7PCB设计基础

第7章PCB设计基础7.1PCB设计基础知识7.2ProtelDXPPCB设计流程7.3ProtelDXPPCB编辑器的使用7.4准备网络表或原理图7.5设置参数7.6规划电路板7.7装入元件封装7.8装入网络表7.9元件布局7.10布线7.11覆铜和补泪滴7.12其他放置工具7.13DRC检查7.14打印和输出7.15创建项目元件库7.1PCB设计基础知识•PCB（PrintedCircuitBoard）：也称印制电路板，通过印制板上的印制导线、焊盘及金属化过孔实现元器件引脚之间的电气连接。•由于印制板上的导电图形（如元件引脚焊盘、印制连线、过孔等）以及说明性文字（如元件轮廓、序号、型号）等均通过印制方法实现，因此称为印制电路板。•PCB基板是由绝缘隔热、不易弯曲的材质所制成。在整个板子的表面上覆盖着铜箔。在制造过程中部分铜箔被刻蚀处理掉，留下来的部分就变成导线，用来连接PCB上零件的电路连接。7.1.1PCB基础知识印制电路板的主要制作材料•绝缘材料：一般用二氧化硅（SiO2）•金属铜：主要用于印制电路板上的电气导线，一般还会在导线表面再附上一层薄的绝缘层。•焊锡：附着在过孔和焊盘的表面。覆铜板：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。印制板种类•根据导电层数目的不同可分为：》单面板》双面板》多层板•根据覆铜板基底材料的不同可分为：》纸质覆铜箔层压板》玻璃布覆铜箔层压板这两种压板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（三种）•酚醛树脂：覆铜箔酚醛纸质层压板—使用酚醛树脂粘结的纸质覆铜箔层压板。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。）•环氧树脂：》覆铜箔环氧纸质层压板：使用环氧树脂粘结的纸质覆铜箔层压板。其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。》覆铜箔环氧玻璃布层压板：使用环氧树脂粘结的玻璃布覆铜箔层压板。是目前使用最广泛的印制电路板材料之一，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。广泛用作各种电子设备、仪器的印制电路板。•聚四氟乙烯树脂：覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板—使用聚四氟乙烯树脂粘结的玻璃布覆铜箔层压板。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，但价格较高。1、单面板定义：一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板，只能在敷铜的一面布线而在另一面放置元件。优点：制作简单，不用打过孔、成本低。缺点：由于只能单面布线，而且导线不能交错，所以当电路较为复杂时，布线有一定困难。通常用于较简单的电路。焊锡面：单面板上的导电图形主要包括固定、连接元件引脚的焊盘和实现元件引脚互连的印制导线，该面称为焊锡面。元件面：没有铜膜的一面用于安放元件，该面称为元件面。单面板2、双面板定义：两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可布线。通常是在顶层放置元件，在顶层和底层两面进行走线。一般需要由过孔或焊盘连通。优点：两面可以布线，而且导线可以交错，所以布线容易得多，可以应付较为复杂的电路，提高了电路板的集成度缺点：在双面板中，需要制作金属化过孔，生产工艺流程比单面板多，制作较复杂，成本高。双面板基板的上下两面均覆盖铜箔。因此，上、下两面都含有导电图形，导电图形中除了焊盘、印制导线外，还有用于使上、下两面印制导线相连的金属化过孔。在双面板中，元件也只安装在其中的一个面上，该面同样称为“元件面”，另一面称为“焊锡面”。3、多层板定义：包括多个工作层面，一般指3层以上的电路板。它在双面板的基础上加了内部电源层、内部接地层及多个中间信号层。通常层数为偶数。优点：》大大提高了电路板的集成度：随着集成电路技术的不断发展，元器件集成度越来越高，引脚数目迅速增加，电路图中元器件连接关系越来越复杂。》能适用较高工作频率：如今器件工作频率越来越高，只有多层板能满足布线和电磁屏蔽要求，单面板和双面板都无法满足。缺点：层数增加，制作工艺更加复杂，成本高。多层板（四层）上、下层是信号层（元件面和焊锡面），在上、下两层之间还有电源层和地线层穿透式过孔盲过孔隐蔽式过孔•在多层电路板中，层与层之间的电气连接通过元件引脚焊盘和金属化过孔实现•引脚焊盘贯穿整个电路板。•用于实现不同层电气互连的金属化过孔最好也贯穿整个电路板，以方便钻孔加工，在经过特定工艺处理后，不会造成短路。7.1.2元件的封装技术元件封装：指实际元件焊接到电路板时所指示的外观和焊盘位置。仅仅是空间的概念。》不同元件可共用同一个元件封装形式。如8031，8255都是直插双列40引脚器件，封装形式都是DIP40》同种元件也可以有不同的封装形式。如RES3代表电阻，它的封装形式有CR3225-1210、CR5025-2010、CR6322-2512等。元件的封装技术：指将元件焊接到PCB上时采用的方式元件封装技术的种类：•插入式封装技术（ThroughHoleTechnology,THT）：将元件放置在板子的一面，并将元件的管脚穿过板子焊在另一面上。优点：THT的元件与PCB连接的构造比较好，例如排线的插座和类似的接插件都需要耐压力，通常是THT封装。缺点：占用的空间较多，单位面积可放置的元件较少。•表面黏贴式封装技术（SurfaceMountedTechnology,SMT）：元件的管脚与焊接在板子同一侧，不需钻孔。优点：SMT的元件所占空间较小，且可以在板子的两面都放置，SMT的PCB板上零件更加密集，多用于工业生产中缺点：管脚和焊点小，人工焊接困难，多用于工业生产中管壳的外观，引脚形状，封装SOPQFPPGAZIPSIPDIPSOJQFJ一、元件封装1、常见分立元件的封装（有5种）•1）针脚式电阻：封装系列名为AXIAL-xx，其中AXIAL表示轴状的封装方式，xx为数字，表示该元件两个焊盘间的距离，后缀越大，其形状越大。0.3英寸=300mil(毫英寸)=7.62mm1英寸=25.4mm•2）扁平状电容：常用RAD-xx作为无极性电容元件封装。§7.1.3印制电路板的基本概念AXIAL-0.3RAD-0.3•3）二极管类元件：常用封装系列名称为DIODExx，其中xx表示两焊盘间距离。•4）筒状电容：常用RBxx-xx作为有极性电容元件封装。RB后的两个数字分别表示焊盘之间的距离和圆筒的直径，单位是英寸。如RB7.6/15表示此元件封装焊盘间距为7.6英寸，圆筒的直径为15英寸。DIODE-0.7RB7.6-15•5）三极管类元件NPNPNPNMOS-2或PMOS-2MOSFET-N2、常见集成电路的封装DIP40BCERQUAD52QFP80A二、导线•即铜膜导线，是板子上的敷铜经过蚀刻处理形成的一定宽度和形状的导线，用以实现电气连接。三、飞线•飞线：一种预拉线，电路板设计在引入网络表后，元件之间的连接都是采用飞线指示连接关系。两者区别：飞线只是一种形式上的连接，没有电气意义。而导线有电气意义。两者关系：飞线指示导线的实际布置，导线实现飞线的意图。四、助焊膜和阻焊膜按膜所处的位置及作用分•助焊膜（ToporBottomSolder）：是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是绝色板子上比焊盘略大一点的浅色圆。•阻焊膜（ToporBottomPaste）：作用正好相反，为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘焊。因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层膜，用于阻止这些部分上锡。五、层（Layer）Protel的层是印制板材料本身实实在在的铜箔层。注意：布线时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。六、焊盘•焊盘：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、震动、受热情况和受力方向等因素七、过孔•过孔（Via）：作用是连接不同板层的导线。共3种》穿透式过孔：从顶层贯通到底层》盲过孔：从顶层贯通到内层或从内层通到底层》隐蔽过孔：内层间的隐蔽过孔。八、丝印层：•为方便电路的安装和维修，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。如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期。7.2ProtelDXPPCB设计流程准备原理图或网络表设置参数规划电路板装入元件封装装入网络表元件布局布线覆铜和补泪滴保存和输出DRC检查7.3ProtelDXPPCB编辑器的使用1、显示区域的缩放2、显示整个文件3、显示整张图纸4、显示整个电路板5、显示选定区域6、显示选定的对象7、以上一次的比例显示8、以鼠标为中心显示9、刷新显示区域10、拖动显示区域7.3.1PCB编辑显示区域的管理7.3.2使用PCB面板浏览PCB1、打开PCB文件，进入PCB编辑器2、打开PCB面板3、选择PCB面板的显示内容4、浏览网络5、浏览元件6、浏览设计规则7、飞线编辑器8、内部板层编辑器9、放大显示7.3.3PCB编辑器的编辑功能1、Undo操作2、剪切、复制和粘贴3、选中4、取消选中5、删除6、移动7、跳转7.4准备网络表或原理图7.5设置参数一、图纸参数设置（DesignBoardOptions）二、PCB编辑器参数设置（ToolsPreferences）1、General选项设置2、Display选项设置3、Show/Hide选项设置4、Defaults选项设置7.6规划电路板7.6.1Protel2004工作层面简介共74个工作层面•信号层(SignalLayers)：用来放置元件和布置与信号有关的导线，共32个•内部电源/接地层(InternalPlanes)：主要用于布置电源线和接地线，共16个•机械层(MechanicalLayers)：用于定义PCB的物理参数，共16个•防护层(MaskLayers)：用于防护电路板上不希望镀上焊锡的地方，共4个•丝印层(Silkscreen)：用于绘制元件封装的轮廓和元件注释，共2个•其他工作层面：共4个，DrillGuide;Keep-OutLayer;DrillDrawing;Multi-Layer7.6.2层面管理器执行菜单元DesignLayerStackManager7.6.2层面管理器•1、添加一个信号层•2、添加一个内部电源/接地层•3、删除一个层面•4、改变层面的层叠次序•5、编辑层面的属性7.6.2层面管理器•6、选择绝缘层的层叠类型•7、设置顶层/底层绝缘层•8、使用电路板模板7.6.3设置工作层面DesignBoardLayers&Colors7.6.4绘制电路板外形1、在机械层绘制电路板物理边界(Mechanical1)命令：PlaceLine或2、设置电路板外形命令：DesignBoardShape7.6.5设定电路边界在Keep-OutLayer绘制电路板电气边界命令：PlaceLine或7.7装入元件封装7.8装入网络表从原理图更新PCB1、在同一个工程中添加一个PCB文件并保存，在原理图编辑器中执行DesignUpdatePCBDocument，弹出EngineeringChangeOrder对话框7.8.1在原理图编辑器中更新PCB2、在弹出对话框中进行更新设置，包括检查更新的可行性（ValidateChanges）；执行更新（ExecuteChanges）；预览更新报告（ReporteChanges）等7.8.2在PCB编辑器中更新PCB1、在同一个工程中添加一个PCB文件并保存，在PCB编辑中执行DesignImportChangesFrom，弹出同样对话框，进行同样的更新设置7.9元件布局7.9.1自动布局命令：