没有用电镀层或其它导电材料涂覆的孔。
引线孔(元件孔):
印制电路板上用来将元器件引线电气连接到印制电路板导体上的金属化孔。
通孔:
金属化孔贯穿连接(Hole Through Connection)的简称。
盲孔(Blind via):
多层印制电路板外层与内层层间导电图形电气连接的金属化孔。
埋孔(Buried Via):
多层印制电路板内层层间导电图形电气连接的金属化孔。
测试孔:
设计用于印制电路板及印制电路板组件电气性能测试的电气连接孔。
安装孔:
为穿过元器件的机械固定脚,固定元器件于印制电路板上的孔,可以是金属化孔,也可以是非金属化孔,形状因需要而定。
塞孔:
用阻焊油墨阻塞通孔。
阻焊膜(Solder Mask, Solder Resist):
用于在焊接过程中及焊接后提供介质和机械屏蔽的一种覆膜。
焊盘(Land, Pad):
用于电气连接和元器件固定或两者兼备的导电图形。
其它有关印制电路的名词述语和定义参见 GB2036-80《印制电路名词述语和定义》。
元件引线(Component Lead):从元件延伸出的作为机械连接或电气连接的单股或多股金属导线,或者已经成形的导线。
折弯引线(Clinched Lead):焊接前将元件引线穿过印制板的安装孔然后弯折成形的引线。
轴向引线(Axial Lead):沿元件轴线方向伸出的引线。
波峰焊(Wave Soldering):印制板与连续循环的波峰状流动焊料接触的焊接过程。
回流焊(Reflow Soldering):是一种将元器件焊接端面和PCB焊盘涂覆膏状焊料后组装在一起,加热至焊料熔融,再使焊接区冷却的焊接方式。
桥接(Solder Bridging):导线间由焊料形成的多余导电通路。
锡球(Solder Ball):焊料在层压板、阻焊层或导线表面形成的小球(一般发生在波峰焊或回流焊之后)。
拉尖(Solder Projection):出现在凝固的焊点上或涂覆层上的多余焊料凸起物。
墓碑,元件直立(Tombstone Component):一种缺陷,双端片式元件只有一个金属化焊端焊接在焊盘上,另一个金属化焊端翘起,没有焊接在焊盘上。
集成电路封装缩写:
BGA(Ball Grid Array):球栅阵列,面阵列封装的一种。
QFP(Quad Flat Package):方形扁平封装。
PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier):有引线塑料芯片栽体。
DIP(Dual In-line Package):双列直插封装。
SIP(Single inline Package):单列直插封装
SOP(Small Out-Line Package):小外形封装。
SOJ(Small Out-Line J-Leaded Package):J形引线小外形封装。
COB(Chip on Board):板上芯片封装。
Flip-Chip:倒装焊芯片。
片式元件(CHIP):片式元件主要为片式电阻、片式电容、片式电感等无源元件。根据引脚的不同,有全端子元件(即元件引线端子覆盖整个元件端)和非全端子元件,一般的普通片式电阻、电容为全端子元件,而像钽电容之类则为非全端子元件。
THT(Through Hole Technology):通孔插装技术
SMT(Surface Mount Technology):表面安装技术
印制电路板设计的基本要求和注意事项
一、印刷电路板图设计的基本原则要求
1.印刷电路板的设计,从确定板的尺寸大小开始,印刷电路板的尺寸因受机箱外壳大小限制,以能恰好安放入外壳内为宜,其次,应考虑印刷电路板与外接元器件(主要是电位器、插口或另外印刷电路板)的连接方式。印刷电路板与外接元件一般是通过塑料导线或金属隔离线进行连接。但有时也设计成插座形式。即:在设备内安装一个插入式印刷电路板要留出充当插口的接触位置。对于安装在印刷电路板上的较大的元件,要加金属附件固定,以提高耐振、耐冲击性能。
2.布线图设计的基本方法
首先需要对所选用元件器及各种插座的规格、尺寸、面积等有xx的了解;对各部件的位置安排作合理的、仔细的考虑,主要是从电磁场兼容性、抗干扰的角度,走线短,交叉少,电源,地的路径及去耦等方面考虑。各部件位置定出后,就是各部件的连线,按照电路图连接有关引脚,完成的方法有多种,印刷线路图的设计有计算机辅助设计与手工设计方法两种。
xxx的是手工排列布图。这比较费事,往往要反复几次,才能{zh1}完成,这在没有其它绘图设备时也可以,这种手工排列布图方法对刚学习印刷板图设计者来说也是很有帮助的。计算机辅助制图,现在有多种绘图软件,功能各异,但总的说来,绘制、修改较方便,并且可以存盘贮存和打印。
接着,确定印刷电路板所需的尺寸,并按原理图,将各个元器件位置初步确定下来,然后经过不断调整使布局更加合理,印刷电路板中各元件之间的接线安排方式如下:
(1)印刷电路中不允许有交叉电路,对于可能交叉的线条,可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即,让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去,或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去,在特殊情况下如何电路很复杂,为简化设计也允许用导线跨接,解决交叉电路问题。
(2)电阻、二极管、管状电容器等元件有“立式”,“卧式”两种安装方式。立式指的是元件体垂直于电路板安装、焊接,其优点是节省空间,卧式指的是元件体平行并紧贴于电路板安装,焊接,其优点是元件安装的机械强度较好。这两种不同的安装元件,印刷电路板上的元件孔距是不一样的。
(3)同一级电路的接地点应尽量靠近,并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。特别是本级晶体管基极、发射极的接地点不能离得太远,否则因两个接地点间的铜箔太长会引起干扰与自激,采用这样“一点接地法”的电路,工作较稳定,不易自激。
(4)总地线必须严格按高频-中频-低频一级级地按弱电到强电的顺序排列原则,切不可随便翻来复去乱接,级与级间宁肯可接线长点,也要遵守这一规定。特别是变频头、再生头、调频头的接地线安排要求更为严格,如有不当就会产生自激以致无法工作。调频头等高频电路常采用大面积包围式地线,以保证有良好的屏蔽效果。
(5)强电流引线(公共地线,功放电源引线等)应尽可能宽些,以降低布线电阻及其电压降,可减小寄生耦合而产生的自激。
(6)阻抗高的走线尽量短,阻抗低的走线可长一些,因为阻抗高的走线容易发笛和吸收信号,引起电路不稳定。电源线、地线、无反馈元件的基极走线、发射极引线等均属低阻抗走线,射极跟随器的基极走线、收录机两个声道的地线必须分开,各自成一路,一直到功效末端再合起来,如两路地线连来连去,极易产生串音,使分离度下降。
二、印刷板图设计中应注意下列几点
1.布线方向:从焊接面看,元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致,布线方向{zh0}与电路图走线方向相一致,因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测,故这样做便于生产中的检查,调试及检修(注:指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下)。
2.各元件排列,分布要合理和均匀,力求整齐,美观,结构严谨的工艺要求。
3.电阻,二极管的放置方式:分为平放与竖放两种:
(1)平放:当电路元件数量不多,而且电路板尺寸较大的情况下,一般是采用平放较好;对于1/4W以下的电阻平放时,两个焊盘间的距离一般取4/10英寸,1/2W的电阻平放时,两焊盘的间距一般取5/10英寸;二极管平放时,1N400X系列整流管,一般取3/10英寸;1N540X系列整流管,一般取4~5/10英寸。
(2)竖放:当电路元件数较多,而且电路板尺寸不大的情况下,一般是采用竖放,竖放时两个焊盘的间距一般取1~2/10英寸。
4.电位器:IC座的放置原则
(1)电位器:在稳压器中用来调节输出电压,故设计电位器应满中顺时针调节时输出电压升高,反时针调节器节时输出电压降低;在可调恒流充电器中电位器用来调节充电电流折大小,设计电位器时应满中顺时针调节时,电流增大。电位器安放位轩应当满中整机结构安装及面板布局的要求,因此应尽可能放轩在板的边缘,旋转柄朝外。
(2)IC座:设计印刷板图时,在使用IC座的场合下,一定要特别注意IC座上定位槽放置的方位是否正确,并注意各个IC脚位是否正确,例如第1脚只能位于IC座的右下角线或者左上角,而且紧靠定位槽(从焊接面看)。
5.进出接线端布置
(1)相关联的两引线端不要距离太大,一般为2~3/10英寸左右较合适。
(2)进出线端尽可能集中在1至2个侧面,不要太过离散。
6.设计布线图时要注意管脚排列顺序,元件脚间距要合理。
7.在保证电路性能要求的前提下,设计时应力求走线合理,少用外接跨线,并按一定顺充要求走线,力求直观,便于安装,高度和检修。
8.设计布线图时走线尽量少拐弯,力求线条简单明了。
9.布线条宽窄和线条间距要适中,电容器两焊盘间距应尽可能与电容引线脚的间距相符;
10.设计应按一定顺序方向进行,例如可以由左往右和由上而下的顺序进行
PCB及电路抗干扰措施:
1.电源线设计 .
根据印制线路板电流的大小,尽量加租电源线宽度,减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力。 .
2.地段设计 .
地线设计的原则是; .
(1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路,应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而租,高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。 .
(2)接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条,则接地电位随电流的变化而变化,使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗,使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能,接地线应在2~3mm以上。 .
(3)接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板,其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。 .
3.退藕电容配置 .
PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕电容。退藕电容的一般配置原则是: .
(1)电源输入端跨接10~100uf的电解电容器。如有可能,接100uF以上的更好。 .
(2)原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容,如遇印制板空隙不够,可每4~8个芯片布置一个1~10pF的但电容。 .
(3)对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件,如RAM、ROM存储器件,应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容。 .
(4)电容引线不能太长,尤其是高频旁路电容不能有引线。此外,还应注意以下两点: .
(1在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时.操作它们时均会产生较大火花放电,必须采用附图所示的RC电路来吸收放电电流。一般R取1~2K,C取2.2~47UF。 .
(2CMOS的输入阻抗很高,且易受感应,因此在使用时对不用端要接地或接正电源。