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印刷电路板草图设计

2020-03-26

所谓印制电路板的草图,是能够准确地反映元器件在印制电路板的位置与连接的设计图,是指绘制黑白底图的依据。在草图中,要求焊盘的位置、焊盘的间距、焊盘间的相互连接、印制导线的走向及形状、整板的外形尺寸等,均应按印制板的实际尺寸(或按一定的比例)绘制出来,以作为印制板的依据。绘制草图是把印制板图形化的关键和主要工作量。草图的设计,可以用手工设计,也可以用计算机辅助设计,手工设计要求在图纸上设计草图。采用计算机设计印制板,虽然可以不用在纸上设计草图,直接在计算机上绘制黑白底图,但草图的设计原则仍然要体现在CAD软件的应用过程中。

手工设计一般是在尺寸固定的网格纸上准确地标出连接盘(焊盘)和孔的位置、尺寸、导电图形、导线宽度和间距等一系列要求,并可以加文字说明。计算机辅助设计(CAD),借助CAD软件根据电路原理图及导线表将印制电路板的结构参数、电气要求、设计规则和元件目录表等设计数据输入计算机。计算机按照这些指令自动完成布线、图形编制、网表产生、设计规定校验等功能。其结构图形可由终端显示,并可人机交互修改设计,完成以后提供一系列数据磁带(磁盘)。

草图通常包括以下几种图纸:布设草图、原版图形(或称导电图形图,以图纸或CAD图形数据的形式,交给印制电路板生产厂家)、阻焊图、标记字符图、机械加工图和装配图等。布设草图是设计印制电路板的关键。根据布设草图,再设计机械加工图、电气装配图和照相底图。根据照相底图设计阻焊图、标记字符图(简称字符图)。

布设草图是根据电原理图或逻辑图的要求,标出印制电路板上所有尺寸范围和网格位置的一个技术文件。它包括导电图形、元器件尺寸和类型、孔的位置以及制造印制电路板必须的说明,可以用一张或多张草图标明。一般情况下,印制电路板图形和设计数据尽可能放在一张草图上表示。

一、印刷电路板草图设计的原则

完成准备工作后,就可以开始绘制草图了。除了应该注意处理各类干扰并解决接地问题以外,草图排版设计主要原则是保证印制导线不交叉接地连通。要做好这一点并不容易,草图设计的主要工作量也在于绘制不交叉单线图。通过重新排列元器件的位置,使元器件在同一平面上按照电路连通,并且彼此之间的连线不能交叉。如果遇到交叉就要重新调整元器件的排列位置和方向,来解决或避免这种情况。所以,在草图设计时,首先要绘制不交叉的单线图。

1.1绘制不交叉单线图时的注意事项

1)元器件是安装在元件面的,它与焊接面成镜像关系,对于多引线元器件要特别注意。

2)印制导线都有一定的宽度及间距要求。分立元件导线一般约为1.5~3.0mm,导线间距由导线间的绝缘电阻和击穿电压决定。当绝缘电阻超过20 MΩ时,两线间距为1.5mm,允许工作电压为300 V,两线间距为1.0mm,允许工作电压为220 V。因此,在画单线不交叉图时,导线间的间距不能太密。

3)原理图的绘制一般以信号流经过程及反映元器件在图中的作用为原则,以便于对线路的分析与阅读,而从不考虑元件的尺寸、形状以及引线的排列顺序,因而原理图中走线交叉现象较多。这对读图毫无影响,但在印制板中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,通过重新排列元器件的位置,使元器件在同一平面上彼此间的连线不交叉,如遇交叉,可通过重新排列元器件的位置与方向来解决。

当很难避免导线交叉时,可以适当加大元器件间距和跨距,也可采用“短接线”法,实在复杂时,可以采用双面板。画单线不交叉的时,先用铅笔画,逐步调整布局,直到符合电原理图为止。

在设计过程的开始阶段,不要过早的定死每个元器件的排列位置和方向,来解决或避免这种情况(导线交叉)。在较复杂的电路中,有时完全不交叉是困难的,如为了解决2条导线不交叉而使一条转弯抹角,变得很长,这在设计中应尽量避免,因为这不仅增加了印制线的密度,而且很可能因为线长而产生电路中的干扰。为此,可以采用“飞线”来解决印制导线过长的问题,但“飞线”不宜过多。“飞线”即在印制线的交叉处切断一根,从板的元件面用一根短接线连接,这种现象只有在迫不得已的情况下偶然使用。如“飞线”过多,便会影响板的质量,不能算是成功的作品。

不交叉单线图基本完稿后,即可以着手绘制排版草图。要求元器件的位置及尺寸大体固定。印制导线排定,并尽量做到短、少、疏。通常需要几经反复,多次调整元器件位置和方向,才能达到满意的结果。

为了制作印制板的黑白底图,应该绘制一张正式排版草图。要求版面尺寸、焊盘位置、印制导线的连接与走向、板上各孔的尺寸及位置等,都要与实际版面相同,并明确地标出来。图的比例可根据印制板上图形的密度和精度决定,可以取1∶1,2∶1,4∶1等不同比例。

1.2分析电路原理图

对原理设计思想以及整机运用等技术资料的分析程度,决定了在印制电路设计过程中的主动性。通过对原理图的分析应达到以下目的。

1)找出线路中可能的干扰源,以及易受干扰的敏感元件。

2)熟悉原理图中出现的每个元器件,掌握每个元器件的外形尺寸、封装形式、引线方式、管脚排列顺序和各管脚功能及其形状等,确定哪些元件因发热而需安装散热片并计算散热面积,确定哪些元件装在板上,哪些在板外等。

3)确定印制板的种类:单面或双面。单面:常用于分立元件电路,因为分立元件引线少、排列位置便于灵活变换。双面:多用于集成电路较多的电路,特别是以双列直插封装式器件。因为器件引线间距小,数目多(少则8脚,多则40脚或更多),单面布设印制线不交叉十分困难,较复杂的电路几乎无法实现。

4)确定元器件的安装方式、排列方式及焊盘走线形式。根据不同特点常有如下对应关系:元件卧式安装→规则排列→圆形焊盘,元件立式安装→不规则排列→岛形焊盘。

5)确定对外连线方式。

二、绘制PCB草图的步骤

2.1 单面印制板草图的绘制

按着草图尺寸,取方格纸或坐标纸(应留有一定的余量)。

画出版面轮廓尺寸,并在轮廓下留出一定的空间,用于说明图纸的技术要求。

板面的四周留出一定的空白距离(一般为5~10mm)不设焊盘与导线。绘制板上各工艺孔(包括印制板基板上各元器件的固定孔),工艺孔中心一般取在坐标网格交点上。

用铅笔画出各个元器件外形轮廓(应按单线不交叉草图上元器件的位置顺序画),注意应使各元器件轮廓尺寸与实物对应,元器件的间距要均匀一致。使用较多的小型元器件可不画出轮廓图,如电阻、小电容、小功率晶体管等,但要做到心中有数。确定并标出各焊盘的位置,有精度要求的焊盘要严格按尺寸标出,无尺寸要求的应尽量使元器件排列均匀、整齐(在规则排列中更应注意)。布置焊盘的位置不要考虑焊盘间距是否整齐一致,而应根据元器件大小形状而定,最终应保证元器件装配后间距均匀、整齐、疏密适中。

为了简便起见,勾画印制导线,只需用细线标明导线走向及路径即可,不需要按印制导线的实际宽度画出,但要考虑导线之间的距离。

将铅笔绘制的草图反复核对无误后,用绘图笔重描焊点及印制导线,描后擦掉元件实物轮廓图,使草图清晰明了。

标明焊盘尺寸及导线宽度,注明印制板的技术要求。

技术要求内容如下:1)焊盘外径、内径、导线宽度、焊盘间距及公差;2)板料及板厚;板的外形尺寸及公差;3)板的镀层要求(指镀金、银、铅锡合金等);4)板面助焊剂、助焊剂的使用;5)其它具体要求等。

2.2 双面印制板草图的绘制

双面板除与上述单面印制板草图的设计绘制过程外,还应考虑下面几点。

元器件布在一面(A面),主要印制导线布在无元件面(B面),两面印制导线应尽量避免平行布设,应力求互相垂直,以减小干扰。

两面印制导线最好分别布在两面,如在一面绘制,应用两种颜色以示区别,并注明分别在哪一面。两面对应的焊盘要严格一一对应,方法可通过扎针穿孔法,将一面焊盘中心引到另一面。在绘制元件面导线时,注意避开元件外壳,屏蔽罩等。

两面彼此间需要连接的印制线,需用金属化孔实现。

2.3 电路板草图绘制的注意事项

在绘制印制电路板草图时,应注意以下事项。

1)熟悉电路原理。所谓熟悉电路原理,即知晓电路的组成及工作原理,如信号的来龙去脉,工作电流流向以及元器件之间、单元电路之间的关系,以确保布线时的电气性能。

2)收集元器件资料。为确保元器件位置大小与正确排列,对电路中元器件、配件的外形尺寸和安装尺寸,引脚排列等情况,尽量收集全面,以供实施布线时参阅。

3)确定固定件位置。固定件是指印制电路板与机壳相对位置,电路中的电位器、可变电容、电池极片、拉线滑轮以及印制电路板固定孔等不能随意地改变位置,以防布线后将其印制线损坏或重新布线对于固定件位置,除标出其外形或轮廓、定位其尺寸外,还应标出焊点。对于部分“地盘”被固定件“占据”时,应适量留出一定宽度的边缘备用。

4)选择草图比例和草图样张。印制电路板的草图是制作印制电路板的依据。为制作草图方便、精确,印制电路板的草图通常比实物放大,绘制好后再拍照复印缩小成1∶1的比例,则绘制中的不足可以被缩小,得到相应的补偿。常用比例为放大一倍(即2∶1)或放大5倍(即5∶1)。放大倍数是依据连线或焊盘间的距离而定。为绘制的印制电路板草图准确、布线合理清洁、美观,最好采用浅色坐标纸。当坐标纸大格为10mm×10mm,小格为2.5mm×2.5mm,选其2.5∶1比例时,大格相当于已于4mm×4mm,小格相当于已于1mm×1mm,其他比例以此类推。

总结

综上所述,我们即可设计出符合要求的印制电路板的草图,完善了PCB的设计过程。

以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的印制电路板的草图设计方法。如果您有智能电子产品的软硬件功能开发需求,可以放心交给我们,我们有丰富的电子产品定制开发经验,可以尽快评估开发周期与IC价格,也可以核算PCBA报价。我们是多家国内外芯片代理商:松翰、应广、杰理、安凯、全志、realtek,有MCU、语音IC、蓝牙IC与模块、wifi模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙wifi开发等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。

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