第3章PCB设计(1)手动布单层板

Protel99SE电路设计及应用主讲人：梁淘第三章PCB设计预备知识前言内容提要：以稳压电源电路为例，通过讲解手工布板的整个过程，了解PCB的板材、板层、元器件封装、布局、布线等。重点知识：元器件封装、布局、布线。第三章PCB设计预备知识±15V稳压电源电路原理图到实际可用的电路：实验用的面包板多孔万能线路板自制印刷线路板如何将原理图变成实际可用的电子电路呢？第三章PCB设计预备知识印刷电路板（PCB)的功能机械支撑实现电气连接电绝缘识别字符和图形手工制作成品板流程---选择覆铜板一．选择覆铜板覆铜板-----又名基材。将补强材料浸以树脂，一面或两面覆以铜箔，经热压而成的一种板状材料，称为覆铜箔层压板(CCL)。它是做PCB的基本材料，常叫基材。当它用于多层板生产时，也叫芯板（CORE）。板材：酚醛纸基、环氧纸基或环氧玻璃布常用FR-4——玻璃布环氧树脂板板层：单面板双面板多层板手工制作成品板流程---选购元器件二．选购元器件元件封装技术元件封装：插入式封装和表面黏贴式封装。元件封装具体形式：SOP/SOIC：小外形封装DIP：双列直插式封装PLCC：塑封J引线封装TQFP：薄塑封四角扁平封装PQFP：塑封四角扁平封装TSOP：薄型小尺寸封装BGA：球栅阵列封装手工制作成品板流程---选购元器件认识常用器件电阻电位器贴片电阻手工制作成品板流程---选购元器件无极性电容极性电容贴片电容手工制作成品板流程---选购元器件二极管三极管集成IC电路三端稳压器整流桥单排多针插座手工制作成品板流程---选购元器件手工制作成品板流程---选购元器件元件引脚间距元件不同，间距不同。默认是100mil（2.54mm）的整数倍。元件间距有软尺寸和硬尺寸之分。软尺寸是指基于引脚能够弯折的元件，如电阻、电容等。硬尺寸是基于引脚不能弯折的元件，如排阻、集成IC等。手工制作成品板流程---确认PCB板大小三．确认PCB板大小PCB板尺寸过大或过小都会影响成品板的质量。过大：走线变长，阻抗增加、抗噪下降、成本增加。过小：散热不好、线路密集、易受干扰。手工制作成品板流程---确认PCB板大小PCB板大小确认：通常PCB外形及尺寸应根据设计的PCB在产品中的位置、空间大小、形状及与其他部件的配合来确定PCB的外形与尺寸。根据安装环境设置PCB形状及尺寸布局、布线前定义PCB尺寸而后再调整布局、布线后定义PCB尺寸手工制作成品板流程---器件摆放四．器件摆放（PCB布局）元件布局原则：保证电路功能和性能指标；满足工艺、检测、维修等方面的要求；元件排列整齐、疏密得当，兼顾美观。布局须优先考虑的几个要点：按照信号流向布局优先确定核心元件的位置布局时考虑电路的电磁特性布局时考虑电路的热干扰可调节元件的布局发热元件散热要好、安装散热器的元件尽量靠边装、温感敏感的元件远离热源。手工制作成品板流程---器件摆放器件摆放（布局）演示：创建PCB文件选择布线层规划板尺寸添加封装库放置元件所对应的封装图（布局）手工制作成品板流程---手动布线手动布线演示：布线放置文本字符放置定位孔或安装孔手工制作成品板流程---练习步骤一、布局1、创建PCB文件单击菜单File文件→New创建新文件，弹出对话框，双击PCBDocument，产生一个新的PCB1.PCB文件。可更改文件名。2、选择布线层单击菜单Design设计→Options选项，弹出对话框，选择顶层TopLay、底层BottomLay、机械层Mechanical、禁止布线层KeepOutLayer、顶层丝印层（标注层）TopOverlay、多层（所有层）MultipLayer。设置第一组的网格宽度，默认是1000Mil，将其改成100Mil。在Options选项中，将Grids下的数值均改成10Mil。3、规划板尺寸选择禁止布线层，通过放置4条线，设置长宽为2500Milx1500Mil的矩形框。手工制作成品板流程---练习步骤4、添加封装库单击设计导航中的BrowsePCB按钮，在Browse窗口的下拉菜单中选择Libraries，点击Add/Remove，弹出对话框，添加C:\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Library\Pcb\GenericFootprints目录下的advpcb.ddb（默认）、InternationalRectifiers.ddb、Miscellaneous.ddb三个文件即可。5、放置元件封装（布局）根据原理图放置以下元件对应的元件封装图：1）交流输入J1-------SIP-3±15V输出J2------SIP-32）桥堆18DB05D1------D-373）L7815CVU1------TO-220L7915CVU2------TO-2204）1000uFC1------RB-.3/.61000uFC2------RB-.3/.65）4.7uFC3------RB-.2/.44.7uFC4------RB-.2/.46）0.1uFC5------RAD-0.20.1uFC6------RAD-0.27）1N4001D2------DIODE-0.41N4001D3------DIODE-0.4手工制作成品板流程---练习步骤二、布线1、放线方法1）放线：Place放置→Track线2）移动线：Edit编辑→Move移动→Move移动或用鼠标右键按住某条线移动。3）拖拉线：Edit编辑→Move移动→Drag拖拉或用鼠标右键单击两次，然后移动。4）折断线：Edit编辑→Move移动→BrackTrack折断5）删除线：Edit编辑→Delete删除或用鼠标右键单击某条线，然后按删除键。6）点亮连线：Edit编辑→Select选择→ConnectedCopper连接的铜层。7）边画边改线宽：在放线时按TAB键可不断地改变线宽。8）统一规定线宽：Desing设计→Rules(规则）→Routing→WidthConstraint双击弹出对话框，设置最大、最小、首选线宽，可针对某项（如某层、某网络……）9）修改某条线：鼠标指向某条线双击弹出菜单即可修改。10）统一修改同类型线的宽度：鼠标指向同类型线中的某条线双击弹出菜单修改线宽，然后点击Global改变属性中的Width、Layer等为Same，点击OK即可修改。2、放置文本字符用于说明或标注，一般放在顶层丝印层。3、放置定位孔或安装孔用焊盘或过孔来设置。作业完成稳压电源的手动单层布板。完成实验指导书中实验五、实验六、实验七、实验八、实验九的实验。附录：简易手工PCB板的制作方法一、蜡纸腐蚀法1）制作敷铜板：按照印版图的尺寸裁切敷铜板。2）印制敷铜板：用笔将印版图按照1：1的比例刻在蜡纸上，并将其平放在敷铜板上，用少量油漆与滑石粉调成稀稠合适的材料，像油印书一样把图印在敷铜板上，然后晾干。3）腐蚀敷铜板：将敷铜板放入三氯化铁液体中腐蚀。4）清洗印制板：用香蕉水擦掉油漆，再清洗几次使印制板清洁不留腐蚀液。抹上一层松香溶液待干后钻孔。附录：简易手工PCB板的制作方法二、胶带腐蚀法1）绘制印版图：用点表示焊盘，线路用单线表示，保证位置、尺寸准确。2）制作敷铜板：按照印版图的尺寸裁切敷铜板。3）印版图印在敷铜板上：首先用复写纸将印版图复制在敷铜板上，根据所用元器件的实际大小粘贴不同内外径的焊盘。其次，根据电路中电流的大小采用不同宽度的胶带，按照印版图将胶带粘贴在敷铜板上，用软一点的小锤敲打图贴，使之与铜箔充分粘连。重点敲击线条转弯处、搭接处。天冷时用取暖器加温以加强粘连效果。注：焊盘规格D373(外径2.79毫米，内径0.79毫米)；D266(外径2.00，内径0.80)；D237(外径3.50内径1.50)等几种，最好购买纸基材料做的黑色，塑基红色材料尽量不用。胶带常用规格有0.3、0.9、1.8、2.3、3.7等几种，单位均为毫米。4）腐蚀、清洗敷铜板：将粘有胶带的敷铜板放入三氯化铁液体中腐蚀。腐蚀完后应及时取出用水冲洗干净。在焊盘处用钻头打孔，用细砂纸打亮铜箔，再涂上松香酒精溶液，凉干则制作完毕了。附录：简易手工PCB板的制作方法三、即时贴腐蚀法将即时贴或包装用的宽透明胶带，粘在敷铜板的铜箔上，然后在贴面上绘制好印版图，再用刻刀刻透贴面层，形成所需电路，揭去非电路部分，最后用三氯化铁腐蚀敷铜板即可。腐蚀温度可在55度左右进行，腐蚀速度较快。腐蚀好的电路板用清水冲洗干净，揭去电路上的即时贴，打好孔，擦干净涂上松香酒精溶液以备使用。附录：简易手工PCB板的制作方法四、激光打印法1）打印印版图：用激光打印机将画好的印版图打印在热转印纸上，注意在打印前后，不要用手或其他东西碰热转印纸上的印版图位置。2）将电路印在敷铜板上：将热转印纸的印有印版图部分剪下，打磨敷铜板，用家用电熨斗（非蒸汽式）熨烫贴有热转印纸的敷铜板，可多烫几次使融化的墨粉完全吸附在敷铜板上。3）揭去热转印纸：有两种方法：湿揭法和干揭法。湿揭法：将贴有热转印纸的敷铜板放入热水中浸泡5-10分钟，可揭去一层热转印纸，再泡10多分钟再揭去热转印纸，如板上粘有剩余的纸，可用牙刷或拇指擦去。干揭法：敷铜板冷却后揭去热转印纸。4）腐蚀、清洗敷铜板：将揭去热转印纸的敷铜板放入三氯化铁液体中腐蚀，腐蚀完后取出用“LaquerThinner”一种稀释剂冲洗，并用纸巾迅速擦去墨粉，印刷电路板便制作成功了。附录：简易手工PCB板的制作方法五、手工直接描绘法（1）调制绘图液：三份无水酒精+一份漆片+几滴医用紫药水，搅拌均匀后绘图液便制成了。（2）绘制印版图：用细砂纸把敷铜板打亮，然后采用绘图仪器中的鸭嘴笔或圆规上用来画图形的墨水鸭嘴笔，在敷铜板上描绘印版图。在绘制过程中，可用无水酒精调整浓稠或擦除。（3）腐蚀电路板将画好的电路板敷铜板放入三氯化铁溶液中腐蚀，腐蚀完成后，用棉球蘸上无水酒精就可以将板子上的绘图液擦掉，晾干后涂上松香水即可。附录：简易手工PCB板的制作方法六、绘图仪自动画法可采用惠普公司的HP7440A型号绘图仪，关键是改装绘图仪的绘图笔，下面是一个参考实例。1）改装绘图笔：将原始的绘图仪上的绘图笔的两端切掉一部分，这样便得到一根中间有定位环的短一点的绘图笔定位环是笔架用来固定笔的部分。将笔架上用来固定笔的圆孔用锉刀锉大些，使得切短后的绘图笔可以通过。将签字笔切短，盖上笔帽把它挤入切短后的绘图笔中，定位环的位置距笔尖约35mm。2）绘制电路图：将改装后的绘图笔装好，将打磨干净的敷铜板放在一张A4大小的胶片上，置于绘图笔的下方，便可使用绘图仪自动打印印版图了。将打印好的电路板进行腐蚀后，冲洗干净涂上松香即可。附录：简易手工PCB板的制作方法七、刀刻法1）按照印版图的尺寸裁切敷铜板，并使敷铜板铜箔面保持清洁。2）在敷铜板上面盖一张复写纸，将画好的印版图盖在复写纸上，再用圆珠笔在纸上重描一次，让线路的边缘显示在敷铜板上。3）用刻刀按照敷铜板上的线路一点一点的划开，并保证线路与线路之间确实断开。4）在相应的位置打孔，并且用砂纸将铜箔抛光，再在铜箔上涂一层松香酒精水以助于焊接和防氧化，对于不必要的铜箔，可用刀子将边缘跷起后，用尖嘴钳夹住撕掉。附录：简易手工PCB板的制作方法八、空中架线法此法是将所有的接地线焊接在敷铜板的铜箔上，而所有元器件的非接地引脚则根据印版图在空中焊接，而不接触铜箔。此法适用于简单电路，使用单面铜箔的敷铜板即可铜箔面朝上。附录：工业常用PCB板的制作方法一、PCBMillingPCB铣床相当于一个三维的绘图仪，它的铣头不仅可以随意在X-Y平面来回运动，而且可以上下运动。铣头是一种装有routerbit或钻头drillbit的高速马达。routerbit是用来在敷铜板上刻画电路连线、布线