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1、 PCB辅助设计 1 PCB辅助设计 PCB辅助设计 2 第5讲 PCB设计基础及单面板设计 主 要 内 容 一 PCB定义与分类 二 PCB设计基本组件 三 PCB编辑器 四 PCB工作层 五 规划PCB 六 装载元件库 七 元件放置与布局调整 八 放置焊盘 过孔 九 手工布线 PCB辅助设计 3 PCB的定义 印制电路板 Printed Circuit Board 简称PCB 也 称印制线路板 印制板 是指以绝缘基板为基础材料加工 成一定尺寸的板 在其上面至少有一个导电图形及所有设 计好的孔 如元件孔 机械安装孔及金属化孔等 以实 现元器件之间的电气互连 在电子设备中 印制电路板通常起三个
2、作用 为电路中的各种元器件提供必要的机械支撑 提供电路的电气连接 用标记符号将板上所安装的各个元器件标注出来 便于插装 检查及调试 一 PCB定义与分类 PCB辅助设计 4 单面印制板 单面印制板指仅一面有导 电图形的印制板 板的厚度约 在0 2 5 0mm 它是在一面敷 有铜箔的绝缘基板上 通过印 制和腐蚀的方法在基板上形成 印制电路 它适用于一般要求 的电子设备 目前的印制电路板一般以铜箔覆在绝缘板 基板 上 故亦称覆铜板 1 根据PCB导电板层划分 PCB辅助设计 5 双面印制板 双面印制板指两面都有导电图形 的印制板 板的厚度约为0 2 5 0mm 它是在两面敷有铜箔的绝 缘基板上 通
3、过印制和腐蚀的方法 在基板上形成印制电路 两面的电 气互连通过金属化孔实现 它适用于要求较高的电子设备 如计算机 电子仪表等 由于双面 印制板的布线密度较高 所以能减 小设备的体积 PCB辅助设计 6 多层印制板 多层印制板是由交替的导电图形层及绝缘材料层层压粘合 而成的一块印制板 导电图形的层数在两层以上 层间电气 互连通过金属化孔实现 多层印制板的连接线短而直 便于 屏蔽 但印制板的工艺复杂 由于使用金属化孔 可靠性下 降 它常用于计算机的板卡中 PCB辅助设计 7 图示为四层板剖面图 通常在电路板上 元件放在顶层 元件面 而底层 焊接面 一般是焊接用的 对于 SMD元件 顶层和底层都可以
4、放元件 元件也分为两大类 传统的元件是通孔式元件 通常这 种元件体积较大 且电路板上必须钻孔才能插装 较新的 设计一般采用体积小的表面贴片式元件 SMD 这种元 件不必钻孔 利用钢模将半熔状锡膏倒入电路板上 再把 SMD元件放上去 即可焊接在电路板上 PCB辅助设计 8 2 根据PCB所用基板材料划分 刚性印制板 刚性印制板是指以刚性基材制成的 PCB 常见的PCB一般是刚性PCB 如计算机中的板卡 家电 中的印制板等 如前图 常用刚性PCB有以下几类 纸基板 价格低廉 性能较差 一般用于低频电路 和要求不高的场合 玻璃布板 价格较贵 性能较好 常用作高频电路 和高档家电产品中 合成纤维板 价
5、格较贵 性能较好 常用作高频电 路和高档家电产品中 当频率高于数百兆赫时 必须用介电常数和介质损 耗更小的材料 如聚四氟乙烯和高频陶瓷作基板 PCB辅助设计 9 挠性印制板 也称柔性印制板 软印制板 挠性 印制板是以软性绝缘材料为基材的PCB 由于它能进行折叠 弯曲和卷绕 因此可以节约60 90 的空间 为电子产品 小型化 薄型化创造了条件 它在计算机 打印机 自动化 仪表及通信设备中得到广泛应用 刚 挠性印制板 刚 挠性印制板指利用软性基材 并在不同区域与刚性基材结合制成的PCB 主要用于印制电路 的接口部分 刚 挠性印制板样图挠性印制板样图 PCB辅助设计 10 二 PCB设计基本组件 1
6、 板层 Layer 板层分为敷铜层和非敷铜层 平常所说的几层板是 指敷铜层的层面数 一般在敷铜层上放置焊盘 线条等 完成电气连接 在非敷铜层上放置元件描述字符或注释 字符等 还有一些层面 如禁止布线层 用来放置一些 特殊的图形来完成一些特殊的作用或指导生产 敷铜层一般包括顶层 又称元件面 底层 又称 焊接面 中间层 电源层 地线层等 非敷铜层包括 印记层 又称丝网层 丝印层 板面层 禁止布线层 阻焊层 助焊层 钻孔层等 PCB辅助设计 11 对于一个批量生产的电路板而言 通常在印制板上铺设 一层阻焊剂 阻焊剂一般是绿色或棕色 除了要焊接的地方 外 其它地方根据电路设计软件所产生的阻焊图来覆盖一
7、层 阻焊剂 这样可以快速焊接 并防止焊锡溢出引起短路 而 对于要焊接的地方 通常是焊盘 则要涂上助焊剂 PCB辅助设计 12 2 焊盘 Pad 焊盘用于固定元器件管脚或用于引出连线 测试线等 它有圆形 方形等多种形状 焊盘的参数有焊盘编号 X方向 尺寸 Y方向尺寸 钻孔孔径尺寸等 焊盘分为插针式及表面贴片式两大类 其中插针式焊盘 必须钻孔 表面贴片式焊盘无须钻孔 PCB辅助设计 13 3 金属化孔 Via 金属化孔也称过孔 在双面板和多层板中 为连通各 层之间的印制导线 通常在各层需要连通的导线的交汇处 钻上一个公共孔 即过孔 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圆形焊盘形状
8、 过孔的参数 主要有孔的外径和钻孔尺寸 过孔可以是通孔式和掩埋式 通孔式是指穿通所有敷 铜层的过孔 掩埋式过孔则仅穿通中间几个敷铜层面 仿 佛被其它敷铜层掩埋起来 PCB辅助设计 14 印制导线用于印制板上 的线路连接 通常印制导线 是两个焊盘 或过孔 间的 连线 而大部分的焊盘就是 元件的管脚 当无法顺利连 接两个焊盘时 往往通过跳 线或过孔实现连接 4 连线 Track Line 连线是指有宽度 有位置方向 起点和终点 有 形状 直线或弧线 的线条 在敷铜面上的线条一般用 来完成电气连接 称为印制导线或铜膜导线 在非敷铜 面上的连线一般用作元件描述或其它特殊用途 PCB辅助设计 15 5
9、元件的封装 Component Package 元件的封装是指实际元件焊接到电路板时所指示的元 件外形轮廓和引脚焊盘的间距 不同的元件可以使用同一个 元件封装 同种元件也可以有不同的封装形式 印制元件的封装是显示元件在PCB上的布局信息 为装 配 调试及检修提供方便 在Protel 2004中元件的图形符号 被设置在丝印层 也称丝网层 上 PCB辅助设计 16 元件封装的命名一般与管脚间距和管脚数有关 如 电阻的封装AXIAL0 3中的0 3表示管脚间距为0 3英寸或 300mil 1英寸 1000mil 双列直插式IC的封装DIP8中 的8表示集成块的管脚数为8 元件封装中数值的意义如 图4
10、 7所示 PCB辅助设计 17 电路原理图元件与印制板元件的比较 电路原理图中的元件是一种电路符号 有统 一的标准 而印制板中的元件代表的是实际元件的 物理尺寸和焊盘 集成电路的尺寸一般是固定的 而分立元件一般没有固定的尺寸 可根据需要设定 PCB辅助设计 18 6 网络 Net 和网络表 Netlist 从一个元器件的某一个管脚上到其它管脚 或其它元器件的管脚上的电气连接关系称作网 络 每一个网络均有唯一的网络名称 有的网 络名是人为添加的 有的是系统自动生成的 系统自动生成的网络名由该网络内两个连接点 的管脚名称构成 网络表描述电路中元器件特征和电气连接 关系 一般可以从原理图中获取 它是
11、原理图 设计和PCB设计之间的纽带 PCB辅助设计 19 7 飞线 Connection 飞线是在电路进行自动布线时供观察用的类似橡皮 筋的网络连线 网络飞线不是实际连线 通过网络表调入 元件并进行布局后 可以看到网络飞线 不断调整元件的 位置 使网络飞线的交叉最少 以提高自动布线的布通率 自动布线结束 未布通的网络上仍然保留网络飞线 此时可以可用手工连接的方式连通这些网络 8 安全间距 Clearance 在进行印制板设计时 为了避免导线 过孔 焊盘 及元件的相互干扰 必须在它们之间留出一定的间距 这 个间距称为安全间距 9 栅格 Grid 栅格用于PCB设计时的位置参考和光标定位 栅格有
12、公制和英制两种 PCB辅助设计 20 三 PCB编辑器 1 启动PCB99SE 进入Protel99SE的主窗口后 执行菜单File New建立 新的设计项目 单击OK按钮 在出现的新界面中指定文档位 置 再次执行File New 屏幕弹出新建文件的对话框 单 击图标 系统产生一个PCB文件 默认文件名为 PCB1 PCB 此时可以修改文件名 双击该文件进入PCB99SE 编辑器 2 PCB编辑器的画面管理 窗口显示 在PCB99SE中 窗口管理可以执行菜单View下的命令实 现 窗口的排列可以通过执行Windows菜单下的命令来实现 常用的命令如下 PCB辅助设计 21 PCB辅助设计 22
13、 执行菜单View Fit Board实现全板显示 执行菜单View Refresh可以刷新画面 执行菜单View Board in 3D可以显示整个PCB的3D模 型 使用该功能可以观察元件的布局或布线是否合理 PCB99SE坐标系 用户可自定义新的坐标原点 执行菜单 Edit Origin Set 将光标移到要设置为新的坐标原点的位置 单击左 键 即可设置新的坐标原点 执行菜单Edit Origin Reset 可恢复绝对坐标原 点 PCB辅助设计 23 单位制设置 执行View Toggle Units可以实现英制和公制切换 浏览器使用 执行菜单View Design Manager打开
14、管理器 选中 Browse PCB选项打开浏览器 在浏览器的Browse下拉列表 框中可以选择浏览器类型 Nets 网络浏览器 显示板上所有网络名 Component 元件浏览器 在将显示当前电路板图中 的所有元件名称和选中元件的所有焊盘 Libraries 元件库浏览器 在放置元件时 必须使 用元件库浏览器 这样才会显示元件的封装名 Violations 违规错误浏览器 查看当前违规信息 Rules 设计规则浏览器 可以查看并修改设计规则 PCB辅助设计 24 四 PCB工作层 1 工作层的类型 在Protel99SE中进行印刷电路板设计时 系统提供了多 个工作层面 主要层面类型如下 信号层
15、 Signal layers 信号层主要用于放置与信 号有关的电气元素 共有32个信号层 其中顶层 Top layer 和底层 Bottom layer 可以放置元件和铜膜导线 其余30个为中间信号层 Mid layer1 30 只能布设铜 膜导线 置于信号层上的元件焊盘和铜膜导线代表了电路板 上的敷铜区 内部电源 接地层 Internal plane layers 共有16 个电源 接地层 Plane1 16 主要用于布设电源线及地 线 可以给内部电源 接地层命名一个网络名 在设计过程 中PCB编辑器能自动将同一网络上的焊盘连接到该层上 PCB辅助设计 25 机械层 Mechanical l
16、ayers 共有16个机械层 用于设置板的物理尺寸 数据标记 装配说明等 丝印层 Silkscreen layers 主要用于放置元 件的外形轮廓 标号和注释等信息 包括顶层丝印层 Top Overlay 和底层丝印层 Bottom Overlay 两种 阻焊层 Solder Mask layers 放置其上的焊 盘和元件代表电路板上未敷铜的区域 分为顶层阻焊层 和底层阻焊层 锡膏防护层 Paste mask layers 主要用于 SMD元件的安装 分为顶层防锡膏层和底层防锡膏层 钻孔层 Drill Layers 钻孔层提供制造过程 的钻孔信息 包括钻孔指示图 Drill Guide 和钻孔 图 Drill Drawing PCB辅助设计 26 禁止布线层 Keep Out Layer 禁止布线层定义 放置元件和布线区域范围 一般禁止布线区域必须是一个 封闭区域 多层 Multi Layer 用于放置电路板上所有的穿 透式焊盘和过孔 2 定义工作层 执行Design Layer Stack Manager定义信号层 内部 电源层 接地层的数目 PCB辅助设计 27 PCB辅助设计 2
