電子工藝基礎(chǔ) 付蔚,第3章 繪圖原理及PCB制版工藝,第3章繪圖原理及PCB制版工藝,3.1 Protel 99SE內(nèi)容簡介 3.2 Protel 99SE簡明使用方法 3.3 PCB設(shè)計規(guī)則 3.4 元器件的封裝 3.5 PCB制板工藝,3.1 Protel 99SE內(nèi)容簡介 現(xiàn)今的PROTEL發(fā)展到PROTEL99（網(wǎng)絡(luò)上可下載到它的測試板），是個龐大的EDA軟件，完全安裝有200多M，它工作在WINDOWS95環(huán)境下，是個完整的板級全方位電子設(shè)計系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器件設(shè)計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多層印制線路板的自動布線可實現(xiàn)高密度PCB的100布通率。,3.2 Protel 99SE 簡明使用方法 3.2.1 Protel 99SE的安裝 Protel 99SE 設(shè)計平臺軟硬件配置要求： 硬件配置： 最低：CPUPentium II 233MHZ；內(nèi)存32M；硬盤300M；顯示器15;顯示分辯率1024768 建議配置：CPUPentium II 300 以上；內(nèi)存128M；硬盤6G以上；顯示器17以上 顯示分辯率12801024 操作系統(tǒng)： icrosoft Windows NT 4.0 或以上版本（含中文版）。 icrosoft Windows 98/95 或以上版本（含中文版）。 Protel 99SE附件安裝方法非常簡單，只需雙擊光盤目錄下的Install.exe即可。,3.2.2原理圖設(shè)計 新建設(shè)計數(shù)據(jù)庫文件 打開和管理設(shè)計數(shù)據(jù)庫 觀看多個設(shè)計文檔 多圖紙設(shè)計 原理圖連線設(shè)計 檢查原理圖電性能可靠性 同步設(shè)計 建立材料清單 在原理圖上標(biāo)注漢字或使用國標(biāo)標(biāo)題欄 將原理圖中的選擇傳遞到PCB中 生成網(wǎng)絡(luò)表,3.2.3原理圖仿真 Protel99 SE的混合信號電路仿真引擎現(xiàn)在與3F5完全兼容，支持所有標(biāo)準(zhǔn)的SPICE模型。電路仿真支持包含模擬和數(shù)字元件的設(shè)計。SimCode（類C語言）用于描述數(shù)字元件的描述。 在Protel99 SE中執(zhí)行仿真，只要簡單地從仿真用元件庫中放置所需的元件，連接好原理圖，加上激勵源，單擊仿真。,3.2.4 PCB設(shè)計 板框?qū)Ш?當(dāng)設(shè)計了原理圖，生成了網(wǎng)表，下一步就要進行PCB設(shè)計。 在“File”下選擇“New”中的“Wizards”在選取“Printed Circuit Board Wizard”，點擊“OK”即可，按照顯示對話框的每一步提示，完成板框設(shè)計,建立PCB文件 要進行PCB設(shè)計，必須有原理圖，根據(jù)原理圖才能畫出PCB圖。 選擇PCB設(shè)計窗口下的“Design”中的“Add/Remove Library”，在對話框上選擇“4 Port Serial Interface.ddb”，在“Design Explorer 99SEExamples”文件夾中選取，點取“Add”，然后“OK”關(guān)閉對話框。 在左側(cè)的導(dǎo)航樹上，打開“4 Port Serial Interface.prj”原理圖文件，選擇“Design”下的“Update PCB”，點取“Apply”，“Update Design”對話框被打開，點取“Execute”選項。 對話框“Confirm Component Associations”對話框?qū)⒈淮蜷_，網(wǎng)絡(luò)連接表列出，選擇應(yīng)用“Apply”更新PCB文件。,層管理 利用Protel99 SE設(shè)計PCB板，信號層可達(dá)到32個，地電層16個，機械層16個。增加層只需運行Designlayer stack manager功能菜單,就可以看到被增加層的位置。,布局設(shè)計 布線的關(guān)鍵是布局，多數(shù)設(shè)計者采用手動布局的形式。 布線設(shè)置 在布線之前先要設(shè)置布線方式和布線規(guī)則。Protel99 SE有三種布線方式：忽略障礙布線（Ignore obstacle），避免障礙布線（Avoid obstacle），推擠布線（Push obstacle）。 我們可以根據(jù)需要選用不同的布線方式，在“Tools”工具菜單下選擇“Preferences”優(yōu)選項中選擇不同的布線方式。也可以使用“SHIFT+R”快捷鍵在三種方式之間切換。,電氣規(guī)則檢查 Protel99 SE提供了很好的檢查工具“DRC”自動規(guī)則檢查 信號完整性分析 在PCB中修改元件封裝 增加焊盤，將焊盤設(shè)置為被選中狀態(tài) 將需要增加的元件恢復(fù)原始圖素； 選ToolsCovertAdd Selected Prmitives to Component； 提問要增加焊盤的元件，確認(rèn)即可,建立新的PCB器件封裝 打開“LCD Controller.ddb”，打開“LCD Controller.pcb”。在“Tools”下選擇“Make Libray”，建立一個新庫文件“LCD controller.lib”,所有PCB中的器件封裝被自動抽取出來，保存在庫文件中。在這個新庫文件中建立器件封裝，點擊 “Browse PCBlib”,可以瀏覽這個庫里現(xiàn)有的元件，創(chuàng)建一個新的元件選擇“Tools”下的“New Component”，彈出一個器件封裝模板，按照提示，可以迅速生成一個我們需要的器件封裝。,生成GERBER文件 打印預(yù)覽 3D顯示 強大的輸入輸出功能,3.2.5 快捷鍵說明 詳看書本P123-126,3.3 PCB設(shè)計規(guī)則 3.3.1 PCB設(shè)計的一般原則 布局 首先，要考慮PCB尺寸大小 再確定特殊元件的位置 根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局,布線 輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行 印制攝導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基扳間的粘附強度和流過它們的電流值決定 印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能,焊盤 圓形焊盤 它的特點是焊盤與引線孔為同心圓結(jié)構(gòu)，多在元器件規(guī)則排列的情況下使用。在設(shè)計時，焊盤不宜過小，因為焊盤太小會在焊接操作時造成脫落。但考慮到印制電路板密度的限制，通常圓形焊盤的外徑一般是引線孔直徑的23倍。,島形焊盤 這種焊盤多在元器件的不規(guī)則排列時使用。 由于焊盤與印制線合為一體，有效地減少了印制導(dǎo)線的長度和數(shù)量，而且由于銅箔面積較大，增強了安裝的可靠性。,矩形焊盤 這種焊盤設(shè)計精度要求不高，結(jié)構(gòu)型是也比較簡單，一般在一些大電流的印制板中采用，這種形式可獲得較大的載流量。而且，由于其制作方便，非常適合在手工制作的印制板中使用。,橢圓形焊盤,不規(guī)則焊盤 除了上面介紹的規(guī)則焊盤外，在印制板焊盤設(shè)計時，常需要根據(jù)電路的實際情況對焊盤進行變換，以適應(yīng)電路的需要。 在實際印制板中，根據(jù)實際電路的需要，還有許多不規(guī)則。焊盤設(shè)計，常見的有淚滴形焊盤、異型孔焊盤、多邊形焊盤等。,3.3.2 PCB設(shè)計中注意的問題 電源、地線的處理 眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線電源線信號線，通常信號線寬為：0.20.3mm,最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá)0.050.07mm,電源線為1.22.5 mm。對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個回路, 即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用)。 數(shù)字電路與模擬電路的共地處理 現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路（數(shù)字或模擬電路），而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。,信號線布在電（地）層上 首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層。因為最好是保留地層的完整性。 大面積導(dǎo)體中連接腿的處理 在大面積的接地（電）中，常用元器件的腿與其連接，對連接腿的處理需要進行綜合的考慮； 兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤，稱之為熱隔離（heat shield）俗稱熱焊盤（Thermal），這樣，可使在焊接時因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點的可能性大大減少。多層板的接電（地）層腿的處理相同。,布線中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用 在許多CAD系統(tǒng)中，布線是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)決定的。 標(biāo)準(zhǔn)元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍數(shù)，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。 設(shè)計規(guī)則檢查（DRC） 布線設(shè)計完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計是否符合設(shè)計者所制定的規(guī)則，同時也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求。,3.3.3 PCB及電路抗干擾措施 電源線設(shè)計 根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時、使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。,地線設(shè)計 地線設(shè)計的原則是: 數(shù)字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點并聯(lián)接地，實際布線有困難時可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而租，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。 接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線用很紉的線條，則接地電位隨電流的變化而變化，使抗噪性能降低。因此應(yīng)將接地線加粗，使它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有可能，接地線應(yīng)在23mm以上。 接地線構(gòu)成閉環(huán)路。只由數(shù)字電路組成的印制板，其接地電路布成團環(huán)路大多能提高抗噪聲能力。,退藕電容配置 PCB設(shè)計的常規(guī)做法之一是在印制板的各個關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)耐伺弘娙荨Ｍ伺弘娙莸囊话闩渲迷瓌t是： 電源輸入端跨接10100uf的電解電容器。如有可能，接100uF以上的更好。 原則上每個集成電路芯片都應(yīng)布置一個0.01pF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每48個芯片布置一個110pF的但電容。 對于抗噪能力弱、關(guān)斷時電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。 電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。,3.4 元器件的封裝 3.4.1定義 封裝，就是指把硅片上的電路管腳,用導(dǎo)線接引到外部接頭處,以便與其它器件連接。封裝形式是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼。 衡量一個芯片封裝技術(shù)先進與否的重要指標(biāo)是芯片面積與封裝面積之比，這個比值越接近1越好。封裝時主要考慮的因素： 芯片面積與封裝面積之比為提高封裝效率，盡量接近1：1； 引腳要盡量短以減少延遲，引腳間的距離盡量遠(yuǎn)，以保證互不干擾，提高性能； 基于散熱的要求，封裝越薄越好。,3.4.2元器件的封裝形式 SOP/SOIC封裝 SOP是英文Small Outline Package的縮寫，即小外形封裝。 DIP封裝 DIP是英文 Double In-line Package的縮寫，即雙列直插式封裝。 PLCC封裝 PLCC是英文Plastic Leaded Chip Carrier的縮寫，即塑封J引線芯片封裝。 TQFP封裝 TQFP是英文thin quad flat package的縮寫，即薄塑封四角扁平封裝。,PQFP封裝 PQFP是英文Plastic Quad Flat Package的縮寫，即塑封四角扁平封裝。 TSOP封裝 TSOP是英文Thin Small Outline Package的縮寫，即薄型小尺寸封裝。 BGA封裝 BGA是英文Ball Grid Array Package的縮寫，即球柵陣列封裝。,3.4.3 protel元件封裝庫總結(jié) PROTEL常用元件封裝： 電阻；無極性電容；電解電容；電位器；二極管等 現(xiàn)在以PROTEL中的DEVICE.LIB庫為例，談?wù)勗骷谠搸熘械姆庋b。晶體管是常用的的元件之一，在DEVICE.LIB庫中，簡簡單單的只有NPN與PNP之分，但實際上，如果它是NPN的2N3055那它有可能是鐵殼子的TO-3，如果它是NPN的2N3054，則有可能是鐵殼的TO-66或TO-5。而晶體管CS9013，有TO-92A，TO-92B，還有TO-5，TO-46，TO-52等等。,3.5 PCB制版工藝 PCB(Printed Circuie Board)印制線路板的簡稱，通常把在絕緣材上，按預(yù)定設(shè)計，制成印制線路、印制元件或兩者組合而成的導(dǎo)電圖形稱為印制電路。而在絕緣基材上提供元器件之間電氣連接的導(dǎo)電圖形，稱為印制線路。這樣就把印制電路或印制線路的成品板稱為印制線路板，亦稱為印制板或印制電路板。,3.5.1 PCB發(fā)展歷史 我國從五十年代中期開始了單面印制板的研制.首先應(yīng)用于半導(dǎo)體收音機中.六十年代中自力更生地開發(fā)了我國的覆箔板基材,使銅箔蝕刻法成為我國PCB生產(chǎn)的主導(dǎo)工藝.六十年代已能大批量地生產(chǎn)單面板,小批量生產(chǎn)雙面金屬化孔印制 ,并在少數(shù)幾個單位開始研制多層板.七十年代在國內(nèi)推廣了圖形電鍍蝕刻法工藝,但由于受到各種干擾,印制電路專用材料和專用設(shè)備沒有及時跟上,整個生產(chǎn)技術(shù)水平落后于國外先進水平.到了八十年代,由于改革、開放政策的批引,不僅引進了大量具有國外八十年代先進水平的單面、雙面、多層印制板生產(chǎn)線,而且經(jīng)過十多年消化、吸收,較快地提高了我國印制電路生產(chǎn)技術(shù)水平。,3.5.2PCB在電子設(shè)備中的地位和功能 PCB是電子工業(yè)重要的電子部件之一，幾乎每種電子設(shè)備,小到電子手表,計算器,大到計算機,通訊電子設(shè)備,軍用的武器系統(tǒng),只要有集成電路等電子元器件,為了它們之間電氣互連,都要使用印制板,3.5.3PCB的特點 可高密度化 高可靠性 可設(shè)計性 可生產(chǎn)性 可測試性 可組裝性 可維護性,3.5.4 PCB的種類 單面板（Single-Sided Boards）：在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，導(dǎo)線則集中在另一面上。 雙面板（Double-Sided Boards）：這種電路板的兩面都有布線。不過要用上兩面的導(dǎo)線，必須要在兩面間有適當(dāng)?shù)碾娐愤B接才行。 多層板（Multi-Layer Boards）：為了增加可以布線的面積，多層板用上了更多單或雙面的布線板。多層板使用數(shù)片雙面板，并在每層板間放進一層絕緣層后黏牢（壓合）。,3.5.5 PCB的制造原理 如果用一塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層或二塊雙面作內(nèi)