印刷電路板是電子設備中的重要部件之一。從收音機、電視機、手機、微機等民用產品到導彈、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，而印刷電路板的設計和制造也是影響電子設備的質量、成本和市場競爭力的基本因素之一。在學習印刷電路板設計之前，我們先了解一下有關印刷電路板的概念、結構和設計流程。對于初學者，這些知識是十分必要的。

7．1 印刷電路板基礎

印刷電路板(Printed Circuit Board，簡稱PCB)，它是以一定尺寸的絕緣板為基材，以銅箔為導線，經特定工藝加工，用一層或若干層導電圖形(銅箔的連接關系)以及設計好的孔(如元件孔、機械安裝孔、金屬化過孔等)來實現(xiàn)元件間的電氣連接關系，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。在電子設備中，印刷電路板可以對各種元件提供必要的機械支撐，提供電路的電氣連接并用標記符號把板上所安裝的各個元件標注出來，以便于插件、檢查及調試。

7．1．1 印制電路板結構

    一般來說，印制電路板的結構有單面板、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用。單面板初聽起來好像很簡單，容易設計。實際上并非如此，由于單面板走線只能在一面上進行，因此單面板的設計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，內部電源或接地層等。隨著電子技術的高速發(fā)展，電子產品越來越精密，電路板也就越來越復雜，多層電路板的應用越來越廣泛。多層電路板一般包含三層及三層以上。

7．1．2 元件封裝

    通常我們設計完印刷電路板后，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一致呢?那就得靠元件封裝了。

    元件封裝是指實際元件焊接到電路板時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，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計電路圖時指定，也可以在引進網絡表時指定。

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。針腳類元件焊接時先要將元件針腳插人焊點導通孔，然后再焊錫。由于針腳式元件封裝的焊點導孔貫穿整個電路板，所以其焊點的屬性對話框中，Layer板層屬性必須為Multi Layer。

(2) STM元件封裝  STM元件封裝的焊點只限于表面板層。其焊點的屬性對話框中，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

    元件封裝的編號一般為元件類型+焊點距離(焊點數(shù))+外形尺寸。我們可以根據元件封裝編號來判別元件封裝的規(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系為：1 inch=25．4 mm，1 mil≈0．0254 mm≈1／40mm 。

7．1．3銅膜導線

    銅膜導線也稱銅膜走線，簡稱導線，用于連接各個焊點，是印制電路板最重要的部分。

印制電路板設計都是圍繞如何布置導線來進行的。

    與導線有關的另外一種線，我們常稱之為飛線，即預拉線，飛線是在引入網絡表后，系統(tǒng)根據規(guī)則生成的，用來指引布線的一種連線。

    飛線與導線有本質的區(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焊點間的連接關系。沒有電氣的連接意義。導線則是根據飛線指示的焊點間的連接關系而布置的，是具有電氣連接意義的連接線路。

7．1．4焊點和導孔

1．焊點 

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

    自行設計或編輯焊點時，要考慮如下幾個方面的因素：

    ■形狀上長短不一致時，要考慮連線的寬度與焊點特定邊長的大小差異不能太大。

    ■需要在元件之間走線時，選用長短不對稱的焊點往往能收到“事半功倍”的效果。

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

2．導孔 

導孔(via)的作用是連接不同板層間的導線，在各層需要連通的導線交匯處鉆一個公共孔—導孔導?？子?種：

    ■從頂層貫通到底層的穿透式導孔；

    ■從頂層通到內層或從內層通到底層的盲導孔；

■內層問的隱藏導孔。

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

    設計線路時，對導孔的處理原則有：

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

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

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波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊點處的銅箔不能粘焊錫，因此，在焊點之外的各個部位都要涂覆一層涂料，用于阻止這些部位上錫?？梢?，助焊膜和阻焊膜是一種互補關系。

6．層

    Protel的“層”不是虛擬的，而是印制板材料本身實實在在的銅箔層。當前，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，在板的中間還設有能被特殊加工的夾層銅箔。這些層因為加工難度相對較大而大多用于設置走線比較簡單的電源布線層(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“導孔”(via)來溝通。

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

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表面印制上所需要的標志圖案和文字代號等(例如元件標號、標稱值、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，在設計絲印層時，不能只注意布置的美觀而忽略實際制作的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板時會被抹掉)，不能將元件標號打到別的元件上去等等。