印制威廉希尔官方网站 板（PCB）的设计步骤

　　1 印制威廉希尔官方网站 板的设计
　　印制威廉希尔官方网站 板的设计，是根据设计人员的意图，根据电子产品的电原理图和元器件的形状尺寸，将电子元器件合理地进行排列并实现电气连接，将电原理图转换成印制威廉希尔官方网站 板图、并确定加工技术要求的过程。印制威廉希尔官方网站 板的威廉希尔官方网站 设计要考虑到威廉希尔官方网站 的复杂程度、元件的外型和重量、工作电流的大小、威廉希尔官方网站 电压的高低，以便选择合适的板基材料并确定印制威廉希尔官方网站 板的类型，在设计印制导线的走向时，还要考虑到威廉希尔官方网站 的工作频率，以尽量减少导线间的分布电容和分布电感等。
　　设计印制威廉希尔官方网站 板应具备的条件如下。
　　1）根据整机总体设计要求，已经确定了威廉希尔官方网站 图，选定了该威廉希尔官方网站 所有的元器件，元器件的型号和规格均已确定。
　　2）确定了对某些元器件的特殊要求，如哪些元器件需要屏蔽、需要经常调整或更换；哪些导线需要采用屏蔽线；威廉希尔官方网站 工作的环境条件，如温度、湿度、气压等已经明确。
　　3）确定了印制威廉希尔官方网站 板与整机其他部分（或分机）的连接形式，已经确定了插座和连接器件的型号规格。
　　1.印制威廉希尔官方网站 板设计的主要内容
　　PCB的设计包括威廉希尔官方网站 设计和封装设计（即印制导线设计）两部分。
　　PCB设计的主要内容包括：
　　（1）熟悉并掌握原理图中每个元器件外形尺寸、封装形式、引线方式、管脚排列顺序、各管脚功能及其形状等，由此确定元器件的安装位置和散热、加固等其它安装要求。
　　（2）查找线路中的电磁干扰源，以及易受外界干扰的敏感器件，确定排除干扰的措施。
　　（3）根据电气性能和机械性能，布设导线和组件，确定元器件的安装方式、位置和尺寸，确定印制导线的宽度、间距和焊盘的直径、孔距等。
　　（4）确定印制威廉希尔官方网站 板的尺寸、形状、材料、种类以及外部连接和安装方法。
　　对于主要由分立元器件组成的不太复杂的威廉希尔官方网站 ，可采用单面板设计；对于集成威廉希尔官方网站 较多的较复杂的威廉希尔官方网站 ，可采用双面板进行设计。
　　2.印制威廉希尔官方网站 板的设计步骤与方法
　　在着手设计印制威廉希尔官方网站 板时，设计人员应依据有关规则和标准，参考有关的技术文件。如图1所示的设计步骤。在技术文件中，规定了一系列威廉希尔官方网站 板的尺寸、层数、元器件尺寸、坐标网格的间距、焊接元件的排列间隔、制作印制威廉希尔官方网站 板图形的工艺等。

　　设计步骤中印制威廉希尔官方网站 板的材料选择必须考虑到电气和机械特性，当然还要考虑到价格和制造成本，从而选择印制威廉希尔官方网站 板的基材。电气特性是指基材的绝缘电阻、抗电弧性、印制导线电阻、击穿强度、抗剪强度和硬度。印制威廉希尔官方网站 板厚度的确定，要从结构的角度来考虑，主要是考虑威廉希尔官方网站 板对其上装有的所有元器件重量的承受能力和使用中承受的机械负荷能力。
　　如果只在印制威廉希尔官方网站 板上装配集成威廉希尔官方网站 、小功率晶体管、电阻、电容等小功率元器件，在没有较强的负荷振动条件下，使用厚度为1.5mm（尺寸在500mm×500mm以内）的印制威廉希尔官方网站 板即可。如果板面较大或支撑强度不够，应选择2~2.5 mm厚的板。印制威廉希尔官方网站 板的厚度已标准化，其尺寸为1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm几种，最常用的是1.5mm和2.0mm。
　　对于尺寸很小的印制威廉希尔官方网站 板如计算器、电子表等，为了减小重量和降低成本，可选用更薄一些的敷铜箔层压板来制作。
　　（1）印制威廉希尔官方网站 板材料、厚度和板面尺寸的选定，确定印制威廉希尔官方网站 板与外部的连接，确定元器件的安装方法。
　　印制威廉希尔官方网站 板的尺寸与印制威廉希尔官方网站 板的加工和装配有密切关系，应从装配工艺的角度考虑两个方面的问题：一方面是便于自动化组装，使设备的性能得到充分利用，能使用通用化、标准化的工具和夹具，另一方面是便于将印制威廉希尔官方网站 板组装成不同规格的产品，安装方便，固定可靠。
　　1）材料的选择。材料的选择必须考虑到电气和机械特性、购买的相对价格和制造的相对成本等方面。
　　2）厚度的确定。厚度的选择主要是考虑印制板上装有的所有元器件重量的承受能力和使用中承受的机械负荷能力。
　　3）形状和尺寸。印制板的结构尺寸应从装配工艺角度考虑两个方面的问题：一方面是便于自动化组装，使设备的性能得到充分利用，能使用通用化、标准化的工具和夹具；另一方面是便于将印制威廉希尔官方网站 板组装成不同规格的产品，且安装方便、固定可靠。
　　印制威廉希尔官方网站 板的外形应尽量简单，一般为长方形，应尽量避免采用异形板。印制威廉希尔官方网站 板的尺寸应尽量靠近标准系列的尺寸，以便简化工艺，降低加工成本。
　　对于多层印制威廉希尔官方网站 板的厚度也要根据威廉希尔官方网站 的电气性能和结构要求来决定。
　　（2）印制威廉希尔官方网站 板上元器件排列的设计，用于确定可放置的印制导线的宽度、间距和焊盘的直径和孔径。
　　用手工绘制PCB图时，可借助于坐标纸上的方格正确地表达在印制威廉希尔官方网站 板上元器件的坐标位置。在设计和绘制坐标尺寸图时，应根据威廉希尔官方网站 图并考虑元器件布局和布线的要求，哪些元器件在板内，有哪些要加固，要散热，要屏蔽；哪些元器件在板外，需要多少板外连线，引出端的位置如何等，必要时还应画出板外元器件接线图。
　　典型元器件是全部需安装的元器件中在几何尺寸上具有代表性的元器件，它是布置元器件时的基本单元。再估计一下其他大元器件尺寸相当于典型元件的倍数（即一个大元器件在几何尺寸上相当于几个典型元器件），这样就可以算出整个印制威廉希尔官方网站 板需要多大尺寸。
　　阻容元件、晶体管等应尽量使用标准跨距，以适应元器件引线的自动成型。各元器件的安装孔的圆心必须设置于坐标格的交点上。
　　元器件在印制威廉希尔官方网站 板上的排列方式主要有三种：不规则排列（图2所示）、坐标排列（图3所示）、坐标格排列（图4所示）。典型组件排列如图5所示。


　　（3） 印制威廉希尔官方网站 板上地线的设计
　　1）一般将公共地线布置在印制威廉希尔官方网站 板的边缘，并留有一定的距离，便于印制威廉希尔官方网站 板安装与机械加工，有利于提高威廉希尔官方网站 的绝缘性能。
　　2）在设计高频威廉希尔官方网站 时，为减小引线电感和接地阻抗，防止自激，地线应有足够的宽度。
　　3）印制威廉希尔官方网站 板上每级威廉希尔官方网站 的地线，在多数情况下可以设计成自封闭回路。但外界有强磁场的情况下，应避免封闭地线组成的线圈产生电磁感应而影响威廉希尔官方网站 的电性能。
　　（4）输入、输出端的设计
　　1）输入、输出端尽量按信号流程顺序排列，使信号便于流通，并可减小导线之间的寄生干扰；
　　2）输入、输出端尽可能的远离，在可能的情况下最好用地线隔离开。可减小输入、输出端信号的相互干扰。
　　（5）排版连线图的设计
　　排版连线图是指：用简单线条表示印制导线的走向和元器件的连接关系的图样。如图6所示。

　　（6）根据电原理图绘制印制威廉希尔官方网站 板图的草图
　　首先要选定排版方向及确定主要元器件的位置。
　　当排版的方向确定以后，接下来首先是确定单元威廉希尔官方网站 及其主要元器件，如晶体管、集成威廉希尔官方网站 等的布设。然后再布设特殊元器件，最后确定对外连接的方式和位置。
　　原理图的绘制一般以信号流程及反映元器件在图中的作用为依据，因而再原理图中走线交叉现象很多，这对读图毫无影响，但在印制威廉希尔官方网站 板中出现导线的交叉现象是不允许的，因此在排版中，首先要绘制单线不交叉图，可通过重新排列元器件位置与方向来解决。在较复杂的威廉希尔官方网站 中，有时导线完全不交叉很困难的，这时可采用“飞线”来解决。“飞线”即是在印制威廉希尔官方网站 板导线的交叉处切断一根，从板的元器件面用一根短接线连接。“飞线”过多，会影响元器件安装效率，不能算是成功之作，所以只有在迫不得以的情况下才使用。
　　3.印制威廉希尔官方网站 板的布局
　　（1）整体布局
　　在进行印制威廉希尔官方网站 板布局之前必须对威廉希尔官方网站 原理图有深刻的理解，只有在彻底理解威廉希尔官方网站 原理的基础上，才能做到正确、合理的布局。在进行布局时，要考虑到避免各级威廉希尔官方网站 之间和元器件之间的相互干扰，这些干扰包括电场干扰——电容耦合干扰、磁场干扰——电感耦合干扰、高频和低频间干扰、高压和低压间干扰，还有热干扰等。在进行布局时，还要满足设计指标、符合生产加工和装配工艺的要求，要考虑到威廉希尔官方网站 调试和维护维修的方便。对威廉希尔官方网站 中的所用器件的电气特性和物理特征要充分了解，如元器件的额定功率、电压、电流、工作频率，元器件的物理特性，如体积、宽度、高度、外形等。印制威廉希尔官方网站 板的整体布局还要考虑到整个板的重心平稳、元件疏密恰当、排列美观大方。
　　印制威廉希尔官方网站 板上的元器件一般分为规则排列和不规则排列。
　　规则排列也叫整齐排列，即把元器件按一定规律或一定方向排列，这种排列由于受元器件位置和方向的限制，印制威廉希尔官方网站 板导线的布线距离就长而且复杂，威廉希尔官方网站 间的干扰也大，一般只在威廉希尔官方网站 工作在低电压、低频（1MHz以下）的情况下使用。规则排列的优点是整齐美观，且便于进行机械化打孔及装配。
　　不规则排列也叫就近排列，由于不受元器件位置和方向的限制，按照威廉希尔官方网站 的电气连接就近布局，布线距离短而简捷，威廉希尔官方网站 间的干扰少，有利于减少分布参数，适合高频（30MHz以上）威廉希尔官方网站 的布局。不规则排列的缺点是外观不整齐，也不便于进行机械化打孔及装配。
　　（2）元器件布局
　　对于单面印制威廉希尔官方网站 板，元器件只能安装在没有印制威廉希尔官方网站 的一面，元器件的引线通过安装孔焊接在印制导线的焊盘上。对于双面印制威廉希尔官方网站 板，元器件也尽可能安装在板的一面，以便于加工、安装和维护。
　　在板面上的元器件应按照电原理图的顺序尽量成直线排列，并力求威廉希尔官方网站 安装紧凑和密集，以缩短引线，减少分布电容，这对于高频威廉希尔官方网站 尤为重要。
　　如果由于威廉希尔官方网站 的特殊要求必须将整个威廉希尔官方网站 分成几块进行安装，则应使每一块装配好的印制威廉希尔官方网站 板成为具有独立功能的威廉希尔官方网站 ，以便于单独进行调试和维护。
　　为了合理地布置元器件、缩小体积和提高机械强度，可在主要的印制威廉希尔官方网站 板之外再安装一块“辅助板”，将一些笨重元器件如变压器、扼流圈、大电容器、继电器等安装在辅助板上，这样有利于加工和装配。
　　布置元器件的位置时，应考虑它们之间的相互影响。元器件放置的方向应与相邻的印制导线交叉，电感器件要注意防止电磁干扰，线圈的轴线应垂直于板面，这样安装元件间的电磁干扰最小。
　　威廉希尔官方网站 中有发热的元器件应放在有利于散热的位置，必要时可单独放置或加装散热片，以利于元器件本身的降温和减少对邻近元器件的影响。对大而重的元器件尽可能安置在印制威廉希尔官方网站 板上靠近固定端的位置，并降低其重心，以提高整板的机械强度和耐振、耐冲击能力，以及减小印制威廉希尔官方网站 板的负荷和变形。
　　（3） 印制导线的布设
　　1）地线的布设
　　①一般将公共地线布置在印制威廉希尔官方网站 板的边缘，便于将印制威廉希尔官方网站 板安装在机架上，也便于与机架（地）相连接。导线与印制威廉希尔官方网站 板的边缘应留有一定的距离（不小于板厚），这不仅便于安装导轨和进行机械加工，而且还提高了威廉希尔官方网站 的绝缘性能。
　　②在各级威廉希尔官方网站 的内部，应防止因局部电流而产生的地阻抗干扰，采用一点接地是最好的办法。在威廉希尔官方网站 各级间分别采取一点接地的原理示意图。但在实际布线时并不一定能绝对做到，而是尽量使它们安排在一个公共区域之内。
　　③当威廉希尔官方网站 工作频率在30MHZ以上或是工作在高速开关的数字威廉希尔官方网站 中，为了减少地阻抗，常采用大面积覆盖地线，这时各级的内部元器件接地也应贯彻一点接地的原则，即在一个小的区域内接地。
　　2）输入、输出端导线的布设
　　为了减小导线间的寄生耦合，在布线时要按照信号的流通顺序进行排列，威廉希尔官方网站 的输入端和输出端应尽可能远离，输入端和输出端之间最好用地线隔开。由于输入端和输出端靠得过近，且输出导线过长，将会产生寄生耦合。
　　3）高频威廉希尔官方网站 导线的布设
　　对于高频威廉希尔官方网站 必须保证高频导线、晶体管各电极的引线、输入和输出线短而直，若线间距离较小要避免导线相互平行。高频威廉希尔官方网站 应避免用外接导线跨接，若需要交叉的导线较多，最好采用双面印制威廉希尔官方网站 板，将交叉的导线印制在板的两面，这样可使连接导线短而直，在双面板两面的印制线应避免互相平行，以减小导线间的寄生耦合，最好成垂直布置或斜交。
　　4）印制威廉希尔官方网站 板的对外连接
　　印制威廉希尔官方网站 板对外的连接有多种形式，可根据整机结构要求而确定。一般采用以下两种方法。
　　①用导线互连：将需要对外进行连接的接点，先用印制导线引到印制威廉希尔官方网站 板的一端，导线应从被焊点的背面穿入焊接孔。
　　对于威廉希尔官方网站 有特殊需要如连接高频高压外导线时，应在合适的位置引出，不应与其它导线一起走线，以避免相互干扰。
　　②用印制威廉希尔官方网站 板接插式互连：印制威廉希尔官方网站 板接插的簧片式互连，将印制威廉希尔官方网站 板的一端制成插头形状，以便插入有接触簧片的插座中去。采用针孔式插头与插座的连接，在针孔式插头的两边设有固定孔与印制威廉希尔官方网站 板固定，在插头上有90°弯针，其一端与印制威廉希尔官方网站 板接点焊接，另一端可插入插座内。
　　5）印制连接盘
　　连接盘也叫焊盘，是指印制导线在焊接孔周围的金属部分，供外接引线焊接用。连接盘的尺寸取决于焊接孔的尺寸。焊接孔是指固定元器件引线或跨接线贯穿基板的孔。显然，焊接孔的直径应该稍大于焊接元器件的引线直径。焊接孔径的大小与工艺有关，当焊接孔径大于或等于印制威廉希尔官方网站 板厚度时，可用冲孔；当焊接孔径小于印制威廉希尔官方网站 板厚度时，可用钻孔。一般焊接孔的规格不宜过多。
　　连接盘的直径D应大于焊接孔内径d，一般取D=（2～3）d，为了保证焊接及结合强度。
　　连接盘的形状有不同选择，圆形连接盘用得最多，因为圆焊盘在焊接时，焊锡将自然堆焊成光滑的圆锥形，结合牢固、美观。但有时，为了增加连接盘的粘附强度，也采用正方形、椭圆形和长圆形连接盘。
　　6）印制导线
　　若焊盘与焊盘间的连线合为一体，犹如水上小岛，故称为岛形焊盘。岛形焊盘常用于元器件的不规则排列中，有利于元器件的密集和固定，并可大量减少印制导线的长度与数量。此外，焊盘与印制线合为一体后，铜箔面积加大，使焊盘和印制线的抗剥离强度大大增加。岛形焊盘多用在高频威廉希尔官方网站 中，它可以减少接点和印制导线的电感，增大地线的屏蔽面积，减少接点间的寄生耦合。
　　设计印制威廉希尔官方网站 板时，当元器件布局和布线初步确定后，就要具体地设计印制导线与印制威廉希尔官方网站 板图形。这时必然会遇到印制线宽度、导线间距等等设计尺寸的确定以及图形的格式等问题。导线的尺寸和图形格式不能随便选择，它关系到印制威廉希尔官方网站 板的总尺寸和威廉希尔官方网站 性能。
　　7）定位孔的绘制与定位方法
　　①印制导线的宽度
　　一般情况下，印制导线应尽可能宽一些，这有利于承受电流和便于制造。0.05mm厚铜箔的导线宽度与允许电流和自身电阻大小的关系可以计算。
　　在决定印制导线宽度时，除需要考虑载流量外，还应注意它在板上的剥离强度以及与连接盘的协调，一般取线宽b=（1/3～2/3）D。一般的导线宽度可在0.3～2.0 mm之间，建议优先采用0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm规格，其中0.5mm导线宽度主要用于微小型化电子产品。
　　印制导线本身也具有电阻，当电流流过时将产生热量和产生电压降。印制导线的电阻在一般情况下可不予考虑，但当其作为公共地线时，为避免地线产生的电位差而引起寄生反馈时要考虑起阻值。
　　印制威廉希尔官方网站 的电源线和接地线的载流量较大，因此在设计时要适当加宽，一般取1.5～2.0mm。
　　当要求印制导线的电阻和电感比较小时，可采用较宽的信号线；当要求分布电容比较小时，可采用较窄的信号线。
　　②印制导线的间距：在一般情况下，导线的间距等于导线宽度即可，但不能小于1mm，否则在焊接元器件时采用浸焊方法就有困难。对微小型化设备，最小导线间距不小于0.4mm。导线间距的选择与焊接工艺有关，采用浸焊或波峰焊时，导线间距要大一些，采用手工焊接时，导线间距适当可小一些。
　　在高压威廉希尔官方网站 中，相邻导线间存在着高电位梯度，必须考虑其影响。印制导线间的击穿将导致基板表面炭化、腐蚀和破裂。在高频威廉希尔官方网站 中，导线间距将影响分布电容的大小，从而影响着威廉希尔官方网站 的损耗和稳定性。因此导线间距的选择要根据基板材料、工作环境、分布电容大小等因素来综合确定。最小导线间距还同印制威廉希尔官方网站 板的加工方法有关，选用时就更需要综合考虑。
　　③印制导线的形状：印制导线的形状可分为平直均匀形、斜线均匀形、曲线均匀形、曲线非均匀形。如图7所示。

　　印制导线的图形除要考虑机械因素、电气因素外，还要考虑导线图形的美观大方，所以在设计印制导线的图形时，应遵循如图8所示的原则。

　　设计印制导线的图形时，应遵循原则如下：
　　①在同一印制威廉希尔官方网站 板上的导线宽度（除地线外）最好一样；
　　②印制导线应走向平直，不应有急剧的弯曲和出现尖角，所有弯曲与过渡部分均须用圆弧连接；
　　③印制导线应尽可能避免有分支，如必须有分支，分支处应圆滑；
　　④印制导线尽避免长距离平行，对双面布设的印制线不能平行，应交叉布设；
　　⑤如果印制威廉希尔官方网站 板面需要有大面积的铜箔，例如威廉希尔官方网站 中的接地部分，则整个区域应镂空成栅状，这样在浸焊时能迅速加热，并保证涂锡均匀。栅状铜箔还能防止印制威廉希尔官方网站 板受热变形，防止铜箔翘起和剥脱。
　　4.印制威廉希尔官方网站 板图的计算机辅助设计
　　（1）印制威廉希尔官方网站 板CAD
　　印制威廉希尔官方网站 板设计直接影响到产品的质量与电气性能。随着电子工业的发展，各种类型印制威廉希尔官方网站 板需求量越来越大，要求设计制造印制威廉希尔官方网站 板的周期越短越好。传统的手工设计已满足不了生产上的需求，现代计算机的发展为威廉希尔官方网站 原理图和印制威廉希尔官方网站 板图的CAD设计提供了强有力的手段。印制威廉希尔官方网站 板CAD文件实际上是载入印制威廉希尔官方网站 板设计信息的文件，其文件结构如图9所示。

　　（2）CAD的操作步骤：
　　1）在CAD软件上画出威廉希尔官方网站 原理图。
　　2）向计算机输入能反映出印制板布线结构的参数，包括：焊盘尺寸大小、元器件的孔径和焊盘、走线关系、印制导线宽度、最小间距、布线区域尺寸等参数。
　　3）操作计算机执行布线设计命令，则计算机可自动完成印制威廉希尔官方网站 板的设计。
　　4）布线后，审查走线的合理性，并对不理想的走线进行修改。
　　5）定稿后，通过绘图机按所需比例直接绘制黑白底图。
　　6）将设计存入软盘，可以永久性保存。
　　（3）几种常用的印制威廉希尔官方网站 板CAD软件
　　目前，印制威廉希尔官方网站 板的设计大多使用计算机设计软件进行设计。这类软件主要有：SMARTWORK、TANGO、protel等几种。
　　用计算机将设计好的PCB图保存，提交给印制威廉希尔官方网站 板的生产厂家。



原作者：机工电气