PCB设计和焊锡小结

时间:2023.11.18

PCB设计和焊锡小结

一、PCB设计的一般原则

(1)对于SCH元件库的画法,首先,要知道电路中各个电子元器件的逻辑门图形,而且逻辑门的引脚编号要与PCB封装库中的引脚编号一致,否则在生成PCB板时无法生成网络,最后保存。

(2)对于PCB封装库的画法,首先,要知道元器件封装的引脚功能及封装尺寸,对照封装尺寸画,而且封装图的引脚编号要与SCH元件库的引脚编号一致,然后将封装图命名,最后保存。

PCB设计和焊锡小结

PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时,印制线条长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加;过小,则散热不好,且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后,再确定特殊元件的位置。最后,根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局。在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则:

(1)尽可能缩短高频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离。

(2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。

(3) 对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节,应放在印制板上方便调节的地方;若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。

PCB设计和焊锡小结

根据电路的功能单元。对电路的全部元器件进行布局时,要符合以下原则:

(1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向。

(2)以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上。尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。

(3)在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样,不但美观,而且装焊容易。

(4)位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。电路板面尺寸大于200×150mm时,应考虑电路板所受的机械强度。

布线的原则如下:

(1)输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线,以免发生反馈藕合。

(2)印制板导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.5mm、宽度为1~15mm时,通过2A的电流,温度不会高于3℃。因此,导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路,尤其是数字电路,通常选0.02~0.3mm导线宽度。当然,只要允许,还是尽可能用宽线,尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。

(3)印制导线拐弯处一般取圆弧形,而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外,尽量避免使用大面积铜箔,否则,长时间受热时,易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时,最好用栅格状。这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。

焊盘是PCB设计中最常接触也是最重要的概念,选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。Protel在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘,如圆、方、八角、圆方和定位用焊盘等,但有时这还不够用,需要自己编辑。例如,对发热且受力较大、电流较大的焊盘,可自行设计成“泪滴状”。一般而言,自行编辑焊盘时除了以上所讲的以外,还要考虑以下原则:

(1)形状上长短不一致时要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大;

(2)需要在元件引角之间走线时选用长短不对称的焊盘往往事半功倍;

(3)各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定,原则是孔的尺寸比引脚直径大0.2- 0.4毫米

为连通各层之间的线路,在各层需要连通的导线的文汇处钻上一个公共孔,这就是过孔。工艺上在过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属,用以连通中间各层需要连通的铜箔,而过孔的上下两面做成普通的焊盘形状,可直接与上下两面的线路相通,也可不连。一般而言,设计线路时对过孔的处理有以下原则:

(1) 尽量少用过孔,一旦选用了过孔,务必处理好它与周边各实体的间隙,特别是容易被忽视的中间各层与过孔不相连的线与过孔的间隙,如果是自动布线,可在“过孔数量最小化” ( Via Minimiz8tion)子菜单里选择“on”项来自动解决。

(2) 需要的载流量越大,所需的过孔尺寸越大,如电源层和地层与其它层联接所用的过孔就要大一些。

为方便电路的安装和维修等,在印刷板的上下两表面印刷上所需要的标志图案和文字代号等,例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等。正确的丝印层字符布置原则是:”不出歧义,见缝插针,美观大方”。

二、PCB及电路抗干扰措施

根据印制线路板电流的大小,尽量加粗电源线宽度,减少环路电阻。同时,使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力。

在电子产品设计中,接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用,可解决大部分干扰问题。电子产品中地线结构大致有系统地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模拟地等。在地线设计中应注意以下几点:

(1)正确选择单点接地与多点接地 在低频电路中,信号的工作频率小于1MHz,它的布线和器件间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,因而应采用一点接地的方式。当信号工作频率大于10MHz时,地线阻抗变得很大,此时应尽量降低地线阻抗,应采用就近多点接地。当工作频率在1~10MHz时,如果采用一点接地,其地线长度不应超过波长的1/20,否则应采用多点接地法。

(2)数字地与模拟地分开。 电路板上既有高速逻辑电路,又有线性电路,应使它们尽量分开,而两者的地线不要相混,分别与电源端地线相连。低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而粗,高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。要尽量加大线性电路的接地面积。

(3)接地线应尽量加粗。 若接地线用很细的线条,则接地电位会随电流的变化而变化,致使电子产品的定时信号电平不稳,抗噪声性能降低。因此应将接地线尽量加粗,使它能通过三倍于印制电路板的允许电流。如有可能,接地线的宽度应大于3mm。

(4)接地线构成闭环路。 设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时,将接地线做成闭路可以明显地提高抗噪声能力。其原因在于:印制电路板上有很多集成电路元件,尤其遇有耗电多的元件时,因受接地线粗细的限制,会在地线上产生较大的电位差,引起抗噪能力下降,若将接地线构成环路,则会缩小电位差值,提高电子设备的抗噪声能力。

三、退藕电容配置

(1)电源输入端跨接10~100uf的电解电容器。如有可能,接100uF以上的更好。

(2)原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容,如遇印制板空隙不够,可每4~8个芯片布置一个1~10pF的钽电容。

(3)对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件,如RAM、ROM存储器件,应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容。

(4)电容引线不能太长,尤其是高频旁路电容不能有引线。

(5)在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时,操作它们时均会产生较大火花放电,必须采用RC电路来吸收放电电流。一般R取1~2K,C取2.2~47uF。

(6)CMOS的输入阻抗很高,且易受感应,因此在使用时对不用端要接地或接正电源。

四、混合信号PCB设计

混合信号PCB设计是一个复杂的过程,设计过程要注意以下几点: 1.将PCB分区为独立的模拟部分和数字部分。 2.合适的元器件布局。 3.A/D转换器跨分区放置。 4.不要对地进行分割。在电路板的模拟部分和数字部分下面敷设统一地。 5.在电路板的所有层中,数字信号只能在电路板的数字部分布线。 6.在电路板的所有层中,模拟信号只能在电路板的模拟部分布线。 7.实现模拟和数字电源分割。 8.布线不能跨越分割电源面之间的间隙。 9.必须跨越分割电源之间间隙的信号线要位于紧邻大面积地的布线层上。 10.分析返回地电流实际流过的路径和方式。 11.采用正确的布线规则。

五、PCB元器件布局检查规则

PCB布板过程中,对系统布局完毕以后,要对PCB图进行审查,看系统的布局是否合理,是否能够达到最优的效果。通常可以从以下若干方面进行考察:

1.系统布局是否保证布线的合理或者最优,是否能保证布线的可靠进行,是否能保证电路工作的可靠性。在布局的时候需要对信号的走向以及电源和地线网络有整体的了解和规划。

2.印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符,能否符合PCB制造工艺要求、有无行为标记。这一点需要特别注意,不少PCB板的电路布局和布线都设计得很漂亮、合理,但是疏忽了定位接插件的精确定位,导致设计的电路无法和其他电路对接。

3.元件在二维、三维空间上有无冲突。注意器件的实际尺寸,特别是器件的高度。在焊接免布局的元器件,高度一般不能超过3mm。

4.元件布局是否疏密有序、排列整齐,是否全部布完。在元器件布局的时候,不仅要考虑信号的走向和信号的类型、需要注意或者保护的地方,同时也要考虑器件布局的整体密度,做到疏密均匀。

5.需经常更换的元件能否方便地更换,插件板插入设备是否方便。应保证经常更换的元器件的更换和接插的方便和可靠。

6.调整可调元件是否方便。

7.热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离。

8.在需要散热的地方是否装有散热器或者风扇,空气流是否通畅。应注意元器件和电路板的散热。

9.信号走向是否顺畅且互连最短。

10.插头、插座等与机械设计是否矛盾。

11.线路的干扰问题是否有所考虑。

12.电路板的机械强度和性能是否有所考虑。

13.电路板布局的艺术性及其美观性。

PCB设计和焊锡小结

六、手工锡焊技术要领

刮亮是对被焊电路和元器件进行特殊的清理工作。在焊接前,要将被焊电路和元器件的施焊部位刮出亮光,这是实现牢固焊接的关键。一般使用刀片、锉刀

或细砂纸进行刮削。

刮削铜导线时,应将导线放平,刮削动作要轻盈,直到将导线上的氧化层、油污或绝缘漆清除干净并露出金属本色为止;对于镀金、镀银的合金导线,不要把镀层刮掉,应轻轻刮拭后用橡皮擦去表面污垢;对于集成电路的引脚,焊前可不作清洁处理,但不要将引脚弄脏;对于自制的印刷电路板,可用细砂纸将铜箔表面氧化层除掉;对于喇叭接头、灯泡底座上的接头,可用刀片将其刮亮。

沾锡熔焊是给被刮亮的施焊部位完成焊接工作。在沾锡熔焊之前,应先将电烙铁头部的氧化物清除干净,再给电烙铁通电。当电烙铁头部达到适宜温度后,再用其头部将松香或助焊剂熔化到施焊部位。为了顺利施焊,应先用焊锡丝在电烙铁头部挂上1层很薄的焊锡,再用电烙铁头部将焊锡丝熔化。以上要点可避免施焊部位表面重新氧化, 从而保证焊接质量。

晶体管及电容都是热敏感元件,这些元件在完成沾锡熔焊以后,要使用万用电表进行检测,看电烙铁高温是否对其造成损坏。若发现元件损坏,应及时更换。

因不同的焊接对象对电烙铁工作温度的要求不同,所以控制好熔焊时的温度十分重要。判断电烙铁头部温度是否适宜,可采用“听、看、闻”等方法 。 “听”:就是当电烙铁头部碰到松香或助焊剂时,若温度适宜,则应有“刺刺”的声音;温度低时则听不见声音。

“看”:就是看松香或助焊剂熔化情况,若熔化缓慢,说明温度太低;若熔化迅速,说明温度适宜;若冒烟过多,说明温度太高。

“闻”:就是闻松香或助焊剂散发的气味,若闻到一股清香味,说明温度适宜;若闻到一股烧焦味,说明温度太高。

熔焊步骤如下:

在电烙铁头部熔化少量松香或助焊剂,同时挂上1层很薄的焊锡,然后将电烙铁头部与焊锡丝同时对准焊点;当电烙铁头部的松香或助焊剂尚未挥发完时,将电烙铁头部与焊锡丝同时接触焊点,开始熔化焊锡丝;当焊锡丝熔化并浸润到整个焊点时,停留2~3 s后,将电烙铁和剩余的焊锡丝同时从焊点移开。

对完成焊接的电路及元器件应进行检查,可用手轻轻摇晃焊接点,看是否有松动。对于导线,可用手轻轻拉动,看是否有脱落。

重量超过15g的元器件,应当用支架加以固定,然后焊接。

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先将电烙铁接触焊盘和元件引脚

PCB设计和焊锡小结

在将焊锡丝接触电烙铁尖

PCB设计和焊锡小结

焊锡好后的焊点


第二篇:PCB 心得


初学PCB的一点心得

马文娟 发表于: 2009-11-25 18:21 来源: 湖北师范学院电工电子实验教学示范中心

关于PCB的学习有很多很好的资料,讲得也很全面,我在这儿只是以初学者的角度,浅谈一些在琐碎的细节问题,希望能对像我一样的初学者有所帮助。下面是我平时在实验报告中写的总结,现将其中自认为有用的罗列在这,没有用很专业的词语,可能有些地方说的不妥,还望纠正啊!

1. 为使原理图美观,在将相隔较远的两端连起来时,可用网络标志字“Net1”,如果只是起标注作用,则用“Text”。

2. 在画原理图时,如果把两根的导线画得太靠近,则会产生不必要的结点,是因为这两根线交错引起的,只要修改光标移动的最小距离即可,即修改“snap”。

3. 在原理图中给元件取名字时,A.B.C不能作为区分的标准。列如:给四个焊盘取名JP1A, JP1B, JP1C, JP1D,结果在PCB板中只有一个焊盘,把名字改为JP1A, JP2B, JP3C, JP4D, 在PCB中就有四个焊盘。

4. 在PCB中手动布线时,如果两个端点怎么也连不上,则很可能是原理图中这两个端点没有连在一起。

5. 自己画PCB封装时,一定要和原理图相一致,特别是有极性的元件。如:二极管、电解电容。

6. 在Schlib, Pcblib中画图时,一定要注意把图放在靠近中心坐标(0,0)的地方,特别是在Pcblib中,不能直观的看见中心,可以通过改变线的坐标,使之接近(0,0)。

7. 画PCB封装时,一定要与实际的元件相一致,特别是周边的黄线,是3D图的湿印层,即最终给元件留的空间。

8. 手动布线更加灵活,通过 Design-----Rules,弹出对话框,可以设置电源线、地线的粗细。

9.PCB图中如果元件变为警告色“绿色”,有可能是元件之间靠得太近了,也有可能是封装不对,如:POWER的两个焊盘10、11,如果内孔直径为110mil,则这两个焊盘变为绿色,只要把内孔直径改为100 mil,则正常了。

10.将几个焊盘交错的放置,则可以得到椭圆形的焊孔。

11.手动布线时,导线是不能交叉的,解决这个问题的方法就是,增添一个焊盘,然后分别在Top layer 和 Buttom layer两层布线,通过焊盘将两端连起来。

12.在原理图中,双击元件,不仅可以看到此元件的封装,还可以修改原件的封装,当然前提是封装已经存在。

13.在画封装图时,最好不要在封装图上写标注,否则,此标注将和封装连为一个整体,布线时,线不能通过此标注,给布线带来了麻烦,其实在PcbDoc中可以对元件标注。

14.在Schlib中画好图后,一定要修改名字,不能为默认的“*”,否则不能Update到PcbDoc中。

15.可以通过把线加粗到一定程度,达到实心图的效果。如:按键的实心圆、发光二极管的实心三角形。

16.手动布线的时候,现只能有三种走法:水平的、垂直的、45度斜线的。

17.通过这次作业,终于弄清楚了DXP的大致功能,发现画图很

好玩,特别是自己画一个元器件,然后在给它画封装,还是很有意思的。

18.开始应该先做好准备工作。第一步,把要用到的元器件的图形,不管是自己亲手画的,还是调用别人的,都统一放到自己建立的Sch.Lib中,这样用起来就不用到处找了。第二步,给每一个元器件封装,同样不管是自己亲手画的,还是调用别人的,都统一放到自己建立的PCB.Lib中。在这个过程中有几个细节问题不能忽视,比如,在Sch.Lib中引脚的序号 Designator非常重要,它与PCB.Lib封装中的焊盘序号是一一对应的,在Sch.Lib中引脚的名称Display Name只是描绘这个引脚的功能而已,可有可无。在Sch.Lib对话框Library Component Properties中,Designator的内容显示在Sch.Doc中的标号,是可以单独移动的,Library Ref 的内容显示在Sch.Lib中的标号。当然,在Sch.Lib中图形必须要放在中心。在PCB.Lib中画封装时也必须要把封装画在中心,重点是尺寸问题,必须与实际的尺寸一致,通常,焊盘间距100mil,芯片两侧对称的焊盘间距为300mil。丝印层(黄线)图形代表的是元器件焊在板子上时所占用的空间大小。

19.原理图的绘制,最好是每个功能模块单独画,从库里调出元器件后,应该给它取个名字,在Designator中给它命名,如果是芯片就写上芯片的名字,不要用U1、U2等来标注,那样很容易弄混,出现重名的情况,重名的后果是只有一个导入到PCB中,用芯片的

名字命名的另一个好处是,如果有错误可以直接找到芯片。网络标号必须写在wire线上,如果偷懒放在引脚上,则无效。

20.由原理图导入到PCB有时候很难一次成功,遇到的问题可能是由于原理图与封装没有很好的对应。比如:有时候引脚序号需要隐藏,就可能忽视了引脚序号,结果是引脚序号并不是所要求的,当然与焊盘上的序号无法对应起来;原理图中不同封装的元器件重名也会报错。只要保证每一个元器件的封装都是对的(元器件多了,就需要细心仔细了),最后都能导入到PCB。

21.重头戏就在PCB中了。首先说一下在PCB中修改的问题,如果发现线连错了,就是原理图的问题,只要在原理图中修改好了,在PCB中Import changes from即可。如果发现要更换封装,可以在PCB.Lib中修改封装后Update with PCB即可,也可以在原理图中重新给元器件封装,然后在PCB中Import changes from即可(这种方法可能更好)。再说一下在PCB中元器件的摆放问题,首先摆放有特定位置要求的元器件,需要手动操作的元器件都应该放在板子的边缘,比如:电源、串口、按键、排针等,能显示的元器件如数码管也要放在板子的最上面,便于观察;再摆放主要的芯片,然后把每个芯片电路的电容电阻都放在这个芯片的周围(要对照原理图来找电容电阻),对各个芯片电路进行合理摆放,要求尽量是直线式的走线,没有交错的走线;最后就是布线的问题,先自动布线看一下效

果,如果元器件摆放的合理,自动布线的效果非常好,然后进行DRC检测,有时候是走线有问题,(走线变绿)撤销变绿的布线,手动给它布线,遵从顶层走横线,底层走纵线的原则。有时候是焊盘大小的问题,将焊孔改小一点就好了。

22.最后就是完善一些细小的地方。比如,把每个电容电阻的值标上去,三极管的型号(是PNP还是NPN),晶振的大小,制版人,制版日期等。

23.要学会利用资源,不能什么都从零开始。比如:数码管的图形以及封装,要想画的既好看又标准,是要花一定的时间的,而网上都有现成的,只要弄懂别人是怎么画出来的,记住其中的技巧,将来自己要用到这样的技巧时能派上用场就行了。同理,绝大部分常用的元器件,它们的图形以及封装都能找到现成的,直接拿过来用就行了。

24.动手做之前以为很简单的,无非就是元器件多了,原理图复杂了,元器件摆放要讲究一些,虽然很多细节问题都知道了,但是还是犯了错,软件还是要多用,养成良好的习惯后,就不会再犯这样或那样的细节错误了。最欣慰的是在元器件的摆放问题上有了深刻的见解,这一次因为元器件摆放得合理,在布线这一环节走得很顺利,基本上是自动布线,只是稍微修改了一根线和一个焊盘的大小。好像越是复杂的电路,就越是能发挥出自动布线的优势,在自动布线的基础

上进行手动布线,效果非常好!

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