PCB部分(6-7章)

PCB印刷电路板2014年10月BeijingJiaotongUniversity6.1印制电路板基础概述6.2PCB设计环境6.3AltiumDesigner的交互式导航工具6.4PCB面板6.5从原理图到PCB6.6电路板布局6.7电路板布线6.8放置图元6.9PCB常用设计功能第6章印制电路板基础电路原理图----用线段将电子器件的符号连接成具有特定意义的图。印刷电路板----PrintedCircuitBoard（PCB）连接固定电子器件实体的板子。将设计电路中各元件间的电气连接线作成实体铜膜连接线，在一层或数层绝缘板子上做出信号板层，并适当地蚀刻成元件外形的焊点和铜膜走线来安装与连接各个电子元件。6.1印制电路板基础概述印制电路板的类别与组成1印制电路板概述PCB：印制电路板(printcircuitboard),是没有安装元件的裸板，又称印制线路板PWB（printwringboard）PCBA：已安装好元件的印制电路板(printcircuitboardassembly)SMB：表面组装印制电路板(surfacemountingboard)PCB功能：①提供对电子元器件的固定和支撑；②实现各种电子元器件之间的布线和电气连接；③提供所需要的电气特性，例如阻抗等；④提供制造工艺，锡焊图形，元件字符等。2印制电路板类别与组成单面板------仅一面有导电图形的印制电路板；双面板------两面都有导电图形的印制电路板；多层板------有四层及以上导电图形和绝缘材料层压合成的印刷电路板按导电层数分类1.常用PCB分类：按机械强度分类刚性PCB柔性PCB刚柔结合PCB2.常用PCB组成：主要由基板、导电图形、金属表面镀层、保护涂覆层和丝印层组成。元件实物图、原理图和封装图231411U?ALM324_NSCR?RES2D?DIODEC?CAP实物图原理图封装图印刷电路板结构针脚式元件表面贴式元件顶层（元件面）内层焊盘底层隐蔽式导孔半隐蔽式导孔透孔内层印刷电路板板层（Layer）PCB共提供了70多个板层，其中：32个信号板层（30个MidLayer，TopLayer和BottomLayer）；16个内层板层（电源或地线走线InternalPlane）；16个机构板层（数据标记、尺寸线等Mechanical）；2个防焊板层（顶层和底层阻焊剂TopSolder,BottomSolder）；2个锡膏板层（SMD顶层和底层TopPaste,BottomPaste）；2个丝印板层（顶层和底层标记元件外形符号等TopOverlay,BottomOverlay）；2钻孔板层（钻孔指引层和钻孔图层）；1个禁止板层（板框层KeepOutLayer）；1个多任务板层、和多个显示用途板层。印刷电路板结构通孔元件与表面贴元件的封装针脚式元件封装表面贴式元件封装印刷电路板板框板框就是为了规范元件自动布置、自动布线和设计规则检查操作功能所定义出来的合法区域，要比实体电路板的尺寸再小一点才合适。印刷电路板程序设计电路板制作流程：将设计的电路板用打印机输出底片、曝光、显影、蚀刻、钻孔、焊接等。电路板设计方法全自动化设计全手工设计半自动化设计设计电路原理图、添加元件封装、ERC检查、生成PCB板框、加载封装库、通过设计同步功能将原理图数据转换成PCB图数据、自动布置、自动布线、存盘且输出报表文件。创建数据库文件和PCB图文件、加载封装库、在PCB环境中手工放置元件封装、铜膜走线、过孔、焊盘等。存盘且输出报表文件。设计电路原理图、加载封装库、ERC检查、生成网络表、生成PCB板框、加载网络表、手工布置、调整自动布线规则、自动布线、手工拆线与手工布线、存盘且输出报表文件。BeijingJiaotongUniversity（2）多层板的埋孔、过孔和盲孔导通孔（VIA）：用于内层连接的金属孔，并不用于插入元件引线或其他增强材料。过孔（ThroughVIA）：是至少连通toplayer（顶层）和bottomlayer（底层）之间的电气连接通孔。埋孔（BuriedVIA）：一端连接toplayer（顶层）或bottomlayer（底层），另一端连接在中间层的电气连接半开孔。使用埋孔的主要原因是一面没空间允许设置过孔焊盘。此外在高速电路设计时设置埋孔可以减小过孔焊盘的寄生电容和电感，可以减小信号受干扰的几率，保持传输线特性阻抗的连续性。盲孔（BlindVIA）：在两个中间层进行电气连接的金属化孔。元件孔（ComponentVIA）：用于将插针式元件固定在印刷版上并进行电气连接的孔。6.1印制电路板基础概述BeijingJiaotongUniversity6.1.3印制电路板的常用术语（1）过孔：前面已经详细介绍了PCB板中的各类过孔。在此不再赘述。（2）焊盘（Pad）：焊盘是用来固定元器件，并将元器件的引脚与PCB板上的铜膜导线连接起来的基点。（3）网络（Net）：网络是具有连通性的一组逻辑上和物理上的连接关系。（4）铜膜导线（Track）：铜膜导线是完成PCB设计后的敷铜板经过腐蚀加工等工艺后，在印制板上形成的实际敷铜走线，通常简称为导线。（5）敷铜：敷铜是指在PCB布线结束后，在无导线走过的区域内铺设的铜膜。（6）安全间距：在PCB板上，为了避免或者减小导线、过孔、焊盘以及元器件之间的相互干扰，需要在他们之间留出一定的间距，成为安全间距。6.1印制电路板基本概念BeijingJiaotongUniversity6.2.1创建新的PCB文件（1）使用菜单命令执行【文件】/【新建】/PCB命令6.2PCB设计环境BeijingJiaotongUniversity（2）使用Files面板在【从模板新建文件】栏中选择PCBBoardWizard选项，在此创建过程中可便捷地设置PCB板的有关参数。如图6.2PCB设计环境BeijingJiaotongUniversity如图所示，选择电路板度量单位，默认是英制。点击【下一步】，进入选择电路板板型配置界面，自定义板型，选【custom】。6.2PCB设计环境BeijingJiaotongUniversity选择【custom】后单击【下一步】，则进入详细参数配置界面，如图所示若选中【切掉拐角】和【切掉内角】单击【下一步】则会进入相应加工界面。6.2PCB设计环境BeijingJiaotongUniversity6.2PCB设计环境BeijingJiaotongUniversity单击【下一步】，进入电路板层设置界面，选择PCB板层时尽可能选择偶数层，以免PCB发生变形。板层设置中【电源平面层】就是电路板的内电层。6.2PCB设计环境BeijingJiaotongUniversity单击【下一步】，进入PCB板过孔设置界面，一般默认选【仅通孔的过孔】，接着点击【下一步】进入选择组件和布线工艺界面。6.2PCB设计环境BeijingJiaotongUniversity点击【下一步】，进入选择默认线和过孔尺寸界面，设置完后单击【下一步】完成创建过程。6.2PCB设计环境BeijingJiaotongUniversity6.2.2PCB编辑界面新建PCB文件后，会出现如图所示对话框6.2PCB设计环境【实用】工具栏【标准】工具栏【布线】工具栏编辑窗口主菜单栏状态栏板层标签BeijingJiaotongUniversity6.3.1参数跟踪器在编辑窗口的左上方始终有一个参数跟踪器，为用户实时提供相关信息。这些信息包括光标所在坐标位置、光标指向的元器件、网络、布线等参数信息。X、Y:绝对坐标。dx、dy：相对坐标。按INS键，可以将当前鼠标位置设置为参考原点。按F2键，激活参数跟踪器设置对话框。也可以在对话框中选择【复位顶上偏差原点】来设置参考原点。6.3AltiumDesigner的交互式导航工具BeijingJiaotongUniversity6.3.2BoardInsight面板执行【察看】/【工作区面板】/【PCB】/【BoardInsight】命令，打开BoardInsight面板。对象描述栏：当光标指向编辑窗口中PCB文件的某一位置时，该栏用来列出PCB文件当前位置处的3种实时信息，即违规信息、网络信息和元器件信息。相应的使能选项为描述栏下方的几个选项。对象描述窗口：对于描述栏中所列出的每一条对象信息，在该窗口中都能以图形的方式加以显示。Lens窗口：与BoardInsight参数跟踪中的放大镜功能完全相同。6.3AltiumDesigner的交互式导航工具对象描述窗口对象描述栏Lens窗口BeijingJiaotongUniversity执行【察看】/【工作区面板】/PCB/PCB命令，打开PCB面板。类型选择栏：在下拉菜单中可进行类型选择。对象类显示栏：用于显示所选择类型中的全部对象类。对象显示栏：用于显示某一对象类中的全部对象。对象属性栏：用于显示与选定对象有关的图元属性，如焊点、连线、过孔等。6.4PCB面板对象类显示栏类型选择栏对象显示栏对象属性栏取景栏BeijingJiaotongUniversity6.5.1PCB设计准备要实现原理图到PCB的同步，首先应完成如下几项准备工作。对原理图进行编译检查，验证设计，确保电气连接的正确性和元器件封装的正确性。确认与电路图和PCB文件相关联的所有元件库均已加载，保证原理图文件中所指定的封装形式在可用库文件中都能找到并可以使用。新建的空白PCB文件应在当前设计的工程目录下。6.5.2原理图与PCB同步在原理图中执行【设计】/UpdatePCBDocument命令，或者在PCB编辑器中使用【设计】/ImportChangesFrom命令均可以完成从原理图到PCB的同步。6.5从原理图到PCBBeijingJiaotongUniversity下面我们以一个简单的单片机应用电路为例介绍原理图到PCB的同步过程。（1）打开原理图文件。（2）执行【工程】菜单中的编译命令。以保证原理图的正确性。（3）在工程中创建一个空白的双层PCB文件，保存在工程文件夹下。6.5从原理图到PCBBeijingJiaotongUniversity（4）在原理图环境中执行【设计】/UpdatePCBDocumentPCB1.PcbDoc命令，系统打开【工程更改顺序】窗口6.5从原理图到PCBBeijingJiaotongUniversity（5）点击【生效更改】，则在【工程更改顺序】窗口的右侧【检测】、【信息】栏中显示出受影响元素检查后的结果。如图所示6.5从原理图到PCBBeijingJiaotongUniversity（6）在检查结果全部通过后，单击【执行更改】，将元器件、网络表装载到PCB文件中。6.5从原理图到PCBBeijingJiaotongUniversity（7）关闭【工程更改顺序】窗口，可以看到装载的元器件和网络表集中在一个Room空间中被放置在PCB电气边界以外。BeijingJiaotongUniversity6.6.1自动布局在进行元件自动布局之前,要先设定PCB的大小，规划一下大小和形状。（1）点击PCB编辑窗口下边【keep-outlayer】，然后在【放置】菜单中，选中画线，然后在黑色底板上画一个大小适合矩形。6.6电路板布局BeijingJiaotongUniversity（2）执行【工具】/【器件布局】/【自动布局】命令，系统开始根据默认规则进行元器件的布局，如图所示6.6电路板布局BeijingJiaotongUniversity（3）执行【工具】/【器件布局】/【设置推挤深度】命令，6.6电路板布局BeijingJiaotongUniversity（4）执行【工具】/【器件布局】/【挤推】命令，系统将按照设定的推挤深度对元器件进行推进排列，如图6.6电路板布局BeijingJiaotongUniversity