第5講PCB設(shè)計基礎(chǔ)及單面板設(shè)計

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,第1章 廣播電視技術(shù)基本,1.1 顯象管與顯象原理,1.2 電視信號的產(chǎn)生,*,*,*,PCB輔助設(shè)計,PCB輔助設(shè)計,制作：,福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 郭勇,聯(lián)系方式：,gy_,1,第5講 PCB設(shè)計基礎(chǔ)及單面板設(shè)計,主 要 內(nèi) 容,一、PCB定義與分類,二、PCB設(shè)計基本組件,三、PCB編輯器,四、PCB工作層,五、規(guī)劃PCB,六、裝載元件庫,七、元件放置與布局調(diào)整,八、放置焊盤、過孔,九、手工布線,2,PCB的定義,印制電路板(Printed Circuit Board，簡稱PCB，也稱印制線路板、印制板)是指以絕緣基板為基礎(chǔ)材料加工成一定尺寸的板，在其上面至少有一個導(dǎo)電圖形及所有設(shè)計好的孔（如元件孔、機(jī)械安裝孔及金屬化孔等），以實現(xiàn)元器件之間的電氣互連在電子設(shè)備中，印制電路板通常起三個作用為電路中的各種元器件提供必要的機(jī)械支撐提供電路的電氣連接用標(biāo)記符號將板上所安裝的各個元器件標(biāo)注出來，便于插裝、檢查及調(diào)試。

一、PCB定義與分類,3,單面印制板,單面印制板指僅一面有導(dǎo)電圖形的印制板，板的厚度約在0.25.0mm，它是在一面敷有銅箔的絕緣基板上，通過印制和腐蝕的方法在基板上形成印制電路它適用于一般要求的電子設(shè)備目前的印制電路板一般以銅箔覆在絕緣板（基板）上，故亦稱覆銅板1.根據(jù)PCB導(dǎo)電板層劃分,4,雙面印制板,雙面印制板指兩面都有導(dǎo)電圖形的印制板，板的厚度約為0.25.0mm，它是在兩面敷有銅箔的絕緣基板上，通過印制和腐蝕的方法在基板上形成印制電路，兩面的電氣互連通過金屬化孔實現(xiàn)它適用于要求較高的電子設(shè)備，如計算機(jī)、電子儀表等，由于雙面印制板的布線密度較高，所以能減小設(shè)備的體積5,多層印制板,多層印制板是由交替的導(dǎo)電圖形層及絕緣材料層層壓粘合而成的一塊印制板，導(dǎo)電圖形的層數(shù)在兩層以上，層間電氣互連通過金屬化孔實現(xiàn)多層印制板的連接線短而直，便于屏蔽，但印制板的工藝復(fù)雜，由于使用金屬化孔，可靠性下降它常用于計算機(jī)的板卡中6,圖示為四層板剖面圖通常在電路板上，元件放在頂層（元件面），而底層（焊接面）一般是焊接用的對于SMD元件，頂層和底層都可以放元件元件也分為兩大類，傳統(tǒng)的元件是通孔式元件，通常這種元件體積較大，且電路板上必須鉆孔才能插裝；較新的設(shè)計一般采用體積小的表面貼片式元件（SMD），這種元件不必鉆孔，利用鋼模將半熔狀錫膏倒入電路板上，再把SMD元件放上去，即可焊接在電路板上。

7,2.根據(jù)PCB所用基板材料劃分,剛性印制板剛性印制板是指以剛性基材制成的PCB，常見的PCB一般是剛性PCB，如計算機(jī)中的板卡、家電中的印制板等，如前圖常用剛性PCB有以下幾類：,紙基板價格低廉，性能較差，一般用于低頻電路和要求不高的場合玻璃布板價格較貴，性能較好，常用作高頻電路和高檔家電產(chǎn)品中合成纖維板價格較貴，性能較好，常用作高頻電路和高檔家電產(chǎn)品中當(dāng)頻率高于數(shù)百兆赫時，必須用介電常數(shù)和介質(zhì)損耗更小的材料，如聚四氟乙烯和高頻陶瓷作基板8,撓性印制板（也稱柔性印制板、軟印制板）撓性印制板是以軟性絕緣材料為基材的PCB由于它能進(jìn)行折疊、彎曲和卷繞，因此可以節(jié)約6090的空間，為電子產(chǎn)品小型化、薄型化創(chuàng)造了條件，它在計算機(jī)、打印機(jī)、自動化儀表及通信設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用剛-撓性印制板剛-撓性印制板指利用軟性基材，并在不同區(qū)域與剛性基材結(jié)合制成的PCB，主要用于印制電路的接口部分剛-撓性印制板樣圖,撓性印制板樣圖,9,二、PCB設(shè)計基本組件,1.板層（Layer）,板層分為敷銅層和非敷銅層，平常所說的幾層板是指敷銅層的層面數(shù)一般在敷銅層上放置焊盤、線條等完成電氣連接；在非敷銅層上放置元件描述字符或注釋字符等；還有一些層面（如禁止布線層）用來放置一些特殊的圖形來完成一些特殊的作用或指導(dǎo)生產(chǎn)。

敷銅層一般包括頂層（又稱元件面）、底層（又稱焊接面）、中間層、電源層、地線層等；非敷銅層包括印記層（又稱絲網(wǎng)層、絲印層）、板面層、禁止布線層、阻焊層、助焊層、鉆孔層等10,對于一個批量生產(chǎn)的電路板而言，通常在印制板上鋪設(shè)一層阻焊劑，阻焊劑一般是綠色或棕色，除了要焊接的地方外，其它地方根據(jù)電路設(shè)計軟件所產(chǎn)生的阻焊圖來覆蓋一層阻焊劑，這樣可以快速焊接，并防止焊錫溢出引起短路；而對于要焊接的地方，通常是焊盤，則要涂上助焊劑11,2.焊盤（Pad）,焊盤用于固定元器件管腳或用于引出連線、測試線等，它有圓形、方形等多種形狀焊盤的參數(shù)有焊盤編號、X方向尺寸、Y方向尺寸、鉆孔孔徑尺寸等焊盤分為插針式及表面貼片式兩大類，其中插針式焊盤必須鉆孔，表面貼片式焊盤無須鉆孔12,3.金屬化孔（Via）,金屬化孔也稱過孔，在雙面板和多層板中，為連通各層之間的印制導(dǎo)線，通常在各層需要連通的導(dǎo)線的交匯處鉆上一個公共孔，即過孔，用以連通中間各層需要連通的銅箔，而過孔的上下兩面做成圓形焊盤形狀，過孔的參數(shù)主要有孔的外徑和鉆孔尺寸過孔可以是通孔式和掩埋式通孔式是指穿通所有敷銅層的過孔；掩埋式過孔則僅穿通中間幾個敷銅層面，仿佛被其它敷銅層掩埋起來。

13,印制導(dǎo)線用于印制板上的線路連接，通常印制導(dǎo)線是兩個焊盤（或過孔）間的連線，而大部分的焊盤就是元件的管腳，當(dāng)無法順利連接兩個焊盤時，往往通過跳線或過孔實現(xiàn)連接4.連線（Track、Line）,連線是指有寬度、有位置方向（起點和終點）、有形狀（直線或弧線）的線條在敷銅面上的線條一般用來完成電氣連接，稱為印制導(dǎo)線或銅膜導(dǎo)線；在非敷銅面上的連線一般用作元件描述或其它特殊用途,14,5.元件的封裝（Component Package）,元件的封裝是指實際元件焊接到電路板時所指示的元件外形輪廓和引腳焊盤的間距不同的元件可以使用同一個元件封裝，同種元件也可以有不同的封裝形式印制元件的封裝是顯示元件在PCB上的布局信息，為裝配、調(diào)試及檢修提供方便在Protel 2004中元件的圖形符號被設(shè)置在絲印層（也稱絲網(wǎng)層）上15,元件封裝的命名一般與管腳間距和管腳數(shù)有關(guān)，如電阻的封裝AXIAL0.3中的0.3表示管腳間距為0.3英寸或300mil（1英寸=1000mil）；雙列直插式IC的封裝DIP8中的8表示集成塊的管腳數(shù)為8元件封裝中數(shù)值的意義如圖4-7所示16,電路原理圖元件與印制板元件的比較,電路原理圖中的元件是一種電路符號，有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而印制板中的元件代表的是實際元件的物理尺寸和焊盤，集成電路的尺寸一般是固定的，而分立元件一般沒有固定的尺寸，可根據(jù)需要設(shè)定。

17,6.網(wǎng)絡(luò)（Net）和網(wǎng)絡(luò)表（Netlist）,從一個元器件的某一個管腳上到其它管腳或其它元器件的管腳上的電氣連接關(guān)系稱作網(wǎng)絡(luò)每一個網(wǎng)絡(luò)均有唯一的網(wǎng)絡(luò)名稱，有的網(wǎng)絡(luò)名是人為添加的，有的是系統(tǒng)自動生成的，系統(tǒng)自動生成的網(wǎng)絡(luò)名由該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)兩個連接點的管腳名稱構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)表描述電路中元器件特征和電氣連接關(guān)系，一般可以從原理圖中獲取，它是原理圖設(shè)計和PCB設(shè)計之間的紐帶18,7.飛線（Connection）,飛線是在電路進(jìn)行自動布線時供觀察用的類似橡皮筋的網(wǎng)絡(luò)連線，網(wǎng)絡(luò)飛線不是實際連線通過網(wǎng)絡(luò)表調(diào)入元件并進(jìn)行布局后，可以看到網(wǎng)絡(luò)飛線，不斷調(diào)整元件的位置，使網(wǎng)絡(luò)飛線的交叉最少，以提高自動布線的布通率自動布線結(jié)束，未布通的網(wǎng)絡(luò)上仍然保留網(wǎng)絡(luò)飛線，此時可以可用手工連接的方式連通這些網(wǎng)絡(luò)8.安全間距（Clearance）,在進(jìn)行印制板設(shè)計時，為了避免導(dǎo)線、過孔、焊盤及元件的相互干擾，必須在它們之間留出一定的間距，這個間距稱為安全間距9.柵格（Grid）,柵格用于PCB設(shè)計時的位置參考和光標(biāo)定位，柵格有公制和英制兩種19,三、PCB編輯器,1.啟動PCB99SE,進(jìn)入Protel99SE的主窗口后，執(zhí)行菜單FileNew建立新的設(shè)計項目，單擊OK按鈕，在出現(xiàn)的新界面中指定文檔位置，再次執(zhí)行FileNew，屏幕彈出新建文件的對話框，單擊圖標(biāo) ，系統(tǒng)產(chǎn)生一個PCB文件，默認(rèn)文件名為PCB1.PCB，此時可以修改文件名，雙擊該文件進(jìn)入PCB99SE編輯器。

2.PCB編輯器的畫面管理,窗口顯示,在PCB99SE中，窗口管理可以執(zhí)行菜單View下的命令實現(xiàn)，窗口的排列可以通過執(zhí)行Windows菜單下的命令來實現(xiàn)，常用的命令如下20,21,執(zhí)行菜單ViewFit Board實現(xiàn)全板顯示執(zhí)行菜單ViewRefresh可以刷新畫面執(zhí)行菜單ViewBoard in 3D可以顯示整個PCB的3D模型，使用該功能可以觀察元件的布局或布線是否合理PCB99SE坐標(biāo)系,用戶可自定義新的坐標(biāo)原點，執(zhí)行菜單EditOrigin,Set，將光標(biāo)移到要設(shè)置為新的坐標(biāo)原點的位置，單擊左鍵，即可設(shè)置新的坐標(biāo)原點執(zhí)行菜單EditOriginReset，可恢復(fù)絕對坐標(biāo)原點22,單位制設(shè)置,執(zhí)行ViewToggle Units可以實現(xiàn)英制和公制切換瀏覽器使用,執(zhí)行菜單ViewDesign Manager打開管理器，選中Browse PCB選項打開瀏覽器，在瀏覽器的Browse下拉列表框中可以選擇瀏覽器類型Nets-網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，顯示板上所有網(wǎng)絡(luò)名Component-元件瀏覽器，在將顯示當(dāng)前電路板圖中的所有元件名稱和選中元件的所有焊盤Libraries-元件庫瀏覽器，在放置元件時，必須使用元件庫瀏覽器，這樣才會顯示元件的封裝名。

Violations-違規(guī)錯誤瀏覽器，查看當(dāng)前違規(guī)信息Rules-設(shè)計規(guī)則瀏覽器，可以查看并修改設(shè)計規(guī)則23,四、PCB工作層,1.工作層的類型,在Protel99SE中進(jìn)行印刷電路板設(shè)計時，系統(tǒng)提供了多個工作層面，主要層面類型如下信號層(Signal layers)信號層主要用于放置與信號有關(guān)的電氣元素，共有32個信號層其中頂層（Top layer）和底層（Bottom layer）可以放置元件和銅膜導(dǎo)線，其余30個為中間信號層（Mid layer130），只能布設(shè)銅膜導(dǎo)線，置于信號層上的元件焊盤和銅膜導(dǎo)線代表了電路板上的敷銅區(qū)內(nèi)部電源/接地層(Internal plane layers)共有16個電源/接地層（Plane116），主要用于布設(shè)電源線及地線，可以給內(nèi)部電源/接地層命名一個網(wǎng)絡(luò)名，在設(shè)計過程中PCB編輯器能自動將同一網(wǎng)絡(luò)上的焊盤連接到該層上24,機(jī)械層(Mechanical layers)共有16個機(jī)械層，用于設(shè)置板的物理尺寸、數(shù)據(jù)標(biāo)記、裝配說明等絲印層(Silkscreen layers)主要用于放置元件的外形輪廓、標(biāo)號和注釋等信息，包括頂層絲印層(Top Overlay)和底層絲印層（Bottom Overlay）兩種。

阻焊層（Solder Mask layers）放置其上的焊盤和元件代表電路板上未敷銅的區(qū)域，分為頂層阻焊層和底層阻焊層錫膏防護(hù)層（Paste mask layers）主要用于SMD元件的安裝，分為頂層防錫膏層和底層防錫膏層鉆孔層（Drill Layers）鉆孔層提供制造過程的鉆孔信息，包括鉆孔指示圖（Drill Guide）和鉆孔圖（Drill Drawing）25,禁止布線層（Keep Out Layer）禁止布線層定義放置元件和布線區(qū)域范圍，一般禁止布線區(qū)域必須是一個封閉區(qū)域多層（Multi Layer）用于放置電路板上所有的穿透式焊盤和過孔2.定義工作層,執(zhí)行DesignLayer Stack Manager定義信號層、內(nèi)部電源層/接地層的數(shù)目26,27,執(zhí)行菜單DesignMechanical Layers，設(shè)置機(jī)械層設(shè)置完信號層、內(nèi)部電源/接地層和機(jī)械層后，執(zhí)行菜單D。