元件与元件封装

1. 原理图元件与PCB元件

在原理图设计过程中， 曾经提到要在它的属性编辑框中输入正确的封装形式， 以便在制作印制电路板图时能够很快地从元件库中调用正确的封装形式。 下面就来看看原理图元件和印制电路板元件的联系和区别。

原理图元件着重于表现元件图的逻辑意义， 而不太注重元件的实际尺寸与外观， 而代表其电气特性的关键部分就是引脚。 引脚名称 （或引脚序号） 元件序号是延续该元件电气意义的主要数据。 PCB元件 （封装） 则着重于表现元件实体， 包括元件的物理尺寸及相对位置， 而其承接电气特性的部分是焊盘名称 （或焊盘序号） 及元件符号。 换言之， 原理图中的引脚名称 （或引脚序号）， 转移到PCB图中就是焊盘名称 （或焊盘序号）， 而原理图中的元件序号， 转移到PCB图中就是相同的元件序号， 如图4－2所示。

图4－2 原理图中的元件与印制板图中元件之间的关系

除了元件序号外， 在电路原理图的编辑工作区里， 还要通过电路原理图元件的Footprint栏所指定的元件封装名称， 才能从电路板的元件库中取得该元件。

电路原理图元件与印制板元件之间的对应关系不一定是一一对应的关系， 可能是一对多， 也可能是多对一或多对多的关系。 例如， 同一阻值的电阻， 因其功率不同， 封装就不同； 不同阻值的电阻， 如果都是0.25W， 则可以选用相同的封装。

另外， 不管是对电路原理图还是对电路的印制板图的编辑过程中， 元件序号、 引脚名称（或引脚序号）、 焊盘名称 （或焊盘序号） 等， 最好习惯性地采用大写， 以免发生错误， 同时原理图元件的引脚名称 （或引脚序号） 必须与焊盘名称 （或焊盘序号） 一致。 例如， 二极管、 三极管在原理图中其元件的引脚一般用字母来命名， 而在PCB图中相应的元件焊盘往往用数字来命名， 这样使两者之间名称不一致， 在将网络表调入电路板图环境时会出现网络丢失错误。

2. 元件封装图结构

不管是针脚式元件还是表面贴装式元件， 其结构如图4－3所示， 可以分为元件图、 焊盘、 元件属性3个部分， 说明如下。

图4－3 元件结构说明

（1） 元件图。

元件图是元件的几何图形， 不具备电气性质， 它起到标注符号或图案的作用。 这些符号或图案大多放置在Top Overlay层 （丝印层）， 能够帮助元件布置， 但并不影响布线， 所以元件图的主要作用是展示元件外型。

（2） 焊盘。

焊盘是元件的电气部分， 相当于电路图里的引脚。 焊盘在电路板中非常重要， 焊盘上的号码就是管脚号码。 焊盘号码必须与原理图中元件的引脚号码一致， 否则就会出现缺少网络节点的错误。 焊盘的尺寸、 内孔大小、 位置更影响日后的电路板制作与生产， 如果弄错了，将导致电路板不能使用， 因此不可不注意。

（3） 元件属性。

在电路板的元件里， 其属性部分主要用来设置元件的位置、 层次、 序号和注释等内容。元件的基本属性有元件序号 （Designator） 和标注元件值 （或元件编号） 的元件注释（Comment）。

3. 元件名称

在实际的应用过程中， 用到的元件比较多， 要想提高绘图速度， 对元件的名称及命名原则就应该有一个了解。 在实际的应用过程中， 常用的元件有电阻、 电容、 双列直插元件、 表面贴装元件和插头等。

在实际应用中电阻、 电容的名称分别是AXIAL和RAD， 对于具体的对应可以不做严格的要求， 因为电阻、 电容都是有两个管脚， 管脚之间的距离可以不做严格的限制。

直插元件有双列直插和单列直插之分， 双列直插被称为DIP， 单列直插被称为SIP。

表面贴装元件的名称是SMC， 贴装元件又有宽窄之分， 窄的代号是A， 宽的代号是B。

电路板制作过程中， 往往会用到插头， 它的名称是DB。

通过上面的介绍， 或许对元件的名称有了一定的了解。 当然在实际的操作过程中， 碰到的元件是多种多样的， 用户可以在长期的实践过程中来加以认识， 在必要时可以查阅资料。

4. 元件封装

通常设计完印制电路板后， 将它拿到专门制作电路板的单位制作电路板。 取回制好的电路板后， 要将元件焊接上去。 那么如何保证取用元件的引脚和印制电路板上的焊点一致呢？那就得靠元件封装了。

元件封装是指实际元件焊接到电路板时所指示的外观和焊接位置。 既然元件封装只是元件的外观和焊接位置， 那么纯粹的元件封装仅仅是空间的概念， 因此， 不同的元件可以共用一个元件封装； 另外， 同种元件也可以有不同的封装。 如RES代表电阻， 它的封装形式有AXIAL0.3、 AXIAL0.4和AXIAL0.6等， 所以在取用焊接时， 不仅要知道元件名称， 还要知道元件的封装。 元件的封装可以在设计电路图时指定， 也可以在引进网络表时指定。

5. 元件封装式的分类

元件封装可以分为针脚式 （THT） 元件封装和表面粘贴式 （SMT） 元件封装。

（1） 针脚式元件封装如图4－4 （a） 所示。 针脚式元件焊接时先要将元件针脚插入焊点导通孔， 然后再焊锡。 由于针脚式元件封装的焊点导孔贯穿整个电路板， 所以其焊点的属性对话框中， Layer板层属性必须为多层 （Multi Layer）。

（2） SMT元件封装。SMT元件封装的焊点只限于表面板层。其焊点的属性对话框中，Layer板层属性必须为单一表面，如Top Layer或者Bottom Layer。图4－4 （b） 所示为STM封装。

6. 元件封装的编号

元件封装的编号一般为元件类型＋焊点距离 （焊点数） ＋外形尺寸。 可以根据元件封装编号来判别元件封装的规格数字。 例如， AXIAL0.4表示此元件封装为轴状的， 两焊点间的距离为400mil （约等于10mm）； DIP16表示双排引脚的元件封装， 两排共有16个引脚；RB.2／.4表示有极性电容类元件封装， 引脚间距离为200mil， 元件直径为400mil， 这里.2和0.2都表示200mil。

图4－4 元件封装

（a） THT元件DIP封装； （b） SMT元件SO封装

7. 常用元件和集成块封装

（1） 电阻。 电阻功率不同， 电阻的体积也不同， 封装自然也不同。

1） 插式封装 （AXIAL0.3～AXIAL1.0） 1／4W和1／2W的电阻， 都可以用AXIAL0.3元件封装， 而功率数大一点的话， 可用AXIAL0.4、 AXIAL0.5等。

2） 贴片封装。 例如，0603表示的是封装尺寸与具体阻值没有关系， 封装尺寸与功率有关， 通常来说有06031／16W、08051／10W、12061／8W。

电容和电阻外形尺寸与封装的对应关系是： （单位mm）

0402＝1.0×0.5 0603＝1.6×0.8 0805＝2.0×1.2

1206＝3.2×1.6 1210＝3.2×2.5 1812＝4.5×3.2

2225＝5.6×6.5

（2） 电容。 电容种类比较多， 封装形式也相对多一些， 根据电容种类、 容量， 所选封装可能会有较大差异， 甚至完全不同。 一般来说， 容量越大， 体积越大。

1） 容量较大的电解电容 （RB.2／.4～RB.5／.10） 即有极性电容， 斜杠前数字表示焊盘间距， 斜杠后数字代表电容外直径。

RB.2／.4比较适合几百μF的电容， 若容量再小， 需自建元件封装。

2） 容量较小的电解电容。

容量在几μF到几十μF， 可以选择插式封装或者贴片封装 （同电阻贴片封装）。

3） 容量更小的电容 （RAD0.1～RAD0.4）。

一般指无极性电容， 数字表示焊盘间距， 如瓷片电容、 涤纶电容等。 原理图中常用名称为CAP （无极性）、 CAPVAR （可变电容）。

（3） 二极管。 DIODE0.4～DIODE0.7： 数字表示焊盘直径， 注意二极管的正负极。

（4） 三极管 （TO－3～TO－220）。 TO—XXX： 其中XXX为数字， 表示不同的晶体管封装， 原理图中常用名称为NPN和PNP， 功率不同， 外形也不一样。

（5） 连接器。 这类元件种类丰富， 用途广泛， 没有统一的命名。 实际元件的尺寸可以从手册中查到， 或者直接用卡尺量。 此类元件封装一般存放于Library＼ Pcb＼ Miscellaneous Connectors.ddb库中， 此库内容丰富， 一般的连接件如并口、 串口和耳机插口都可以找到。

（6） EC （Edge Connectors）。 EC为边沿连接， 常用于两块电路板之间的连接， 便于一体化的设计。 最常见的例子是制作PCI接口的板卡时， 与计算机主板的卡槽连接。

（7） 集成电路。

1） DIPXX （Dual Inline Package）。

双列直插封装， XX表示引脚数。

焊盘中心距为100mil。

边缘间距为50mil。

焊盘直径为50mil。

孔直径为32mil。

2） PLCC （Plastic Leadless Chip Carrier）。

无引出脚芯片封装， 是一种贴片式封装， 其引脚向内弯曲。

3） PGA （Pin Grid Arrays）。 引脚栅格阵列， 其引脚从底部垂直引出， 且整齐地分布于芯片四周。

4） QFP料封装。 方形贴片式封装， 与PLCC封装类似， 但其引脚没有向内弯曲， 而是向外伸展。 面积相对大， 但焊接方便， 拆卸也很容易。 芯片引脚之间距离很小， 管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式， 其引脚数一般都在100个以上。

5） SOPXX （Small Outline Package）。 为小贴片封装， 与DIP相比， 体积大大减小， 应用日益广泛。

SOP封装其实是SO封装系列之一， SO封装还有SOP、 SOJ、 SOL、 TSOP等。

6） 单列直插。

SIPXX： XX表示引脚数。