第10講PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及實(shí)訓(xùn)ppt課件

1、PCB輔助設(shè)計(jì)制造： 福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 郭勇1.第10講 PCB設(shè)計(jì)根底及實(shí)訓(xùn)主 要 內(nèi) 容一、印制電路板概述二、印制電路板的種類三、PCB設(shè)計(jì)中的根本組件四、Protel 2004 PCB編輯器運(yùn)用五、印制電路板的任務(wù)層面六、PCB編輯器運(yùn)用實(shí)訓(xùn)2. 印制電路板(Printed Circuit Board，簡(jiǎn)稱PCB，也稱印制線路板、印制板)是指以絕緣基板為根底資料加工成一定尺寸的板，在其上面至少有一個(gè)導(dǎo)電圖形及一切設(shè)計(jì)好的孔如元件孔、機(jī)械安裝孔及金屬化孔等，以實(shí)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(gè)作用。 為電路中的各種元器件提供必要的機(jī)械支撐。 提供電路的電氣銜

2、接。 用標(biāo)志符號(hào)將板上所安裝的各個(gè)元器件標(biāo)注出來(lái)，便于插裝、檢查及調(diào)試。 目前的印制電路板普通以銅箔覆在絕緣板基板上，故亦稱覆銅板。 一、印制電路板概述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，經(jīng)過(guò)印制和腐蝕的方法在基板上構(gòu)成印制電路。它適用于普通要求的電子設(shè)備，如收音機(jī)、電視機(jī)。 1.根據(jù)PCB導(dǎo)電板層劃分二、印制電路板的種類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，經(jīng)過(guò)印制和腐蝕的方法在基板上構(gòu)成印制電路，兩面的電氣互連經(jīng)過(guò)金屬化孔實(shí)現(xiàn)。

3、它適用于要求較高的電子設(shè)備，如計(jì)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)電圖形層及絕緣資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，層間電氣互連經(jīng)過(guò)金屬化孔實(shí)現(xiàn)。多層印制板的銜接線短而直，便于屏蔽，但印制板的工藝復(fù)雜，由于運(yùn)用金屬化孔，可靠性下降。它常用于計(jì)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，而底層焊接面普通是焊接用的。對(duì)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，且電路板上必需鉆孔才干插裝；較新的設(shè)計(jì)普通采用體積

4、小的外表貼片式元件SMD，這種元件不用鉆孔，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所用基板資料劃分 剛性印制板。剛性印制板是指以剛性基材制成的PCB，常見(jiàn)的PCB普通是剛性PCB，如計(jì)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(jià)錢低廉，性能較差，普通用于低頻電路和要求不高的場(chǎng)所。 玻璃布板。價(jià)錢較貴，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(jià)錢較貴，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(shí)，必需用介電常數(shù)和介質(zhì)損耗更小的資料，如聚四氟乙烯和高頻陶瓷作基板。8.

5、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資料為基材的PCB。由于它能進(jìn)展折疊、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、薄型化發(fā)明了條件，它在計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、自動(dòng)化儀表及通訊設(shè)備中得到廣泛運(yùn)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。9.三、PCB設(shè)計(jì)中的根本組件 1.板層Layer 板層分為敷銅層和非敷銅層，平常所說(shuō)的幾層板是指敷銅層的層面數(shù)。普通在敷銅層上放置焊盤、線條等完成電氣銜接；在非敷銅層上放置元件描畫(huà)字符或注釋字符等；還有一些層面如制止布線層用來(lái)放置一些特殊的圖形來(lái)完成一些

6、特殊的作用或指點(diǎn)消費(fèi)。 敷銅層普通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、制止布線層、阻焊層、助焊層、鉆孔層等。10. 對(duì)于一個(gè)批量消費(fèi)的電路板而言，通常在印制板上鋪設(shè)一層阻焊劑，阻焊劑普通是綠色或棕色，除了要焊接的地方外，其它地方根據(jù)電路設(shè)計(jì)軟件所產(chǎn)生的阻焊圖來(lái)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(duì)于要焊接的地方，通常是焊盤，那么要涂上助焊劑。11. 2.焊盤Pad 焊盤用于固定元器件管腳或用于引出連線、測(cè)試線等，它有圓形、方形等多種外形。焊盤的參數(shù)有焊盤編號(hào)、X方向尺寸、Y方向尺寸、鉆孔孔徑尺寸等。

7、 焊盤分為插針式及外表貼片式兩大類，其中插針式焊盤必需鉆孔，外表貼片式焊盤無(wú)須鉆孔。12. 3. 金屬化孔Via 金屬化孔也稱過(guò)孔，在雙面板和多層板中，為連通各層之間的印制導(dǎo)線，通常在各層需求連通的導(dǎo)線的交匯處鉆上一個(gè)公共孔，即過(guò)孔，用以連通中間各層需求連通的銅箔，而過(guò)孔的上下兩面做成圓形焊盤外形，過(guò)孔的參數(shù)主要有孔的外徑和鉆孔尺寸。 過(guò)孔可以是通孔式和掩埋式。通孔式是指穿通一切敷銅層的過(guò)孔；掩埋式過(guò)孔那么僅穿通中間幾個(gè)敷銅層面，仿佛被其它敷銅層掩埋起來(lái)。13. 印制導(dǎo)線用于印制板上的線路銜接，通常印制導(dǎo)線是兩個(gè)焊盤或過(guò)孔間的連線，而大部分的焊盤就是元件的管腳，當(dāng)無(wú)法順利銜接兩個(gè)焊盤時(shí)，往往經(jīng)

8、過(guò)跳線或過(guò)孔實(shí)現(xiàn)銜接。 4.連線Track、Line 連線是指有寬度、有位置方向起點(diǎn)和終點(diǎn)、有外形直線或弧線的線條。在敷銅面上的線條普通用來(lái)完成電氣銜接，稱為印制導(dǎo)線或銅膜導(dǎo)線；在非敷銅面上的連線普通用作元件描畫(huà)或其它特殊用途。14. 5.元件的封裝Component Package 元件的封裝是指實(shí)踐元件焊接到電路板時(shí)所指示的元件外形輪廓和引腳焊盤的間距。不同的元件可以運(yùn)用同一個(gè)元件封裝，同種元件也可以有不同的封裝方式。 印制元件的封裝是顯示元件在PCB上的規(guī)劃信息，為裝配、調(diào)試及檢修提供方便。在Protel 2004中元件的圖形符號(hào)被設(shè)置在絲印層也稱絲網(wǎng)層上。15. 元件封裝的命名普通與管

9、腳間距和管腳數(shù)有關(guān)，如電阻的封裝AXIAL-0.3中的0.3表示管腳間距為0.3英寸或300mil1英寸=1000mil=2.54cm；雙列直插式IC的封裝DIP-8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4-17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(hào)，有一致的規(guī)范，而印制板中的元件代表的是實(shí)踐元件的物理尺寸和焊盤，集成電路的尺寸普通是固定的，而分立元件普通沒(méi)有固定的尺寸，可根據(jù)需求設(shè)定。17. 6.網(wǎng)絡(luò)Net和網(wǎng)絡(luò)表Netlist 從一個(gè)元器件的某一個(gè)管腳上到其它管腳或其它元器件的管腳上的電氣銜接關(guān)系稱作網(wǎng)絡(luò)。每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)均有獨(dú)一的網(wǎng)絡(luò)稱

10、號(hào)，有的網(wǎng)絡(luò)名是人為添加的，有的是系統(tǒng)自動(dòng)生成的，系統(tǒng)自動(dòng)生成的網(wǎng)絡(luò)名由該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)兩個(gè)銜接點(diǎn)的管腳稱號(hào)構(gòu)成。 網(wǎng)絡(luò)表描畫(huà)電路中元器件特征和電氣銜接關(guān)系，普通可以從原理圖中獲取，它是原理圖設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)之間的紐帶。18. 7.飛線Connection 飛線是在電路進(jìn)展自動(dòng)布線時(shí)供察看用的類似橡皮筋的網(wǎng)絡(luò)連線，網(wǎng)絡(luò)飛線不是實(shí)踐連線。經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)表調(diào)入元件并進(jìn)展規(guī)劃后，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(dòng)布線的布通率。 自動(dòng)布線終了，未布通的網(wǎng)絡(luò)上依然保管網(wǎng)絡(luò)飛線，此時(shí)可以可用手工銜接的方式連通這些網(wǎng)絡(luò)。 8.平安間距Clearance 在進(jìn)展印制板設(shè)計(jì)時(shí)，為了防止導(dǎo)線

11、、過(guò)孔、焊盤及元件的相互關(guān)擾，必需在它們之間留出一定的間距，這個(gè)間距稱為平安間距。 9.柵格Grid 柵格用于PCB設(shè)計(jì)時(shí)的位置參考和光標(biāo)定位，柵格有公制和英制兩種。 19.四、Protel 2004 PCB編輯器運(yùn)用 1.啟動(dòng)PCB編輯器 進(jìn)入Protel 2004主窗口，執(zhí)行菜單“文件 “創(chuàng)建“工程“PCB工程建立PCB工程工程文件，執(zhí)行菜單“文件 “創(chuàng)建 “PCB文件，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生默許文件名為PCB1.PcbDoc的PCB文件，并進(jìn)入PCB編輯器形狀。 PCB編輯器的主菜單與原理圖編輯器的主菜單根本類似，操作方法也類似。 PCB編輯器的工具欄主要有PCB規(guī)范工具欄、配線工具欄和適用工具欄

12、等。 執(zhí)行菜單“查看 “工具欄下的相關(guān)菜單，可以設(shè)置翻開(kāi)或封鎖相應(yīng)的工具欄。 20.任務(wù)層選擇21. 2.PCB編輯器的管理 PCB窗口管理 在PCB編輯器中，窗口管理可以執(zhí)行菜單“查看下的命令實(shí)現(xiàn)，常用的命令如下。 執(zhí)行菜單“查看“整個(gè)PCB板，可以實(shí)現(xiàn)PCB全板顯示，用戶可以快捷地查找線路。 執(zhí)行菜單“查看“指定區(qū)域，用戶可以用鼠標(biāo)拉框選定放大顯示區(qū)域。 執(zhí)行菜單“查看“顯示三維PCB板，可以顯示整個(gè)印制板的3D模型，普通在電路規(guī)劃或布線終了，運(yùn)用該功能察看元件的規(guī)劃或布線能否合理。22. 坐標(biāo)系 PCB編輯器的任務(wù)區(qū)是一個(gè)二維坐標(biāo)系，其絕對(duì)原點(diǎn)位于電路板圖的左下角。 執(zhí)行“編輯“原點(diǎn)“設(shè)

13、定，將光標(biāo)移到要設(shè)置為新的坐標(biāo)原點(diǎn)的位置，單擊左鍵，設(shè)置新坐標(biāo)原點(diǎn)。 執(zhí)行“編輯“原點(diǎn)“重置，恢復(fù)絕對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)。 單位制設(shè)置 PCB設(shè)計(jì)中設(shè)有兩種單位制，即Imperial英制，單位為mil和Metric公制，單位為mm，執(zhí)行菜單“查看“切換單位可以實(shí)現(xiàn)英制和公制的切換。23. 3.任務(wù)環(huán)境設(shè)置 設(shè)置柵格 執(zhí)行菜單“設(shè)計(jì)“PCB板選擇項(xiàng)，系統(tǒng)彈出圖4-20所示的“PCB板選擇項(xiàng)對(duì)話框，可以進(jìn)展捕獲柵格、元件挪動(dòng)?xùn)鸥?、電氣柵格、可視柵格、圖紙及單位制設(shè)置等。 24. 可視柵格有兩種尺寸，其中網(wǎng)格1普通設(shè)置的尺寸比較小，只需任務(wù)區(qū)放大到一定程度時(shí)才會(huì)顯示；網(wǎng)格2普通設(shè)置的尺寸比較大，系統(tǒng)默許是只顯

14、示網(wǎng)格2的柵格，進(jìn)入編輯器時(shí)看到的柵格是網(wǎng)格2的柵格。 假設(shè)要顯示網(wǎng)格1的柵格，可以執(zhí)行菜單“設(shè)計(jì)“PCB板層次顏色，在彈出的對(duì)話框中的【系統(tǒng)顏色】區(qū)，選中【Visible Grid 1】后的復(fù)選框即可。 設(shè)置圖件旋轉(zhuǎn)角度 在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)板的尺寸很小，元件陳列無(wú)法做到橫平豎直，需求有特殊的旋轉(zhuǎn)角度以滿足實(shí)踐要求，而系統(tǒng)默許的旋轉(zhuǎn)角度為90，此時(shí)需重新設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度。 執(zhí)行菜單“工具“優(yōu)先設(shè)定，在彈出對(duì)話框的【其他】區(qū)中的【旋轉(zhuǎn)角度】后鍵入所需的旋轉(zhuǎn)角度即可。25.五、印制電路板的任務(wù)層面 1.任務(wù)層的類型 信號(hào)層(Signal layers)。信號(hào)層主要用于放置與信號(hào)有關(guān)的電氣元素，共有3

15、2個(gè)信號(hào)層。其中頂層Top layer和底層Bottom layer可以放置元件和銅膜導(dǎo)線，其他30個(gè)為中間信號(hào)層Mid layer130，只能布設(shè)銅膜導(dǎo)線，置于信號(hào)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(gè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)名，在設(shè)計(jì)過(guò)程中PCB編輯器能自動(dòng)將同一網(wǎng)絡(luò)上的焊盤銜接到該層上。 26. 機(jī)械層(Mechanical layers)。共有16個(gè)機(jī)械層，用于設(shè)置板的物理尺寸、數(shù)據(jù)標(biāo)志、裝配闡明等。 絲印層(Silkscreen la

16、yers)。主要用于放置元件的外形輪廓、標(biāo)號(hào)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(guò)程的鉆孔信息，包括鉆孔指示圖Drill Guide和鉆孔圖Drill Drawing。27. 制止布線層Keep Out Layer。制止布線層定義放置元件和布線區(qū)域范圍，普通制止

17、布線區(qū)域必需是一個(gè)封鎖區(qū)域。 多層Multi Layer。用于放置電路板上一切的穿透式焊盤和過(guò)孔。 網(wǎng)絡(luò)飛線層Connection and Form Tos。網(wǎng)絡(luò)飛線是具有電氣銜接的兩個(gè)實(shí)體之間的預(yù)拉線，表示兩個(gè)實(shí)體是相互銜接的。網(wǎng)絡(luò)飛線不是真正的銜接導(dǎo)線，實(shí)踐導(dǎo)線銜接完成后飛線將消逝。 28. 2.設(shè)置任務(wù)層 在Protel 2004中，系統(tǒng)默許翻開(kāi)的信號(hào)層僅有頂層和底層，在實(shí)踐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)需求自行定義任務(wù)層的數(shù)目。 執(zhí)行菜單“設(shè)計(jì)“層堆棧管理器，彈出“圖層堆棧管理器對(duì)話框 選中Top Layer，單擊“追加層，添加一層， 添加了2個(gè)中間層 單擊 “加內(nèi)電層按鈕，添加內(nèi)電層 添加了2個(gè)內(nèi)電層29. 3.設(shè)置機(jī)械層 執(zhí)行菜單“設(shè)計(jì)“PCB板層顏色，屏幕彈出“板層和顏色設(shè)置對(duì)話框，如圖4-28所示。 30. 單