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硬件开发

PCB设计

2019-12-16

一、PCB的基础知识

1,PCB的概念

PCB(Printed Circuit Board),中文名称为印制电路板,又称印刷线路板,它是在一层绝缘物质上制作的,这层绝缘物质叫做基板。它是电子元器件的支撑体,是电子元器件电气连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的,故被称为“印刷”电路板。

有些类型的PCB是在一面或双面上覆盖一层铜箔,多于的铜被蚀刻处理掉,只剩下电路布线(接线)和元件转配位置(焊盘)。其它类型的PCB则是从一块裸基板开始,向表面绘制铜线以制作电路。

多层PCB是通过多片薄基板堆叠而成,每片基板的一面上都覆盖有铜制电路图。等基板上的电路蚀刻完成后,这些基板就堆叠结合起来形成一块PCB,可以最多包含10层基板。基板材料通常是酚醛材料(XXXP/FR-2)或者树脂浸渍编织纤维板(FR-4)。FR后面的数值表明了材料的阻燃性能等级。

2,PCB的焊盘、过孔和走线

PCB布局包含三种基本类型的图案:焊盘、过控、走线。焊盘是元件在PCB上装配的位置,通孔元件的焊盘是一个中间开有引脚孔的环形铜垫圈。过孔通常比焊盘要小,用来将信号或能量从PCB的一层引到另一层。走线是电路的接线,走线宽度决定了可以安全通过走线而不会引起可能有害的电阻热的电流大小。

二、PCB布局设计

PCB布局是指在PCB板上给定区域内排列元件并决定如何设置走线,以将元件连接成完整电路的设计过程。它是一种艺术,通常会在尝试多次后才能确定元件的摆放方式和走线的布线方式,以确保它们之间没好友冲突,也没有间距过窄的情况。设计好的PCB布局看起来并不像原始的电路图。

1,PCB布局过程

(1)确定PCB板尺寸:为了避免元件的引脚和其他元件之间出现阻碍,一定要为元件和走线流出足够的空间,可以利用PCB设计软件工具库里面的封装外形来设计PCB的结构图。
(2)部件安排:确定接线端子、I/O连接器和导线的装配孔和焊盘位置,这将确定PCB的物理装配和接口几何形状。
(3)放置元件:每个部件的封装都是从PCB设计工具中的元件外形库获取的,从外形库中选择一个部件,并将其放置在PCB的布局设计区。
(4)在焊接面上设置走线:虽然可交给设计工具去自动布线,虽然效率提升了,但这样也有缺点,那就是毕竟系统给出的并一定是最精简智能的走线布局,可能与实际需要相差甚远。
(5)在元件面上设置走线:接下来设置PCB的元件面(顶面),一定不要将走线叠到一起,也不能距离焊盘太近。走线也可以从电阻之类的元件焊盘之间穿过,但前提是走线和元件的焊盘间有足够的距离。
(6)制作丝印层:最后的PCB设计步骤就是制作PCB的丝印层,在完成的PCB表面直接印刷元件的外形、部件编号和其它信息。
(7)生成光绘文件:在完成布局设计后,将它存盘,然后创建一系列用于电路板制造的文件。工业标准的制造步骤是通过光绘文件进行的,每个PCB的布局都有多个光绘文件组成。

2,PCB设计要点

在PCB中,特殊的元器件是指高频部分的关键元器件、电路中的核心元器件、易受干扰的元器件、带高压的元器件、发热量大的元器件,以及一些异性元器件,这些特殊元器件的位置需要仔细分析,做带布局合乎电路功能的要求及生产的需求。不恰当的放置他们可能产生电路兼容问题、信号完整性问题,从而导致PCB设计的失败。

在设计中如何放置特殊元器件时首先考虑PCB尺寸大小。快易购指出pcb尺寸过大时,印刷线条长,阻抗增加,抗燥能力下降,成本也增加;过小时,散热不好,且临近线条容易受干扰。在确定PCB的尺寸后,在确定特殊元件的摆方位置。最后,根据功能单元,对电路的全部元器件进行布局。

3,PCB布局原则

(1)尽可能缩短高频元器件之间的连接,设法减少他们的分布参数及和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互离的太近,输入和输出应尽量远离。
(2)一些元器件或导线有可能有较高的电位差,应加大他们的距离,以免放电引起意外短路。高电压的元器件应尽量放在手触及不到的地方。
(3)重量超过15G的元器件,可用支架加以固定,然后焊接。那些又重又热的元器件,不应放到电路板上,应放到主机箱的底版上,且考虑散热问题。热敏元器件应远离发热元器件。
(4)对与电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元器件的布局应考虑整块板子的结构要求,一些经常用到的开关,在结构允许的情况下,应放置到手容易接触到的地方。元器件的布局到均衡,疏密有度,不能头重脚轻。一个产品的成功,一是要注重内在质量。而是要兼顾整体的美观,两者都比较完美的板子,才能成为成功的产品。

4,PCB元器件放置顺序

(1)放置与结构有紧密配合的元器件,如电源插座、指示灯、开关、连接器等。
(2)放置特殊元器件,如大的元器件、重的元器件、发热元器件、变压器、IC等。
(3)放置小的元器件。

5,PCB布局检查

(1)电路板尺寸和图纸要求加工尺寸是否相符合。
(2)元器件的布局是否均衡、排列整齐、是否已经全部布完。
(3)各个层面有无冲突。如元器件、外框、需要私印的层面是否合理。
(4)常用到的元器件是否方便使用。如开关、插件板插入设备、须经常更换的元器件等。
(5)热敏元器件与发热元器件距离是否合理。
(6)散热性是否良好。
(7)线路的干扰问题是否需要考虑。

三、PCB的制造

PCB(电路板)的制造过程可以采取两种形式:消减法或加成法。消减法是最常用的小型PCB生产方法,利用酸将多余的铜从PCB表面除去,只剩下走线和元件的焊盘。加成法是从一片裸露的基片开始,利用电镀技术制作铜线电路图案。它还有一种变化形式是半加成法。

对于小型的少量PCB制作,可以依靠PCB布线器来完成,布局生成的光绘文件能够引导布线器运行,这是制造小型PCB的快速方法。如果想要大批量生成PCB,那么就要寻求专业的制造厂家来生产了,只需要准备一套光绘文件和一些费用就够了。其余的事情都可以交给厂家一条龙服务解决了。

以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为大家介绍的PCB设计方面的知识,组创拥有多名硬件工程师与软件工程师,可以提供多种软硬件开发服务,电路设计,单片机程序开发,APP与公众号开发,PCB设计,PCBA样板制作,样机制作与测试,PCBA批量生产,成品产线指导。能够提供大多数的消费类电子产品方案,IOT应用开发,电器产品开发,幼教电子产品开发。欢迎大家来电咨询价格。

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