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1、印制电路板图设计基础,6.1 印制电路板概述 6.2 新建PCB文件6.3 PCB编辑器6.4 PCB电路参数设置6.5 设置电路板工作层6.6 规划电路板和电气定义思考与练习6,6.1 印制电路板概述,印制电路板简称为PCB（Printed Circuit Board），又称印制版，是电子产品的重要部件之一。电路原理图完成以后，还必须设计印制电路板图，最后由制板厂家依据用户所设计的印制电路板图制作出印制电路板。,印制电路板通过一定的工艺，在绝缘性能很高的基材上覆盖一层导电性能良好的铜薄膜，就构成了生产印制电路板所必需的材料覆铜板。按电路要求，在覆铜板上刻蚀出导电图形，并钻出元件引脚安装孔、实
2、现电气互连的过孔以及固定整个电路板所需的螺丝孔，就获得了电子产品所需的印制电路板。,6.1.1 印制板种类及结构印制板种类很多，根据导电层数目的不同，可以将印制板分为单面电路板（简称单面板）、双面电路板（简称双面板）和多层电路板；根据覆铜板基底材料的不同，又可将印制板分为纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板两大类。此外，采用挠性塑料作基底的印制板称为挠性印制板，常用做印制电缆。,1单面板 一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板。单面板只能在敷铜的一面焊接元件和布线，适用于简单的电路设计。,图6.1 单面印制电路板剖面,2双面板 双面板包括顶层（Top Layer）和底层（Bottom Layer）两
3、层，两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可以布线，一般需要由过孔或焊盘连通。双面板可用于比较复杂的电路，是比较理想的一种印制电路板。,图6.2 双面印制电路板剖面,3多层板 多层板一般指3层以上的电路板。它在双面板的基础上增加了内部电源层、接地层及多个中间信号层。随着电子技术的飞速发展，电路的集成度越来越高，多层板的应用也越来越广泛。但由于多层电路板的层数增加，给加工工艺带来了难度，同时制作成本也很高。多层板中导电层的数目一般为4、6、8、10等，例如在四层板中，上、下面（层）是信号层（信号线布线层），在上、下两层之间还有电源层和地线层，如图6.3所示。,图6.3 多层印制电路板剖面,6.1.2 印
4、制板材料根据覆铜板基底材料的不同，可以将印制板分为纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板两大类。它们都是使用粘结树脂将纸或玻璃布粘在一起，然后经过加热、加压工艺处理而成。目前常用的粘结树脂主要有酚醛树脂、环氧树脂和聚四氟乙烯树脂三种。,使用酚醛树脂粘结的纸质覆铜箔层压板称为覆铜箔酚醛纸质层压板，其特点是成本低，主要用作收音机、电视机以及其他电子设备的印制电路板。使用环氧树脂粘结的纸质覆铜箔层压板称为覆铜箔环氧纸质层压板。覆铜箔环氧纸质层压板的电气性能和机械性能均比覆铜箔酚醛纸质层压板好，也主要用在收音机、电视机以及其他低频电子设备中。,使用环氧树脂粘结的玻璃布覆铜箔层压板称为覆铜箔环氧玻璃布层压
5、板。这是目前使用最广泛的印制电路板材料之一，它具有良好的电气和机械性能，耐热，尺寸稳定性好，可在较高温度下使用。因此，广泛用作各种电子设备、仪器的印制电路板。使用聚四氟乙烯树脂粘结的玻璃布覆铜箔层压板称为覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板。由于其介电性能好（介质损耗小、介电常数低），耐高温（工作温度范围宽），耐潮湿（可以在潮湿环境下使用），耐酸、碱（即化学稳定性高），是制作高频、微波电子设备印制电路板的理想材料，只是价格较高。,6.1.3 元件封装（Footprint） 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盘位置。不同的元件可以共用同一个元件封装，同种元件也可以有不同的封装，元件的封装
6、可以在设计电路原理图时指定，也可以在引进网络表时指定。,图6.4 针脚式元件封装,1元件封装的分类（1）针脚式元件封装，如图6.4所示。针脚类元件焊接时先将元件针脚插入焊盘导通孔，然后再焊锡。由于针脚式元件封装的焊盘导孔贯穿整个电路板，所以其焊盘的属性对话框中，“Layer”板层属性必须为“Multi Layer”（多层）。,（2）表面贴装式元件封装，如图6.5所示。这类元件在焊接时元件与其焊盘在同一层。故在其焊盘属性对话框中，Layer属性必须为单一板层（如Top layer 或Bottom layer）。 图6.5 表面贴装式元件封装,2元件封装的编号元件封装的编号规则一般为：“元件类型+
7、焊盘距离（焊盘数）+元件外形尺寸”。可以根据元件封装编号来判别元件的封装。如AXIAL0.4表示此元件封装为轴状的，两焊盘间距为400mil（约等于10mm）；DIP16表示双列直插式引脚的器件封装，两列共16个引脚。,3.几种常见元件的封装 （1）电阻针脚式电阻：封装系列名为“AXIALxxx”，其中“AXIAL”表示轴状的包装方式；AXIAL后的“xxx”（数字）表示该元件两个焊盘间的距离。后缀数越大，其形状越大。如图6.6所示。图6.6 轴状元件封装,贴片式电阻：0402=1.0mmx0.5mm0603=1.6mmx0.8mm0805=2.0mmx1.2mm1206=3.2mmx1.6m
8、m,（2）无极性电容 常用“RADxxx”作为无极性电容元件封装，如图6.7所示。图6.7 扁平元件封装,（3）筒状封装 常用“RBx/x”作为有极性的电解电容器封装，“RB”后的两个数字，分别表示焊盘之间距离和圆筒的直径，单位是in（英寸），如图6.8所示。图6.8 筒状封装,（4）二极管类元件 常用封装系列名称为“DIODExxx”，其中“xxx”表示焊盘间距，如图6.9所示。图6.9 二极管类元件封装,（5）三极管类元件常用封装系列名称为“TOxxx”，其中“xxx”表示三极管类型，如图6.10所示。图6.10 三极管类元件封装,图6.11 元件封装图,6.1.4 印制电路板图的基本元素
9、1铜膜导线简称导线，用于连接各个焊盘，是印制电路板最重要的部分。印制电路板设计都是围绕如何布置导线来进行的。,图6.12 铜膜导线,另外有一种线为预拉线，常称为飞线，飞线是在引入网络表后，系统根据规则生成的，用来指引布线的一种连线。飞线与导线有本质的区别，飞线只是一种形式上的连线。它只是形式上表示出各个焊盘间的连接关系，没有电气的连接意义。导线则是根据飞线指示的焊盘间的连接关系而布置的，是具有电气连接意义的连接线路。,图6.13 飞线,图6.14,图6.15,2助焊膜和阻焊膜助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是在绿色板子上比焊盘略大的浅色圆。阻焊膜是为了使制成的板子适应波峰焊等焊接
10、形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘焊锡，因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡。可见，这两种膜是一种互补关系。,3焊盘和过孔焊盘的作用是放置焊锡、连接导线和元件引脚。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。,图6.16 常见焊盘的形状,过孔的作用是连接不同板层的导线。过孔有3种，即从顶层贯通到底层的穿透式过孔、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲过孔以及内层间的隐蔽过孔。,穿透式过孔,盲过孔,图6.17,4丝印层为方便电路的安装和调试，需要在印制板的上下两表面印制上所需要的标志图案和文字代号，例如元件标号、元件外廓形状和厂
11、家标志、生产日期等等，这就是丝印层(Silkscreen Top/Bottom Overlay)。,5层Protel的“层”是印制板材料本身实实在在的铜箔层。目前，一些较新的电子产品中所用的印制板不仅上下两面可供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔。上下位置的表面层与中间各层需要连通的地方用“过孔（Via）”来沟通。 注意：一旦选定了所用印制板的层数，务必关闭那些未被使用的层，以免布线出现差错。,PCB图例,Pad,Via,Clearance,6.2 新建PCB文件,执行菜单命令“FileNew”,图6.18 新建文件对话框,PCB管理器,文件标签,工作层标签,浮动工具栏,图6.19,
12、预览窗口,当前工作层及颜色,6.3 PCB编辑器,6.3.1 PCB工具栏 Protel 99 SE为PCB设计提供了4个工具栏:Main Toolbar（主工具栏）Placement Tools（放置工具栏）Component Placement（元件布置工具栏）Find Selections（查找选取工具栏）。,图6.20 视图菜单,Main Toolbar Placement Tools Component Placement Find Selections,1主工具栏 该工具栏为用户提供了缩放、选取对象等命令按钮，如图6.21所示。图6.21 主工具栏,2放置工具栏执行“ViewToo
13、lbarsPlacement Tools”菜单命令来进行打开或关闭的,该工具栏主要提供图形绘制以及布线命令。图6.22 放置工具栏,3元件布置工具栏元件布置工具栏是通过执行“ViewToolbarscomponent Placement”菜单命令，来进行打开或关闭的。打开的元件布置工具栏如图所示。该工具栏方便了元件排列和布局。图6.23 元件布置工具栏,4查找选取工具栏查找选取工具栏是通过执行“ViewToolbarsFind Selections”选项来进行打开或关闭的。打开的查找选取工具栏如图所示。该工具栏方便选择原来所选择的对象。图6.24 查找选取工具栏,6.3.2 PCB设计管理器1
14、启动PCB设计管理器单击“Browse PCB”标签，即可进入PCB设计管理器。,2PCB设计管理器的组成,图6.25,网络 元件 元件库 网络组 元件组 违反规则信息 设计规则,图6.26,图6.27不同浏览对象对应的浏览窗,在 PCB编辑器中，可以选择英制（单位为mil）或公制（单位为mm）两种长度计量单位，彼此之间的换算关系如下：1 mil=0.0254 mm10 mil=0.254 mm100 mil=2.54 mm1000 mil（1英寸）=25.4 mm,6.3.3 添加元件封装库选择“Browse”下拉列表中 “Libraries（库）”。最后单击左下方的“Add/Remove（
15、添加/删除）”按钮,图6.28 Browse PCB标签页,图6.29 添加/删除库文件的对话框,添加的库文件,图6.30 已装入的库文件,6.4 PCB电路参数设置,Protel 99 SE提供的PCB工作参数包括Option（特殊功能）、Display（显示状态）、Color（工作层面颜色）、Show/ Hide（显示/隐藏）、Default（默认参数）、Signal Integrity（信号完整性）共6部分。执行菜单Tools/Preferences命令，屏幕将出现系统参数对话框，其中包括6个标签页，可对系统参数进行设置。,图6.31 系统参数对话框,Online DRC：在线规则检查S
16、nap To Center：选取元件时光标的位置Extend Selection ：扩展选定 Remove Duplicates：删除重复 Confirm Global Edit：确认整体编辑 Protect Locked Object：保护锁定对象,1“Options”设置特殊功能选项标签页 （1）“Editing Options”编辑选项区域Online DRC：在线规则检查Snap To Center：选取元件时光标的位置Extend Selection ：扩展选定 Remove Duplicates：删除重复 Confirm Global Edit：确认整体编辑 Protect Locked Object：保护锁定对象,（2） “Autopan Options”自动移动选项区域,图6.32 设置自动移动方式,Style： Adaptive Disable Re-Center Fixed Size Jump Shift Accelerate Shift Decelerate Ballistic,
