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第6章PCB元件设计6.1绘制元件封装的准备工作6.2PCB元件设计基本界面6.3采用设计向导方式设计元件封装6.4采用手工绘制方式设计元件封装6.5编辑元件封装6.6元件封装常见问题本章小结在开始绘制封装之前，首先要做的准备工作是收集元器件的封装信息。封装信息主要来源于元器件生产厂家提供的用户手册。若没有所需元器件的用户手册，可以上网查找元器件信息，一般通过访问元件厂商或供应商的网站可以获得相应信息。在查找中也可以通过搜索引擎进行，如www.google.com或www.21ic.com等。如果有些元件找不到相关资料，则只能依靠实际测量，一般要配备游标卡尺，测量时要准确，特别是集成块的管脚间距。元件封装设计时还必须注意元器件的轮廓设计，元器件的外形轮廓一般放在PCB的丝印层上，要求要与实际元器件的轮廓大小一致。如果元件的外形轮廓画得太大，浪费了PCB的空间；如果画得太小，元件可能无法安装。6.1绘制元件封装的准备工作返回6.2PCB元件设计基本界面在PCB99SE中，执行菜单File→New，在出现的对话框中单击图标，进入PCB元件库编辑器，并自动新建一个元件库PCBLIB1.LIB，如图6-1所示。1.新建元件库进入PCB元件库编辑器后，系统自动新建一个元件库，该元件库的缺省文件名为PCBLIB1，库文件名可以修改。同时，在元件库中，程序已经自动新建了一个名为PCBCOMPONENT_1的元件，返回可以用菜单Tools→RenameComponent来更名。2.元件库管理器PCB元件库编辑器中的元件库管理器与原理图库元件管理器类似，在设计管理器中选中BrowsePCBLib可以打开元件库管理器，在元件库管理器中可以对元件进行编辑操作，元件管理器如图6-2所示。6.3采用设计向导方式设计元件封装6.3.1常用的元件标准封装Protel99SE的封装设计向导可以设计常见的标准封装，主要有以下几类。⑴Resistors（电阻）电阻只有两个管脚，有插针式和贴片式两种封装。随着电阻功率的不同，电阻的体积大小不同，对应的封装尺寸也不同。插针式电阻的命名一般以“AXIAL”开头；贴片式电阻的命名可自由定义。图6-3所示为两种类型的电阻封装。⑵Diodes（二极管）二极管的封装与电阻类似，不同之处在于二极管有正负极的分别。图6-4所示为二极管的封装。⑶Capacitors（电容）电容一般只有两个管脚，通常分为电解电容和无极性电容两种，封装形式也有插针式封装和贴片式封装两种。一般而言，电容的体积与耐压值和容量成正比。图6-5所示为电容封装。⑷DIP（双列直插封装）DIP为目前常见的IC封装形式，制作时应注意管脚数、同一列管脚的间距及两排管脚间的间距等。图6-6所示为DIP封装图。⑸SOP（双列小贴片封装）SOP是一种贴片的双列封装形式，几乎每一种DIP封装的芯片均有对应的SOP封装，与DIP封装相比，SOP封装的芯片体积大大减少。图6-7所示为SOP封装图。⑹PGA（引脚栅格阵列封装）PGA是一种传统的封装形式，其引脚从芯片底部垂直引出，且整齐地分布在芯片四周，早期的80X86CPU均是这种封装形式。图6-8所示为PGA封装图。⑺SPGA（错列引脚栅格阵列封装）SPGA与PGA封装相似，区别在其引脚排列方式为错开排列，利于引脚出线，如图6-9所示。⑻LCC（无引出脚芯片封装）LCC是一种贴片式封装，这种封装的芯片的引脚在芯片的底部向内弯曲，紧贴于芯片体，从芯片顶部看下去，几乎看不到引脚，如图6-10所示。这种封装方式节省了制板空间，但焊接困难，需要采用回流焊工艺，要使用专用设备。⑼QUAD（方形贴片封装）QUAD为方形贴片封装，与LCC封装类似，但引脚没有向内弯曲，而是向外伸展，焊接方便。QUAD封装包括QFG系列，如图6-11所示。⑽BGA（球形栅格阵列封装）BGA为球形栅格阵列封装，与PGA类似，主要区别在于这种封装中的引脚只是一个焊锡球状，焊接时熔化在焊盘上，无需打孔，如图6-12所示。⑾SBGA（错列球形栅格阵列封装）SBGA与BGA封装相似，区别在于其引脚排列方式为错开排列，利于引脚出线，如图6-13所示。⑿EdgeConnectors（边沿连接）EdgeConnectors为边沿连接封装，是接插件的一种，常用于两块板之间的连接，便于一体化设计，如计算机中的PCI接口板。其封装如图6-14所示。6.3.2使用设计向导绘制元件封装实例采用设计向导绘制元件一般针对符合通用的标准元件。下面以设计双列直插式16脚IC的封装DIP16为例介绍采用向导方式设计元件。⑴进入元件库编辑器后，执行菜单Tools→NewComponent新建元件，屏幕弹出元件设计向导，如图6-15所示，选择Next进入设计向导（若选择Cancel则进入手工设计状态）。图6-15利用向导创建元件图6-16设定元件基本封装⑵单击Next按钮，进入元件设计向导，屏幕弹出图6-16所示的对话框，用于设定元件的基本封装，共有12种供选择，包括电阻、电容、二极管、连接器及常用的集成电路封装等，图中选中的为双列直插式元件DIP，对话框下方的下拉列表框用于设置使用的单位制。⑶选中元件的基本封装后，单击Next按钮，屏幕弹出图6-17所示的对话框，用于设定焊盘的直径和孔径，可直接修改图中的尺寸。图6-17设置焊盘尺寸图6-18设置焊盘间距⑸定义好焊盘间距后，单击Next按钮，屏幕弹出图6-19所示的对话框，用于设置元件边框的线宽，图中设置为10mil。⑹定义好线宽后，单击Next按钮，屏幕弹出图6-20所示的对话框，用于设置元件的管脚数，图中设置为16。图6-19设置边框的线宽图6-20设置元件的管脚数⑺定义管脚数后，单击Next按钮，屏幕弹出图6-21所示的对话框，用于设置元件封装名，图中设置为DIP16。名称设置完毕，单击Next按钮，屏幕弹出设计结束对话框，单击Finish按钮结束元件设计，屏幕显示刚设计好的元件，如图6-22所示。采用设计向导可以快速绘制元件的封装形式，绘制时应了解元件的外形尺寸，并合理选用基本封装。对于集成块应特别注意元件的管脚间距和相邻两排管脚的间距，并根据管脚大小设置好焊盘尺寸及孔径。图6-21设置元件名称图6-22设计好的DIP16返回6.4采用手工绘制方式设计元件封装手工绘制方式一般用于不规则的或不通用的元件设计，如果设计的元件是通用的，符合通用的标准，可以通过设计向导快速设计元件。设计元件封装，实际就是利用PCB元件库编辑器的放置工具，在工作区按照元件的实际尺寸放置焊盘、连线等各种图件。下面以图6-23所示的贴片式8脚集成块的封装SOP8为例介绍元件封装手工设计的具体步骤。⑴根据实际元件确定元件焊盘之间的间距、两排焊盘间的间距及焊盘的直径。SOP8是标准的贴片式元件封装，焊盘设置为：80mil×25mil，形状为Round；焊盘之间的间距50mil；两排焊盘间的间距220mil；焊盘所在层为Toplayer（顶层）。⑵执行菜单Tools→LibraryOptions设置文档参数，将可视栅格1设置为5mil，可视栅格2设置为20mil，捕获栅格设置为5mil。⑶执行Edit→Jump→Reference将光标跳回原点（0，0）。⑷执行菜单Place→Pad放置焊盘，按下〈Tab〉键，弹出焊盘的属性对话框，设置参数如下。X-Size：80mil；Y-Size：25mil；Shape：Round；Designator：1；Layer：TopLayer；其它默认。退出对话框后，将光标移动到原点，单击鼠标左键，将焊盘1放下。⑸依次以50mil为间距放置焊盘2～4。⑹对称放置另一排焊盘5～8，两排焊盘间的间距为220mil。⑺双击焊盘1，在弹出的对话框中的Shape下拉列表框中选择Rectangle，定义焊盘1的形状为矩形，设置好的焊盘如图6-24所示。⑻绘制SOP8的外框。将工作层切换到TopOverlay，执行菜单Place→Track放置连线，执行菜单Place→Arc放置圆弧，线宽均设置为10mil，外框绘制完毕的元件如图6-23所示。⑼执行菜单Edit→SetReference→Pin1，将元件参考点设置在管脚1。⑽执行菜单Tools→RenameComponent，将元件名修改为SOP8。⑾执行菜单File→Save保存当前元件。返回6.5编辑元件封装编辑元件封装，就是对已有的元件封装的属性进行修改，使之符合要求。1.修改元件封装库中的元件修改元件封装库中的某个元件，先进入元件库编辑器，选择File→Open打开要编辑的元件库，在元件浏览器中选中要编辑的元件，窗口就会显示出此元件的封装图，若要修改元件封装的焊盘，用鼠标左键双击要修改的焊盘，出现此引脚焊盘的属性对话框，在对话框中就可以修改引脚焊盘的编号、形状、直径、钻孔直径等参数；若要修改元件外形，可以用鼠标点取某一条轮廓线，再次单击它的非控点部分，移动鼠标，即可改变其轮廓线，或者删除原来的轮廓线，重新绘制新的轮廓线。元件修改后，执行菜单File→Save，将结果保存。修改元件封装库的结果不会反映在以前绘制的电路板图中。如果按下PCB元件库编辑器上的UpdatePCB按钮，系统就会用修改后的元件更新电路板图中的同名元件。绘制PCB时，若发现所采用的元件封装不符合要求，需要加以修改，可以不退出PCB99SE，直接进行修改。方法是：在元件浏览器中选中该元件，单击Edit按钮，系统自动进入元件编辑状态，其后的操作与上面相同。2.直接在PCB图中修改元件封装的管脚在PCB设计中如果某些元件的原理图中的管脚号和印制板中的焊盘编号不同（如二极管、三极管等），在自动布局时，这些元件的网络飞线会丢失或出错，此时可以通过直接编辑焊盘属性的方式，修改焊盘的编号来达到管脚匹配的目的。编辑元件封装的焊盘可以直接双击元件焊盘，在弹出的焊盘属性对话框中修改焊盘编号。返回6.6元件封装常见问题在元件封装设计中，通常会出现一些错误，这对PCB的设计将产生不良影响。1.机械错误机械错误在元件规则检查中是无法出来的，因此设计时需要特别小心。⑴焊盘大小不合适，尤其是焊盘的内径选择太小，元件引脚无法插进焊盘。⑵焊盘间的间距以及分布与实际元件不符，导致元件无法在封装上安装。⑶带安装定位孔的元件未在封装中设计定位孔，导致元件无法固定。⑷封装的外形轮廓小于实际元件，可能出现由于布局时元件安排比较紧密，导致元件排得太挤，甚至无法安装。⑸接插件的出线方向与实际元件的出线方向不一致，造成焊接时无法调整。⑹丝印层的内容放置在信号所在层上，导致元件焊盘无法连接或短路。2.电气错误电气错误通常可以通过元件规则检查（Reports→ComponentRuleCheck），或者在载入网络表文件时，由软件系统检查出来，因此可以根据出错信息找到错误并修改。⑴原理图元件的引脚编号与元件封装的焊盘编号不一致。⑵焊盘编号定义过程中出现重复定义。以上错误可以通过编辑焊盘编号，图6-25所示二极管中，在原理图中元件管脚定义为1、2，而在封装中定义为A、K，两者不一致，通过编辑焊盘，将其A、K的编号修改为1、2。返回本章小结PCB封装信息主要来源于元器件生产厂家提供的用户手册，也可以访问该元器件的厂商或供应商网站可以获得相应信息。常用的标准封装元件可以使用设计向导自动进行设计。不规则的或不通用的元件一般以采用手工设计方式进行。相似元件封装的设计可以直接编辑元件的封装实现。