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2025-09-16课程详细

原理图设计是PCB设计的基础,通过EDA工具,如AltiumDesigner、KiCad或Eagle,来绘制电路原理图,并明确各个元器件之间的连接关系。在此过程中,必须确保原理图中的符号与元器件的封装(Footprint)保持一致。在PCB设计中,元器件的布局是一个至关重要的环节。首先,根据电路的不同功能,如电源、信号处理和接口等,将电路划分为不同的模块。其次,要确保高频或敏感信号的路径尽可能短,以减少信号的干扰和损失。同时,发热元件应远离敏感器件,以防止因热量影响而导致的性能下降。,还要综合考虑安装尺寸、散热性能以及机械结构的限制,以确保布局的合理性和可行性。

PCB介绍

在PCB设计中,布线是连接元器件的关键步骤。首先,要确保高速信号,如时钟线,能够优先布线,以避免长距离平行走线可能带来的干扰。其次,对于电源和地线,需要加宽其宽度,并利用铺铜技术来降低阻抗,确保稳定的供电。此外,对于高速差分信号,需要采用等长布线,同时在特定阻抗要求下,需仔细计算线宽和层叠结构,以保证信号的完整性。
设计规则检查(DRC)
在PCB设计完成后,必须进行设计规则检查(DRC)。这一步骤至关重要,因为它涉及到确保线路间距、过孔尺寸以及潜在短路或断路等设计细节都符合实际生产的规范和要求。通过DRC,可以及时发现并纠正潜在问题,从而确保设计的可行性和生产的高效性。
生成生产文件
在完成设计规则检查后,下一步是生成生产所需的各种文件。这包括生成Gerber文件,它包含了PCB各层的光绘数据;同时,还需要制作钻孔文件(NCDrill),以确保钻孔过程的准确性。此外,还需整理并输出BOM(物料清单),以便于后续的物料采购和成本控制。这些文件的准备,将为PCB的顺利生产奠定坚实基础。

PCB设计的核心要素

  • 01
     层(Layers)
    在PCB设计中,层是一个核心概念。根据不同的需求,PCB板可以是单面板、双面板,或是多层板(包含4层、6层或更多层)。多层板选择通常用于减少高频电磁干扰。对于高频设计,为了减少电磁干扰,通常会选择使用多层板。
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  • 02
     过孔(Via)
     在PCB设计中,过孔是一个关键元素,它包括通孔(Throughhole)、盲孔(Blind Via)和埋孔(Buried Via)三种类型。这些过孔被广泛应用于连接PCB的不同层,确保电路的顺畅连接。
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  • 03
    线宽与电流的关系
     在PCB设计中,线宽的选择至关重要,它直接关系到电路的电流承载能力。一般来说,线宽需要根据电流大小进行合理设计。例如,对于1A的电流,线宽大约需要设计为0.3mm,但具体的线宽标准还需参考IPC等相关行业标准。
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  • 04
    安全间距(Clearance)

    在高压或高频电路中,为了确保电路的安全性和稳定性,需要适当增加线与线之间的间距,以防止电路击穿或信号串扰等问题的发生。
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PCB拼板设计5大关键点

1
尺寸与外形设计
PCB拼板不是越大越好,也不是越小越好,要找到那个“黄金尺寸”根据主流生产设备的要求: - 拼板宽度应≤260mm(西门子生产线)或≤300mm(富士生产线) - 小板之间的中心距控制在75mm~145mm之间 - 拼板外形尽量接近正方形,推荐2×2、3×3对称设计,实用技巧:拼板外框一定要采用闭环设计,这样才能确保在夹具上不变形。记住这一点,能避免很多生产中的麻烦!
2
工艺边设计要点
工艺边是拼板的“生命线”,设计不好会导致整板报废!工艺边宽度单边≥5mm,高密度板建议8mm,必须对称布置在长边,防止SMT轨道夹歪,工艺边内侧1.5mm范围内禁止布置走线和器件,特别注意:很多工程师忽略了工艺边的对称要求,结果导致贴片精度下降,这个问题一定要避免!
3
定位系统设计
定位系统是自动化生产的“眼睛”,设计不好机器就“瞎”了!光学定位点(Fiducial Mark)要求: - 全局基准点:Ø1.0mm实心铜,布置在板角三点 - 局部基准点:Ø0.8mm阻焊开窗,BGA对角布置 - 工艺边基准点:Ø1.5mm,每条工艺边中心1个
4
元器件布局规范,元器件布局不合理,分板时损坏率超高!元器件与PCB板边缘应留有>0.5mm的空间,大型元器件要留有定位柱或定位孔,BGA距分板线应≥10mm,否则容易焊点开裂
5
高多层PCB的特殊要求,4层及以上PCB拼板更复杂,要求也更严格:层间对齐精度要求更高——误差不能超过5mil,邮票孔需要“密度+间距双优化”板厚<0.6mm且层数≥6层时,严禁使用V-CUT,工艺边宽度要从5mm增至7mm

深入解析PCB工作原理及其多层次设计



绝缘基板
电路板的核心部分是绝缘的非导电材料,如FR-4环氧玻璃纤维、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺或陶瓷等,它们构成基底,支撑并有效地隔离电路中的导电路径和元器件。



在绝缘基板之上,会覆盖一层薄薄的金属,这层金属通常采用铜材质,经过化学蚀刻工艺后,便会形成特定的电路图案。这些导电路径,被称为迹线,它们的主要作用是连接电路板上的各个电子元器件,诸如电阻器、电容器、晶体管以及集成电路等,从而实现电路的完整功能。



元器件被精确地安置在电路板的预定位置,通常采用焊接技术将其牢固地固定在焊盘上。焊盘作为电路板上预先设定的金属区域,专门负责与元器件的引脚进行连接。



通孔与过孔
通孔用于在不同层之间建立导电路径,也被称为vias,在电路板中扮演着至关重要的角色。特别是在多层电路板中,过孔技术使得信号能够顺畅地从一层穿越绝缘层,进而抵达另一层,从而实现电路的完整连接



阻焊层与丝印层
阻焊层,也被称为solder mask,是电路板上的一道重要保护层。它通常呈现为绿色或其他鲜艳色彩,旨在防止不必要的焊料桥接和短路现象,同时为电路提供环境防护。另一方面, 丝印层,即silk screen,则在电路板上清晰标注出元器件的位置和识别信息,为装配与维护工作带来极大便利。



功能实现
通过精心设计电路板上的元器件布局以及它们之间的连接方式, PCB设计通过合理的元器件布局和连接方式,实现信号处理、功率分配和数据传输等功能。

机构地图

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