印刷電路板草圖設(shè)計(jì)

所謂印制電路板的草圖，是能夠準(zhǔn)確地反映元器件在印制電路板的位置與連接的設(shè)計(jì)圖，是指繪制黑白底圖的依據(jù)。在草圖中，要求焊盤(pán)的位置、焊盤(pán)的間距、焊盤(pán)間的相互連接、印制導(dǎo)線的走向及形狀、整板的外形尺寸等，均應(yīng)按印制板的實(shí)際尺寸(或按一定的比例)繪制出來(lái)，以作為印制板的依據(jù)。繪制草圖是把印制板圖形化的關(guān)鍵和主要工作量。草圖的設(shè)計(jì)，可以用手工設(shè)計(jì)，也可以用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，手工設(shè)計(jì)要求在圖紙上設(shè)計(jì)草圖。采用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)印制板，雖然可以不用在紙上設(shè)計(jì)草圖，直接在計(jì)算機(jī)上繪制黑白底圖，但草圖的設(shè)計(jì)原則仍然要體現(xiàn)在CAD軟件的應(yīng)用過(guò)程中。

手工設(shè)計(jì)一般是在尺寸固定的網(wǎng)格紙上準(zhǔn)確地標(biāo)出連接盤(pán)(焊盤(pán))和孔的位置、尺寸、導(dǎo)電圖形、導(dǎo)線寬度和間距等一系列要求，并可以加文字說(shuō)明。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)，借助CAD軟件根據(jù)電路原理圖及導(dǎo)線表將印制電路板的結(jié)構(gòu)參數(shù)、電氣要求、設(shè)計(jì)規(guī)則和元件目錄表等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)按照這些指令自動(dòng)完成布線、圖形編制、網(wǎng)表產(chǎn)生、設(shè)計(jì)規(guī)定校驗(yàn)等功能。其結(jié)構(gòu)圖形可由終端顯示，并可人機(jī)交互修改設(shè)計(jì)，完成以后提供一系列數(shù)據(jù)磁帶(磁盤(pán))。

草圖通常包括以下幾種圖紙:布設(shè)草圖、原版圖形(或稱(chēng)導(dǎo)電圖形圖，以圖紙或CAD圖形數(shù)據(jù)的形式，交給印制電路板生產(chǎn)廠家)、阻焊圖、標(biāo)記字符圖、機(jī)械加工圖和裝配圖等。布設(shè)草圖是設(shè)計(jì)印制電路板的關(guān)鍵。根據(jù)布設(shè)草圖，再設(shè)計(jì)機(jī)械加工圖、電氣裝配圖和照相底圖。根據(jù)照相底圖設(shè)計(jì)阻焊圖、標(biāo)記字符圖(簡(jiǎn)稱(chēng)字符圖)。

布設(shè)草圖是根據(jù)電原理圖或邏輯圖的要求，標(biāo)出印制電路板上所有尺寸范圍和網(wǎng)格位置的一個(gè)技術(shù)文件。它包括導(dǎo)電圖形、元器件尺寸和類(lèi)型、孔的位置以及制造印制電路板必須的說(shuō)明，可以用一張或多張草圖標(biāo)明。一般情況下，印制電路板圖形和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)盡可能放在一張草圖上表示。

一、印刷電路板草圖設(shè)計(jì)的原則

完成準(zhǔn)備工作后，就可以開(kāi)始繪制草圖了。除了應(yīng)該注意處理各類(lèi)干擾并解決接地問(wèn)題以外，草圖排版設(shè)計(jì)主要原則是保證印制導(dǎo)線不交叉接地連通。要做好這一點(diǎn)并不容易，草圖設(shè)計(jì)的主要工作量也在于繪制不交叉單線圖。通過(guò)重新排列元器件的位置，使元器件在同一平面上按照電路連通，并且彼此之間的連線不能交叉。如果遇到交叉就要重新調(diào)整元器件的排列位置和方向，來(lái)解決或避免這種情況。所以，在草圖設(shè)計(jì)時(shí)，首先要繪制不交叉的單線圖。

1.1繪制不交叉單線圖時(shí)的注意事項(xiàng)

1)元器件是安裝在元件面的，它與焊接面成鏡像關(guān)系，對(duì)于多引線元器件要特別注意。

2)印制導(dǎo)線都有一定的寬度及間距要求。分立元件導(dǎo)線一般約為1.5～3.0mm，導(dǎo)線間距由導(dǎo)線間的絕緣電阻和擊穿電壓決定。當(dāng)絕緣電阻超過(guò)20 MΩ時(shí)，兩線間距為1.5mm，允許工作電壓為300 V，兩線間距為1.0mm，允許工作電壓為220 V。因此，在畫(huà)單線不交叉圖時(shí)，導(dǎo)線間的間距不能太密。

3)原理圖的繪制一般以信號(hào)流經(jīng)過(guò)程及反映元器件在圖中的作用為原則，以便于對(duì)線路的分析與閱讀，而從不考慮元件的尺寸、形狀以及引線的排列順序，因而原理圖中走線交叉現(xiàn)象較多。這對(duì)讀圖毫無(wú)影響，但在印制板中交叉現(xiàn)象是不允許的。因此在排版中，首先要繪制單線不交叉圖，通過(guò)重新排列元器件的位置，使元器件在同一平面上彼此間的連線不交叉，如遇交叉，可通過(guò)重新排列元器件的位置與方向來(lái)解決。

當(dāng)很難避免導(dǎo)線交叉時(shí)，可以適當(dāng)加大元器件間距和跨距，也可采用“短接線”法，實(shí)在復(fù)雜時(shí)，可以采用雙面板。畫(huà)單線不交叉的時(shí)，先用鉛筆畫(huà)，逐步調(diào)整布局，直到符合電原理圖為止。

在設(shè)計(jì)過(guò)程的開(kāi)始階段，不要過(guò)早的定死每個(gè)元器件的排列位置和方向，來(lái)解決或避免這種情況(導(dǎo)線交叉)。在較復(fù)雜的電路中，有時(shí)完全不交叉是困難的，如為了解決2條導(dǎo)線不交叉而使一條轉(zhuǎn)彎抹角，變得很長(zhǎng)，這在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免，因?yàn)檫@不僅增加了印制線的密度，而且很可能因?yàn)榫€長(zhǎng)而產(chǎn)生電路中的干擾。為此，可以采用“飛線”來(lái)解決印制導(dǎo)線過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，但“飛線”不宜過(guò)多?！帮w線”即在印制線的交叉處切斷一根，從板的元件面用一根短接線連接，這種現(xiàn)象只有在迫不得已的情況下偶然使用。如“飛線”過(guò)多，便會(huì)影響板的質(zhì)量，不能算是成功的作品。

不交叉單線圖基本完稿后，即可以著手繪制排版草圖。要求元器件的位置及尺寸大體固定。印制導(dǎo)線排定，并盡量做到短、少、疏。通常需要幾經(jīng)反復(fù)，多次調(diào)整元器件位置和方向，才能達(dá)到滿意的結(jié)果。

為了制作印制板的黑白底圖，應(yīng)該繪制一張正式排版草圖。要求版面尺寸、焊盤(pán)位置、印制導(dǎo)線的連接與走向、板上各孔的尺寸及位置等，都要與實(shí)際版面相同，并明確地標(biāo)出來(lái)。圖的比例可根據(jù)印制板上圖形的密度和精度決定，可以取1∶1，2∶1，4∶1等不同比例。

1.2分析電路原理圖

對(duì)原理設(shè)計(jì)思想以及整機(jī)運(yùn)用等技術(shù)資料的分析程度，決定了在印制電路設(shè)計(jì)過(guò)程中的主動(dòng)性。通過(guò)對(duì)原理圖的分析應(yīng)達(dá)到以下目的。

1)找出線路中可能的干擾源，以及易受干擾的敏感元件。

2)熟悉原理圖中出現(xiàn)的每個(gè)元器件，掌握每個(gè)元器件的外形尺寸、封裝形式、引線方式、管腳排列順序和各管腳功能及其形狀等，確定哪些元件因發(fā)熱而需安裝散熱片并計(jì)算散熱面積，確定哪些元件裝在板上，哪些在板外等。

3)確定印制板的種類(lèi):單面或雙面。單面:常用于分立元件電路，因?yàn)榉至⒃€少、排列位置便于靈活變換。雙面:多用于集成電路較多的電路，特別是以雙列直插封裝式器件。因?yàn)槠骷€間距小，數(shù)目多(少則8腳，多則40腳或更多)，單面布設(shè)印制線不交叉十分困難，較復(fù)雜的電路幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

4)確定元器件的安裝方式、排列方式及焊盤(pán)走線形式。根據(jù)不同特點(diǎn)常有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系:元件臥式安裝→規(guī)則排列→圓形焊盤(pán)，元件立式安裝→不規(guī)則排列→島形焊盤(pán)。

5)確定對(duì)外連線方式。

二、繪制PCB草圖的步驟

2.1 單面印制板草圖的繪制

按著草圖尺寸，取方格紙或坐標(biāo)紙(應(yīng)留有一定的余量)。

畫(huà)出版面輪廓尺寸，并在輪廓下留出一定的空間，用于說(shuō)明圖紙的技術(shù)要求。

板面的四周留出一定的空白距離(一般為5～10mm)不設(shè)焊盤(pán)與導(dǎo)線。繪制板上各工藝孔(包括印制板基板上各元器件的固定孔)，工藝孔中心一般取在坐標(biāo)網(wǎng)格交點(diǎn)上。

用鉛筆畫(huà)出各個(gè)元器件外形輪廓(應(yīng)按單線不交叉草圖上元器件的位置順序畫(huà))，注意應(yīng)使各元器件輪廓尺寸與實(shí)物對(duì)應(yīng)，元器件的間距要均勻一致。使用較多的小型元器件可不畫(huà)出輪廓圖，如電阻、小電容、小功率晶體管等，但要做到心中有數(shù)。確定并標(biāo)出各焊盤(pán)的位置，有精度要求的焊盤(pán)要嚴(yán)格按尺寸標(biāo)出，無(wú)尺寸要求的應(yīng)盡量使元器件排列均勻、整齊(在規(guī)則排列中更應(yīng)注意)。布置焊盤(pán)的位置不要考慮焊盤(pán)間距是否整齊一致，而應(yīng)根據(jù)元器件大小形狀而定，最終應(yīng)保證元器件裝配后間距均勻、整齊、疏密適中。

為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，勾畫(huà)印制導(dǎo)線，只需用細(xì)線標(biāo)明導(dǎo)線走向及路徑即可，不需要按印制導(dǎo)線的實(shí)際寬度畫(huà)出，但要考慮導(dǎo)線之間的距離。

將鉛筆繪制的草圖反復(fù)核對(duì)無(wú)誤后，用繪圖筆重描焊點(diǎn)及印制導(dǎo)線，描后擦掉元件實(shí)物輪廓圖，使草圖清晰明了。

標(biāo)明焊盤(pán)尺寸及導(dǎo)線寬度，注明印制板的技術(shù)要求。

技術(shù)要求內(nèi)容如下:1)焊盤(pán)外徑、內(nèi)徑、導(dǎo)線寬度、焊盤(pán)間距及公差；2)板料及板厚；板的外形尺寸及公差；3)板的鍍層要求(指鍍金、銀、鉛錫合金等)；4)板面助焊劑、助焊劑的使用；5)其它具體要求等。

2.2 雙面印制板草圖的繪制

雙面板除與上述單面印制板草圖的設(shè)計(jì)繪制過(guò)程外，還應(yīng)考慮下面幾點(diǎn)。

元器件布在一面(A面)，主要印制導(dǎo)線布在無(wú)元件面(B面)，兩面印制導(dǎo)線應(yīng)盡量避免平行布設(shè)，應(yīng)力求互相垂直，以減小干擾。

兩面印制導(dǎo)線最好分別布在兩面，如在一面繪制，應(yīng)用兩種顏色以示區(qū)別，并注明分別在哪一面。兩面對(duì)應(yīng)的焊盤(pán)要嚴(yán)格一一對(duì)應(yīng)，方法可通過(guò)扎針穿孔法，將一面焊盤(pán)中心引到另一面。在繪制元件面導(dǎo)線時(shí)，注意避開(kāi)元件外殼，屏蔽罩等。

兩面彼此間需要連接的印制線，需用金屬化孔實(shí)現(xiàn)。

2.3 電路板草圖繪制的注意事項(xiàng)

在繪制印制電路板草圖時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

1)熟悉電路原理。所謂熟悉電路原理，即知曉電路的組成及工作原理，如信號(hào)的來(lái)龍去脈，工作電流流向以及元器件之間、單元電路之間的關(guān)系，以確保布線時(shí)的電氣性能。

2)收集元器件資料。為確保元器件位置大小與正確排列，對(duì)電路中元器件、配件的外形尺寸和安裝尺寸，引腳排列等情況，盡量收集全面，以供實(shí)施布線時(shí)參閱。

3)確定固定件位置。固定件是指印制電路板與機(jī)殼相對(duì)位置，電路中的電位器、可變電容、電池極片、拉線滑輪以及印制電路板固定孔等不能隨意地改變位置，以防布線后將其印制線損壞或重新布線對(duì)于固定件位置，除標(biāo)出其外形或輪廓、定位其尺寸外，還應(yīng)標(biāo)出焊點(diǎn)。對(duì)于部分“地盤(pán)”被固定件“占據(jù)”時(shí)，應(yīng)適量留出一定寬度的邊緣備用。

4)選擇草圖比例和草圖樣張。印制電路板的草圖是制作印制電路板的依據(jù)。為制作草圖方便、精確，印制電路板的草圖通常比實(shí)物放大，繪制好后再拍照復(fù)印縮小成1∶1的比例，則繪制中的不足可以被縮小，得到相應(yīng)的補(bǔ)償。常用比例為放大一倍(即2∶1)或放大5倍(即5∶1)。放大倍數(shù)是依據(jù)連線或焊盤(pán)間的距離而定。為繪制的印制電路板草圖準(zhǔn)確、布線合理清潔、美觀，最好采用淺色坐標(biāo)紙。當(dāng)坐標(biāo)紙大格為10mm×10mm，小格為2.5mm×2.5mm，選其2.5∶1比例時(shí)，大格相當(dāng)于已于4mm×4mm，小格相當(dāng)于已于1mm×1mm，其他比例以此類(lèi)推。

總結(jié)

綜上所述，我們即可設(shè)計(jì)出符合要求的印制電路板的草圖，完善了PCB的設(shè)計(jì)過(guò)程。

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