印制电路板图怎么设计（印制电路板的设计方法）

印制电路板图怎么设计（印制电路板的设计方法）(6)元器件的安装高度要尽量降低，一般元件体和引线离开板面的高度不要超过5mm，过高则承受震动和冲击的稳定性较差，容易倒伏或与相邻元器件碰接。(5)印制电路板上元器件的排列应整齐美观，一般应做到“横平竖直”，并力求电路安装紧凑、密集，尽量缩短引线。如果装配工艺要求必须将整个电路分成几块安装时，应使每块装配好的印制电路板成为独立功能的电路，以便单独调整、检查和维护。2. 板材、形状、尺寸和厚度确定印制电路板的板材，这是指对印制电路板的基板材料的选择。不同板材的机械性能与电气性能有很大差别。目前，国内常见覆铜板的种类有：酚醛纸基覆铜箔板(又称纸铜箔板);环氧酚醛玻璃布覆铜箔板(又称布铜箔板);环氧玻璃布覆铜箔板;聚四氟乙烯玻璃布覆铜箔板等。对于设计者来说，自然希望选用各项指标都是上乘的材料，却往往忽略不同材质在价格上的差异，容易造成产品质量没有明显提高而成本费用却大幅度增加的情况。因此，在选用

随着集成电路集成规模的提高，印制板的制造精度也进一步提高。印刷板电路工艺技术向着高密度、高精度、高可靠性、大面积、细线条的方向发展。

印制电路板的设计是将原理图转换成印制板图，印制电路板设计通常有人工设计和计算机辅助设计两种方式。无论采用哪种方式，都必须符合原理图的电气连接和电气、机械性能要求。

准备工作

1. 电路方案实验

根据产品功能和电气性能指标设计电路并对电路方案进行实验;通过实验根据电气性能指标及其经济指标确定电路方案、元器件类型和数量、整机结构、电路板对外连接方式(导线连接、插件连接)。

2. 板材、形状、尺寸和厚度

确定印制电路板的板材，这是指对印制电路板的基板材料的选择。不同板材的机械性能与电气性能有很大差别。目前，国内常见覆铜板的种类有：酚醛纸基覆铜箔板(又称纸铜箔板);环氧酚醛玻璃布覆铜箔板(又称布铜箔板);环氧玻璃布覆铜箔板;聚四氟乙烯玻璃布覆铜箔板等。对于设计者来说，自然希望选用各项指标都是上乘的材料，却往往忽略不同材质在价格上的差异，容易造成产品质量没有明显提高而成本费用却大幅度增加的情况。因此，在选用板材时必须考虑性价比。确定板材主要是根据整机的性能要求、使用条件以及销售价格。

图1.2　元器件的排布

(5)印制电路板上元器件的排列应整齐美观，一般应做到“横平竖直”，并力求电路安装紧凑、密集，尽量缩短引线。如果装配工艺要求必须将整个电路分成几块安装时，应使每块装配好的印制电路板成为独立功能的电路，以便单独调整、检查和维护。

(6)元器件的安装高度要尽量降低，一般元件体和引线离开板面的高度不要超过5mm，过高则承受震动和冲击的稳定性较差，容易倒伏或与相邻元器件碰接。

(7)根据印制板在整机中的安装位置及状态，确定元器件的轴线方向。规则排列的元器件，应该使体积较大的元器件的轴线方向在整机中处于竖直状态，可以提高元器件在板上固定的稳定性。确定元器件的轴线方向如图1.3所示。

图1.3　确定元器件的轴线方向

(8)元器件两端焊盘的跨距应该稍大于元器件本体的轴向尺寸，如图1.4所示。引线不能齐根弯折，弯角时应该留出一定距离(至少2mm)，以免损坏元器件。

图1.4　元器件两端焊盘的跨距应该稍大于元器件本体的轴向尺寸

2)元器件的安装固定方式

在通孔安装技术(Though Hole Technology THT)电路的印制板上，元器件有立式与卧式两种安装固定的方式。卧式是指元器件的轴线方向与印制板面平行，立式的则是垂直的。这两种方式各有特点，在设计印制板时应该灵活掌握，可以根据实际情况采用其中一种方式，也可以同时使用两种方式。但要确保电路的抗震性良好，安装维修方便，元器件排列疏密均匀，有利于印制导线的布设。

立式安装如图1.5(a)所示，立式固定的元器件占用面积小，单位面积上容纳元器件的数量多。这种安装方式适合元器件排列密集紧凑的产品，例如半导体收音机、助听器等，许多小型的便携式仪表中的元器件也常采用立式安装法。立式固定的元器件的要求体积小、重量轻，过大、过重的元器件不宜采用立式安装。否则，整机的机械强度变差，抗震能力减弱，元器件容易倒伏造成相互碰接，降低电路的可靠性。

图1.5　元器件的安装固定方式

卧式安装如图1.5(b)所示，和立式固定相比，元器件卧式安装具有机械稳定性好、板面排列整齐等优点。卧式固定使元器件的跨距加大，容易从两个焊点之间走线，这对于布设印制导线十分有利。

在表面安装技术(Surface Mounted Technology SMT)电路的印制板上，元器件采用贴片式安装固定方式，可使元器件的焊点和元器件在印制板的同一面上。贴片式元器件体积小、重心低、连线短、安装的密度高、抗震性能更好，如图1.5(c)所示。

3)元器件的排列格式

元器件应当均匀、整齐、紧凑地排列在印制电路板上，尽量减少和缩短各个单元电路之间和每个元器件之间的引线和连接。元器件在印制板上的排列格式，主要有不规则与规则两种方式。这两种方式在印制板上既可以单独采用，也可以同时出现。

图1.6　不规则排列

不规则排列如图1.6所示，元器件的轴线方向彼此不一致，在板上的排列顺序也没有一定的规则。用这种方式排列元器件，看起来显得杂乱无章，但由于元器件不受位置与方向的限制，使印制导线布设方便，并且可以缩短、减小元器件的连线，大大降低了电路板上印制导线的总长度。这对于减少电路板上的分布参数、抑制干扰很有利，特别对于高频电路极为有利。这种排列方式一般还在立式安装固定元器件时被采用。

元器件的轴线方向排列一致，并与板的四边垂直或平行，规则排列如图1.7所示。除了高频电路以外，一般电子产品中的元器件都应当尽可能平行或垂直地排列，卧式安装固定元器件的时候，更要以规则排列为主。这不仅是为了板面美观整齐，还可以方便装配、焊接、调试，易于生产和维护。规则排列的方式特别适用于板面相对宽松、元器件种类相对较少而数量较多的低频电路。电子仪器中的元器件常采用这种排列方式。但由于元器件的规则排列要受到方向或位置的一定限制，所以印制板上导线的布设可能复杂一些，导线的总长度也会相应增加。

图1.7　规则排列

此外，坐标格排列不仅要求元器件的轴线与印制电路板的一条边平行或垂直，还要求元器件的每个引出线孔(焊盘)位于坐标格的交点上，坐标格排列如图1.8所示。正交网格的国际标准基本格距为2.54mm(=0.1in=100mil)，国内的标准是2.5mm。这种方式使元器件排列整齐，便于机械化打孔及装配。

图1.8　坐标格排列

印制焊盘的尺寸及形状

通孔安装技术元器件在印制板上的固定，主要是靠电极引线焊接在焊盘上实现的(体积较大的元器件有时还需要辅以机械加固;表面安装技术还增加了用黏合剂粘贴元器件的固定方法)。元器件之间的电气连接，依靠印制导线。

THT元器件通过板上的引线孔，用焊料焊接固定在印制板上，印制导线把焊盘连接起来，实现元器件在电路中的电气连接。引线孔及其周围的铜箔称为焊盘。与此类似，SMT电路板上的焊盘是指形成焊点的铜箔。

1. 焊盘的内径(引线孔的直径)

在THT电路板上，元器件的引线孔钻在焊盘的中心，孔径应该比所焊接的引线直径略大一些，才能方便地插装元器件;但孔径也不能太大，否则在焊接时不仅用锡量多，而且容易因元器件的晃动而造成虚焊，使焊点的机械强度变差。元器件引线孔的直径应该比引线的直径大0.2~0.3mm，优先采用0.6mm、0.8mm、1.0mm和1.2mm等尺寸。在同一块电路板上，孔径的尺寸规格应当少一些。要尽可能避免异形孔，以便降低加工成本。

为了保证双面板或多层板上金属化孔的生产质量，孔径一般应该大于基板厚度的三分之一。否则，将会造成孔金属化工艺的困难而增加成本。

2. 焊盘的外径

一般来说，在单面板上，焊盘的外径应该比引线孔的直径大1.3mm以上，即如果焊盘的外径为D，引线孔的孔径为d，应有

D≥d 1.3(mm)

在高密度的单面电路板上，焊盘的最小直径可以是

Dmin≥d 1(mm)

如果外径太小，焊盘就容易在焊接时粘断或剥落;但也不能太大，否则生产时需要延长焊接时间、用锡量太多，并且也会影响印制板的布线密度。

在双面电路板上，由于焊锡在金属化孔内也形成湿润，提高了焊接的可靠性，所以焊盘的外径可以比单面板的半径略小一些。当d≤1mm时，应有

Dmin≥2d

3. 焊盘的形状

1)岛形焊盘

图1.9　岛形焊盘

如图1.9所示，焊盘与焊盘之间的连线合为一体，犹如水上小岛，故称为岛形焊盘。岛形焊盘常用于元件的不规则排列，特别是当元器件采用立式不规则固定时更为普遍。电视机、收音机等低档民用电器产品中大多采用这种焊盘形式。岛形焊盘适合于元器件密集固定，并可大量减少印制导线的长度与数量，能在一定程度上抑制分布参数对电路造成的影响。此外，焊盘与印制导线合为一体以后，铜箔的面积加大，使焊盘和印制导线的抗剥离程度增加，因而能降低所用的覆铜板的档次，降低生产成本。

2)圆形焊盘

图1.10　圆形焊盘

如图1.10所示，焊盘与引线孔是同心圆。焊盘的外径一般是孔径的2~3倍。设计时，如果板面的密度允许，焊盘不宜过小，特别是在单面板上，因为太小的焊盘在焊接时容易受热脱落。在同一块板上，除个别大元件需要大孔以外，一般焊盘的外径应该一致，这样更美观，也便于加工。圆形焊盘多在元件规则排列的方式中使用，双面印制板也大多采用圆形焊盘。

3)方形焊盘

如图1.11所示，当印制板上元器件体积大、数量小且线路简单时，可以采用方形焊盘。这种形式的焊盘设计制作简单，精度要求低，容易实现。在一些手工制作的简易印制板中常用这种方式，因为只需用刀切断并撕掉一部分铜箔即可。在一些大电流的印制板上也多采用这种形式，它可以获得大的载流量。在SMT电路板上的焊盘也采用方形焊盘的形式。

图1.11　方形焊盘

4)灵活设计的焊盘

在印制电路的设计中，不必拘泥于一种形式的焊盘，可以根据实际情况灵活变换。由于线条过于密集，焊盘与邻近导线有短路的危险，因此可以改变焊盘的形状，以确保安全。又如，典型封装的集成电路两引脚之间的距离只有2.54mm，在如此小的间距里还要走线，只好将圆形焊盘拉长，改成椭圆形的长焊盘。这种焊盘已经成为一种标准形式，椭圆形长焊盘如图1.12所示。在布线密度很高的印制板上，椭圆形焊盘之间往往还要通过1条甚至2条信号线。

图1.12　椭圆形长焊盘

印制导线的尺寸及形状

1. 印制导线的宽度

电路板上连接焊盘的印制导线的宽度，主要由铜箔与绝缘基板之间的黏附强度和流过导线的电流强度来决定，而且应该宽窄适度，与整个板面及焊盘的大小相符合。一般来说，导线的宽度可选在0.3~2.5mm之间。现在国内专业制板厂家的技术水平，已经有能力保证线宽和间距在0.2mm以下的高密度印制板的制作工艺质量。实验证明，若印制导线的铜箔厚度为0.05mm、宽度为1~1.5mm，当它通过2A电流时，温度升高小于3℃。印制导线的载流量可以按20A/mm2(电流/导线截面积)计算，即当铜箔厚度为0.05mm时，1mm宽的印制导线允许通过1A电流。因此可以认为，导线宽度的毫米数等于载荷电流的安培数。所以，导线的宽度选在1~1.5mm，完全可以满足一般电路的要求。对于集成电路的小信号线、数据线及地址线，导线宽度可以选在1mm以下甚至可达0.25mm。但是为了保证导线在板上的抗剥离程度和工作可靠性，线条也不宜太细。只要板上的面积及线条密度允许，应当尽可能采用较宽的导线;特别是电源线、地线及大电流的信号线，更要适当加大宽度。

另外，对于特别宽的印制导线和为了减少干扰而采用的大面积覆盖接地线上的焊盘，对焊盘的形状要进行特殊处理，大面积导线上的焊盘如图1.13所示。这是出于保证焊接质量的考虑，因为大面积铜箔的热容量大而需要长时间加热、热量散发快而容易造成焊盘虚焊，或在焊接时受热量过多会引起铜箔鼓胀或翘起。

图1.13　大面积导线上的焊盘

如果导线的宽度大于3mm，应在导线中间切槽，如图1.14所示，以消除温度变化或焊接时引起的铜箔鼓起或剥落。

图1.14　导线的宽度大，导线中间应切槽

一般情况下，建议优先采用0.5mm、1.0mm、1.5mm和2.0mm的导线宽度，其中0.5mm的导线主要应用于微小型化设备。

2. 印制导线的间距

导线之间距离的确定，应当考虑导线之间的绝缘电阻和击穿电压在最坏的工作条件下的要求。印制导线越短，间距越大，则绝缘电阻按比例增加。实验证明，导线之间的距离在1.5mm时，其绝缘电阻超过10MΩ，允许的工作电压可达到300V以上;间距为1mm时，允许电压为200V。印制导线的间距通常采用1~1.5mm。另外，如果两条导线间距很小，信号传输时的串扰就会增加。所以，为了保证产品的可靠性，应该尽量争取导线间距不要小于1mm。如果板面线条较密而布线困难，只要绝缘电阻及工作电压允许，导线间距也可以进一步减小，甚至小于0.2mm，但这在业余条件下自制电路板不易做到。

3. 避免导线的交叉

在设计板图时，应该尽量避免导线的交叉——这一点，对于双面电路板比较容易实现，双面电路板用过孔可以避免导线的交叉，对单面板就要困难很多。由于单面板的制造成本最低，所以简单电路应该尽量选择单面印制板的方案。在设计单面板时，有时可能会遇到导线绕不过去而不得不交叉的情况，可以用金属导线制成“跳线”跨接交叉点，不过这种跨接线应当尽量避免。注意：“跳线”也是一个独立的元件，在批量生产时，对“跳线”也要安排备料、整形、插装的工序和工时;在设计电路板时，必须为“跳线”安排板面上的位置、标注和焊盘，“跳线”的长度一般不要超过25mm。

4. 印制导线的走向与形状

印制导线的走向与形状如图1.15所示，在设计时应该注意以下几点：

图1.15　印制导线的走向与形状

(1)印制导线以短为佳，能走捷径就不要绕行。

(2)印制导线的走向不能有急剧的拐弯和尖角，拐角不得小于90°。这是因为很小的内角在制板时难于腐蚀;而在过尖的外角处，铜箔容易剥离或翘起。最佳的拐弯形式是平缓的过渡，即拐角的内角和外角最好都是圆弧。

(3)导线通过两个焊盘之间而不与它们连通的时候，应该与它们保持最大且相等的间距;同样地，导线与导线之间的距离也应当均匀地相等并且保持最大。

(4)焊盘之间导线连接时，当焊盘之间的中心距小于一个焊盘的外径D时，导线的宽度可以和焊盘的直径相同;如果焊盘之间的中心距比D大时，则应减小导线的宽度;如果一条导线上有3个以上的焊盘，它们之间的距离应该大于2D。

(5)公共地线应尽可能多地保留铜箔。

(6)为了增加焊盘抗剥强度，可设置工艺线，它不担负导电作用。

5. 导线的布局顺序

在印刷导线布局的时候，应该先考虑信号线，然后考虑电源线和地线。因为信号线一般比较集中，布置的密度也比较高;而电源线和地线比信号线宽很多，对长度的限制要小一些。接地在模拟电路板上普遍应用，有些元器件是用大面积的铜箔地线作为静电屏蔽层或散热器(不过散热量很小)。

印制导线的抗干扰和屏蔽

1. 地线布置引起的干扰

图1.16　地线布置引起的干扰

几乎任何电路都存在一个自身的接地点(不一定是真正的大地)，电路中接地点的概念表示零电位，其他电位均是相对于这一点而言。但在实际的印制电路板上，地线并不能保证是绝对的零电位，往往存在一个很小的非零电位值。由于电路中的放大作用，这小小的电位便可能产生影响电路性能的干扰。在讨论如何克服这一干扰之前，先结合电路讨论干扰产生的原因，地线布置引起的干扰如图1.16所示，电路Ⅰ与电路Ⅱ共用地线A~B段，虽然从原理上说A点与B点同为电位0点，但如果在实际电路中的A、B两点之间有导线存在，就必然存在一定的阻抗。假设印制导线A~B的长度为100mm，宽度为1.5mm，铜箔厚度为0.05mm，则根据

R=ρL/S

可得R=0.026Ω。这个电阻并不算大，但当有较大电流通过时，就要产生一定的压降。此压降经过放大，会产生足以影响电路性能的干扰。又如，在这个电路中，当通过回路的电流频率高达30MHz时，A~B间的感抗可高达16Ω，如此大的感抗，即使流过的电流很小，在A~B间产生的信号也足以造成不可忽视的干扰。可见，造成这类干扰的主要原因在于两个或两个以上的回路共用一段地线。

为了克服这种由于地线布设不合理而造成的干扰，在设计印制电路时，应当尽量避免不同回路的电流同时流经某一段共用地线。特别是在高频电路和大电流回路中，更要注意地线的接法。有经验的设计人员都知道，把“交流地”和“直流地”分开，是减少噪声通过地线串扰的有效方法。

在布设印制电路板地线的时候，首先要处理好各级电路的内部接地，同级电路的几个接地点要尽量集中。这称为一点接地，可以避免其他回路中的交流信号窜入本级或本级中的交流信号窜到其他回路中。然后布设几个印制板上的地线，防止同级之间的相互干扰。下面介绍几种接地方法。

(1)并联分路式。把印制板上几部分的地线，分别通过各处的地线汇总到线路板的总接地点上，并联接地如图1.17所示。

图1.17　并联接地

(2)大面积覆盖接地。在高频电路中尽量扩大印制板的地线面积，可以有效地减小地线中的感抗，从而削弱在地线上产生的高频信号。同时，大面积接地还可以对电场干扰起到屏蔽的作用。大面积覆盖接地如图1.18所示，为一块高频信号测试电路的印制板，它就采用了大面积覆盖接地的办法。高频电路中的高频导线、晶体管各电极引线及信号输入、输出线应尽量做到短而直。易引起自激的导线应避免互相平行，易采取垂直或斜交布线。若交叉的导线较多，最好采用双面印制板，将交叉的导线布设在印制板的两面。双面印制板的布线，应避免基板两面的印制导线平行，以减小导线间的寄生耦合，最好使印制板两面的导线成垂直或斜交布置。

图1.18　大面积覆盖接地

2. 电源产生的干扰与对策

任何电子仪器(包括其他电子产品)都需要电源供电，并且大多数直流电源是由交流电通过降压、整流、稳压后提供。供电电源的质量会直接影响整机的技术指标。除了原理设计的问题以外，电源的工艺布线或印制板设计不合理，也会引起电源的质量不好，特别是交流电源对直流电源的干扰。电源布线不当产生的干扰如图1.19所示，在稳压电路中，整流管接地过远、滤波电容与直流电源的取样电阻共用一段接地导线，都会由于布线不合理，导致交流分量对直流回路产生干扰，使电源的质量下降。为避免这种干扰，应该在设计电源时谨慎地处理如上所述的现象。

图1.19　电源布线不当产生的干扰

直流电源的布线不合理，也会引起干扰。布线时，电源线不要走平行大环形线，电源线与信号线不要靠得太近，并避免平行。

3. 磁场的干扰与对策

印制板使元器件安装紧凑、连线密集，这一特点无疑是印制板的优点。然而，如果设计不当，这个特点也会给整机带来麻烦。如印制板分布参数造成的干扰、元器件相互之间的磁场干扰等，如同其他干扰一样，在排板设计中必须引起重视。

1)避免印制导线之间的寄生耦合

两条相距很近的平行导线，它们之间的分布参数可以等效为相互耦合的电感和电容，当信号从其中一条线中通过时，另一条线内也会产生感应信号。感应信号的大小与原始信号的频率及功率有关，感应信号便是分布参数产生的干扰源。为了抑制这种干扰，排板前要分析原理图，区别强弱信号线，使弱信号线尽量短，并避免与其他信号线平行靠近。不同回路的信号线，要尽量避免相互平行布设，双面板两面的印制导线走向要相互垂直，尽量避免平行布设。这些措施都可以减少分布参数造成的干扰。

2)印制导线屏蔽

有时，某种信号线密集地平行，且无法摆脱较强信号的干扰。为了抑制干扰，在这种情况下可以采用如图1.20所示的印制导线屏蔽的方法，将弱信号屏蔽起来，屏蔽线接地，其效果与屏蔽电缆相似，使之所受的干扰得到抑制。

3)减小磁性元件对印制导线的干扰

扬声器、电磁铁、永磁式仪表等产生的恒定磁场和高频变压器、继电器等产生的交变磁场，对周围的印制导线也会产生影响。要排除这类干扰，一般应该注意分析磁性元件的磁场方向，减少印制导线对磁力线的切割。

印制电路板的对外连接

印制电路板间的互连或印制电路板与其他部件的互连，可采用插头座、转接器或跨接导线等多种形式，下面介绍插头座互连和用导线互连方法。

插头座互连。印制板电路的互连，可采用簧片式插头座和针孔式插头座连接方式进行。

导线互连。采用导线互连时，为加强互连导线在印制板上连接的可靠性，印制板上一般设有专用的穿线孔，导线从被焊点的背面穿入穿线孔，再进行焊接。导线与印制板互连如图1.21所示。采用屏蔽线做互连导线时，其穿线方法与一般互连导线相同，但屏蔽导线不能与其他导线一起走线，以避免互相干扰，屏蔽导线与印制板的互连如图1.22所示。

图1.21　导线与印制板互连

图1.22　屏蔽导线与印制板互连

表面贴装技术对印制板的要求

随着电子工业的发展，表面贴装技术已成为电子产品装配技术的主流，它比传统的穿孔插装技术具有更多的优点，同时它的出现对印制电路板提出了如下新要求：

(1)采用表面安装技术后，元器件安装密度提高，印制板面积减小，印制板的布线密度提高，线条宽度减小为0.12~0.15mm，导线间距减小为0.12~0.2mm，甚至为0.08mm。

(2)表面安装用电路板，使用再流焊接后还可能要进行波峰焊接，因此电路板的焊盘表面需要锡铅合金覆盖层，并具有良好的可焊性。此外电路板表面要平整，尽量减小翘曲和扭曲度。

(3)目前，许多印制电路板采用表面贴装与穿孔装相混合的装配方式，这不仅要求印刷电路板的密度，精度要高，而且还要求印制板的通孔尺寸要小，一般穿孔直径为0.3~0.6mm，焊盘的圆环最小宽度可达0.25mm左右。

(4)印制板上用于贴装的定位孔尺寸精度要高，一般允许误差仅为0.025~0.03mm。