《电子制作基础：电路板设计与制版》课件

电子制作基础电路板设计与制版欢迎来到电子制作的世界！本课程将带您从零开始，掌握电路板设计与制版的核心技能，让您能够独立完成电子产品的制作我们将深入学习电路原理图设计、设计、制版工艺、焊接技巧以及测试调试方法，让您成为一名PCB合格的电子制作爱好者准备好了吗？让我们一起开始这段激动人心的旅程！课程简介电子制作的重要性与应用电子制作的重要性电子制作的应用电子制作是创新和实践的结合，它不仅能培养我们的动手能力和电子制作的应用范围非常广泛，从简单的LED闪烁电路到复杂的解决问题的能力，还能让我们深入了解电子产品的内部结构和工智能家居系统，都可以通过电子制作来实现电子制作在教育、作原理通过电子制作，我们可以将理论知识转化为实际应用，科研、工业、医疗等领域都有着重要的应用价值例如，在教育从而更好地掌握电子技术领域，电子制作可以作为一种实践教学手段，帮助学生更好地理解电子知识电子制作流程概述设计、制版、焊接、调试设计根据需求，设计电路原理图，选择合适的元件，并进行仿真验证制版将电路原理图转化为图，生成文件，并进行制造PCB Gerber PCB焊接将电子元件焊接在板上，形成完整的电路PCB调试对焊接好的电路板进行测试和调试，排除故障，确保电路正常工作电路板基础知识定义、分类、作用定义分类12电路板，又称印刷电路板（电路板按层数可分为单面板、PCB），是电子元件的支撑体双面板和多层板；按材料可分，也是电子元件之间电气连接为FR-4板、CEM-1板等；按的载体应用可分为消费电子板、工业控制板等作用3电路板的主要作用是提供电子元件的机械支撑，实现电子元件之间的电气连接，并提供散热通道单面板、双面板、多层板的特点与应用单面板双面板多层板单面板只有一面有电路，结构简单，成双面板两面都有电路，布线密度高，性多层板有多层电路，布线密度最高，性本低，适用于简单的电子产品，如计算能优于单面板，适用于中等复杂度的电能最好，适用于复杂的电子产品，如计器、遥控器等子产品，如电源、音频设备等算机、手机等电路板材料、FR-4CEM-1等材料的性能比较材料特性应用FR-4阻燃性好，机械强度各种电子产品高，电气性能稳定，应用最广泛CEM-1成本较低，但机械强低端消费电子产品度和电气性能不如FR-4铝基板散热性能好，适用于LED照明、电源模块大功率电子产品电路板尺寸规格常用尺寸与定制尺寸常用尺寸定制尺寸尺寸选择电路板的常用尺寸有标准尺寸和非标根据产品的实际需求，可以定制电路在选择电路板尺寸时，需要综合考虑准尺寸两种标准尺寸通常是根据国板的尺寸定制尺寸的电路板可以更产品的结构、功能、成本等因素，选际标准或行业标准制定的，例如好地满足产品的结构和功能要求，但择最合适的尺寸100mm x100mm、160mm x成本相对较高等100mm电路原理图设计元件符号与连接规范元件符号1电路原理图中的每个元件都有其特定的符号，例如电阻的符号是矩形，电容的符号是两条平行线连接规范2电路原理图中的元件之间通过导线连接，导线必须连接到元件的引脚上，不能悬空规范的重要性3规范的电路原理图可以提高设计效率，减少错误，方便后续的设计和调试PCB常用电子元件电阻、电容、电感、二极管、三极管电阻电容电感二极管电阻是阻碍电流流动的元件，电容是储存电荷的元件，单位电感是储存磁场能量的元件，二极管具有单向导电性单位是欧姆（Ω）是法拉（F）单位是亨利（H）三极管三极管具有放大和开关作用电源、信号、地线的布局原则电源线电源线应尽可能粗，以减小电阻，提高供电能力地线地线应形成闭环，以减小噪声干扰信号线信号线应尽可能短，以减小信号衰减和延迟电路图设计软件介绍、、Altium DesignerPADSKiCadAltium DesignerPADS KiCad功能强大，界面友好，是业界最流行的Mentor Graphics公司的产品，具有良开源免费，功能不断完善，适合个人学习PCB设计软件之一好的稳定性和可靠性和小型项目入门界面Altium Designer介绍与基本操作界面介绍基本操作12的界面主的基本操Altium DesignerAltium Designer要包括菜单栏、工具栏、项目作包括创建工程、放置元件、管理器、原理图编辑区、PCB连线、修改属性、编译等编辑区等学习资源3可以通过官方文档、视频教程、论坛等学习的使用Altium Designer方法创建新的电路原理图工程新建工程在中，选择Altium Designer“File”-“New”-“Project”，创建一个新的工程选择模板选择合适的工程模板，例如“PCB Project”命名工程为工程命名，并选择保存路径放置元件与连线放置元件连线在Altium Designer中，可以通过元件库浏览器找到需要的元使用导线工具，将元件的引脚连接起来，形成电路件，并将其拖拽到原理图编辑区添加元件参数与属性元件参数元件属性添加方法元件参数包括阻值、容值、感值、额元件属性包括元件名称、元件型号、在Altium Designer中，可以通过双定电压、额定电流等元件封装等击元件，打开元件属性对话框，添加元件参数和属性电路图检查与错误排除原理图规则检查1检查原理图的电气规则元件属性检查2确保元件的属性完整和正确连线检查3检查连线是否正确连接网络连接检查4验证网络连接是否完整设计基础元件布局与布线PCB布线2连接元件之间的线路元件布局1合理安排元件的位置优化调整布局和布线3设计流程概述元件布局、PCB布线、丝印、阻焊元件布局1根据电路原理图，合理安排元件在上的位置PCB布线2连接元件之间的线路，实现电路的电气功能丝印3在上印刷元件标识和说明，方便焊接和调试PCB阻焊4在上涂覆阻焊层，保护焊盘和线路，提高焊接可靠性PCB元件布局原则信号流向、散热、EMC信号流向散热EMC元件布局应尽量按照信号流向排列，减对于发热量大的元件，应放置在通风良元件布局应考虑EMC（电磁兼容性）要少信号线的长度，降低信号干扰好的位置，并采取散热措施求，避免敏感元件受到干扰手动布局与自动布局的优缺点手动布局自动布局优点灵活性高，可以根据经验进行优化缺点效率低，耗时优点效率高，节省时间缺点灵活性差，可能需要手动调整布线规则电源线、地线、信号线宽度要求线路类型宽度要求原因电源线较粗降低电阻，提高供电能力地线较粗降低噪声干扰信号线根据信号频率和电流保证信号质量大小确定常用布线技巧蛇形走线、差分走线蛇形走线差分走线用于调整信号线的长度，使信号到达时间一致用于传输高速信号，提高抗干扰能力过孔的作用与选择作用1连接不同层之间的线路选择2根据信号频率和电流大小选择合适的过孔尺寸和类型丝印层的设计元件标识与说明元件标识清晰标注元件的型号和位号，方便焊接和调试说明添加必要的说明文字，例如电压、电流等阻焊层的设计保护焊盘与提高焊接可靠性保护焊盘提高焊接可靠性防止焊盘氧化，提高焊接质量防止焊接时锡膏流动，避免短路设计软件操作PCB Altium设计Designer PCB启动创建导入打开Altium新建PCB工程导入原理图软件Designer创建新的工程PCB选择1选择“File”-“New”-“Project”模板2选择模板PCB Project命名3为工程命名导入电路原理图选择选择“Design”-“Import Changesfrom XXX.PrjPcb”执行执行导入操作检查检查导入结果元件布局与调整拖拽旋转12拖拽元件到PCB编辑区旋转元件调整方向对齐3使用对齐工具对齐元件手动布线与自动布线手动布线自动布线人工绘制线路软件自动绘制线路添加丝印与阻焊层丝印层添加元件标识和说明阻焊层覆盖焊盘以外的区域设计检查与规则设置PCB DRC设置DRCDesign RuleCheck，设计规设置线宽、间距等规则则检查检查运行检查DRC文件生成与检查Gerber生成1生成文件Gerber检查2使用查看器检查文件Gerber输出3将文件发送给制造商GerberPCB制版工艺流程菲林输出、曝光、显影、蚀刻菲林输出曝光1将设计转化为菲林将菲林上的图像转移到板上PCB PCB2蚀刻4显影3去除未被保护的铜箔去除未曝光的感光材料菲林输出注意事项精度、分辨率、校准精度分辨率校准123保证菲林输出的精度，避免误差选择合适的分辨率，保证图像质量定期校准输出设备，保证输出精度曝光工艺曝光时间、光源强度、温度控制曝光时间光源强度温度控制控制曝光时间，避免过度或不足选择合适的光源强度，保证曝光质量控制环境温度，避免影响曝光效果显影工艺显影液浓度、温度、时间控制显影液浓度温度时间控制显影液浓度，避免过度或不足控制显影液温度，保证显影效果控制显影时间，避免过度或不足蚀刻工艺蚀刻液浓度、温度、时间控制温度2控制蚀刻液温度，保证蚀刻效果浓度1控制蚀刻液浓度，避免过度或不足时间控制蚀刻时间，避免过度或不足3钻孔工艺钻头选择、钻孔速度、精度控制选择速度精度选择合适的钻头控制钻孔速度控制钻孔精度表面处理工艺喷锡、镀金、OSP喷锡镀金OSP成本低，焊接性好耐腐蚀，接触电阻小环保，成本适中焊接工艺手工焊接与焊SMT接工艺特点适用范围手工焊接灵活，成本低少量元件，原型制作SMT焊接效率高，精度高批量生产焊接工具介绍电烙铁、焊锡丝、助焊剂电烙铁焊锡丝助焊剂加热焊锡，熔化焊锡丝连接元件和焊盘去除氧化物，提高焊接质量手工焊接技巧元件定位、焊接温度、时间控制定位温度12精确元件定位控制焊接温度时间3控制焊接时间焊接流程贴片、回流焊SMT贴片回流焊将元件贴到PCB板上通过加热使焊锡熔化，连接元件和焊盘电路板测试与调试万用表、示波器使用万用表示波器测量电压、电流、电阻观察波形、测量频率、幅度万用表的使用测量电压、电流、电阻电压电流测量电路中两点之间的电压测量电路中通过的电流电阻测量元件的电阻值示波器的使用观察波形、测量频率、幅度波形1观察电路中信号的波形频率2测量信号的频率幅度3测量信号的幅度故障排查技巧短路、开路、虚焊短路开路虚焊两点之间不应连接的点连接在一起应连接的点没有连接在一起焊接不良，接触不良电路板维修元件更换、线路修复确定故障1准确诊断故障原因准备工具2准备好维修所需的工具和元件更换元件/修复线路3小心更换损坏的元件或修复断裂的线路测试4维修完成后，进行测试，确保电路板恢复正常工作电子制作安全注意事项安全第一安全是电子制作的首要原则，务必时刻注意安全防静电措施防静电手环防静电垫12佩戴防静电手环，释放静电在防静电垫上操作防静电服装3穿防静电服装用电安全检查避免使用检查电源线是否完好避免湿手接触电源使用带有接地线的插座化学品安全通风防护储存在通风良好的地方使用化学品佩戴防护眼镜和手套妥善储存化学品电子制作实例简单闪烁电路LED电路原理图设计1设计闪烁电路的原理图LEDPCB设计与制版2设计，并进行制版PCB元件焊接与调试3焊接元件，并进行调试电路原理图设计元件选择选择、电阻、电容、三极管等元件LED连接按照电路原理图连接元件设计与制版PCB布局布线制版合理布局元件连接元件之间的线路将PCB设计转化为电路板元件焊接与调试测试2测试电路是否正常工作焊接1将元件焊接在板上PCB调试调整元件参数，使电路达到最佳状态3常见问题解答问题1问题2为什么电路不工作？为什么LED不亮？问题3为什么电路发热？总结与展望总结1本课程介绍了电子制作的基础知识和技能展望2希望学员能够运用所学知识，进行更多的电子制作实践课程回顾知识点总结电路板基础知识1定义、分类、作用电路原理图设计2元件符号、连接规范PCB设计3元件布局、布线、丝印、阻焊制版工艺4菲林输出、曝光、显影、蚀刻焊接工艺5手工焊接、焊接SMT测试与调试6万用表、示波器使用、故障排查。