項目1單面PCB的設(shè)計與制作-任務(wù)2

多層印制板設(shè)計與制造印制板電路板的設(shè)計與制造項目1單面PCB的設(shè)計與制作—任務(wù)2設(shè)計單面PCB任務(wù)2設(shè)計單面PCB2.1認(rèn)知印制電路板

2.2PCB編輯器的基本用法2.3設(shè)計單面擴音機PCB2.1認(rèn)知印制電路板

一個完整的電路板應(yīng)當(dāng)包括一些具有特定電氣功能的元器件，以及建立起這些元器件電氣連接的銅箔、焊盤及過孔等導(dǎo)電器件。2.1.1印制電路板的作用①提供機械支撐。②實現(xiàn)電氣連接或絕緣。③其他功能。印制電路板為自動裝配提供阻焊圖形，同時也為元器件插裝、檢查和維修提供了識別字符和圖形。

2.1.2印制電路板的組成

（1）焊盤

焊盤用于安裝和焊接元器件引腳的金屬孔，如圖2-1。（2）過孔

用于連接頂層、底層或中間層導(dǎo)電圖件的金屬化孔，如圖2-2。圖2-1圖2-2（3）安裝孔安裝孔主要用來將電路板固定到機箱上，其中安裝孔可以用焊盤制作而成。（4）元器件元器件這里指的是元器件封裝，一般由元器件的外形和焊盤組成。（5）導(dǎo)線導(dǎo)線用于連接元器件引腳的電氣網(wǎng)絡(luò)銅箔。

（6）接插件接插件屬于元器件的一種，主要用于電路板之間或電路板與其他元器件之間的連接。

（7）電路板邊界指的是定義在機械層和禁止布線層上的電路板的外形尺寸制板。2.1.3印制板的種類1.單面板

即只有一面敷銅而另一面沒有敷銅的電路板，通常元器件放置在沒有敷銅的一面，敷銅的一面主要用于布線和焊接，如圖2-3。

圖2-32.雙面板兩個面都敷銅的電路板，通常稱一面為頂層（TopLayer），另一面為底層（BottomLayer）。一般將頂層作為放置元器件面，底層作為元器件焊接面。

圖2-43.多層板多層板（MultiLayerPCB），即包含多個工作層面的電路板，除了頂層和底層外還包含若干個中間層，通常中間層可作為導(dǎo)線層、信號層、電源層和接地層等。層與層之間相互絕緣，層與層的連接通常通過孔來實現(xiàn)。

圖2-52.1.4元器件的封裝所謂元器件封裝，是指元器件焊接到電路板上時，在電路板上所顯示的外形和焊點位置的關(guān)系。

2.2.1PCB設(shè)計流程PCB的設(shè)計的基本流程如圖2-10所示。2.2.2啟動PCB編輯器

方法一：執(zhí)行“File”（文件）菜單→“New”→“PCB”創(chuàng)建PCB文件。方法二：用鼠標(biāo)右鍵單擊項目文件名，在彈出的菜單中選擇“AddNewtoProject”→“PCB”新建PCB文件。打開的界面如圖2-11。圖2-10圖2-112.2.3規(guī)劃電路板

1．PCB環(huán)境參數(shù)設(shè)置

PCB的環(huán)境參數(shù)設(shè)置與原理圖設(shè)置相似，通過參數(shù)設(shè)置，可使操作更加靈活方便。2．電路板類型設(shè)置

設(shè)計者要根據(jù)實際需要，設(shè)置電路板的層數(shù)，如單面板、雙面板或多層板。執(zhí)行菜單命令“Design”（設(shè)計）→“LayerStackManager”（層棧管理），打開圖層堆棧管理對話框。設(shè)計者可以選擇電路板的類型或設(shè)置電路板的工作層面。3.工作層面設(shè)置

執(zhí)行菜單命令“Design”（設(shè)計）→“BoardLayers&Color”（板層顏色）或?qū)⑹髽?biāo)放置在工作區(qū)單擊鍵盤上“L”鍵，彈出板層與顏色設(shè)置對話框，對于層面顏色采用默認(rèn)設(shè)置，并單擊所有設(shè)置下方的“UseOn”（使用的打開）按鈕。4．電路板外形設(shè)置

電路板的外形主要包括其物理邊界和電氣邊界的確定。

理論上，物理邊界定義在機械層（MechanicalLayer），電氣邊界定義在禁止布線層（KeepOutLayer），但在實際操作中，通常認(rèn)為物理邊界與電氣邊界是重合的，所以在規(guī)劃邊界時只規(guī)劃電路板的電氣邊界。電路板外形規(guī)劃操作步驟如下：①在圖2-11中單擊窗口下方的“KeepOutLayer”(禁線層)標(biāo)簽，將當(dāng)前工作層面切換到禁止布線層。②執(zhí)行菜單命令“Place”→“Line”（線），或單擊畫線工具欄上的第1個按鈕，鼠標(biāo)指針變成十字形狀，此

時可根據(jù)電路板形狀要求畫出其電氣邊界。③單擊右鍵退出當(dāng)前狀態(tài)。畫出電氣邊界的電路板如圖2-14所示。5．放置安裝孔

電路板的安裝孔即用來固定電路板的螺釘安裝孔，其大小要根據(jù)實際需要及螺釘?shù)拇笮〈_定。

圖2-14放置安裝孔的操作步驟如下：①執(zhí)行菜單命令“Place”（放置）→“Pad”（焊盤），或單擊放置工具欄上的第4個按鈕，此時鼠標(biāo)指針變成十字形狀，且粘有一個焊盤。②按Tab鍵打開焊盤屬性對話框，如圖2-15所示。③設(shè)置完成后，單擊OK按鈕，返回放置焊盤狀態(tài)，在電路板的合適位置放置安裝孔即可，如圖2-16所示。

圖2-15圖2-162.2.4裝載網(wǎng)絡(luò)表

這里以多諧振蕩器原理圖“多諧振蕩器.SchDoc”為例介紹導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表的方法。①打開“多諧振蕩器.SchDoc”文件，使之處于當(dāng)前窗口中，同時應(yīng)保證“多諧振蕩器.PcbDoc”文件與處于打開狀態(tài)。②執(zhí)行“Design”→“UpdatePCB多諧振蕩器.PcbDoc”菜單命令，系統(tǒng)將對原理圖和PCB圖的網(wǎng)絡(luò)報表進行比較并彈出一個“EngineeringChangeOrder”對話框，如圖2-17所示。

圖2-17③單擊按鈕，系統(tǒng)將掃描所有的改變，看能否在PCB上執(zhí)行所有的改變。④進行合法性校驗后，單擊按鈕，系統(tǒng)將完成網(wǎng)絡(luò)表的導(dǎo)入，同時在每一項的“Done”（完成）欄顯示標(biāo)記導(dǎo)入成功。2.2.5元器件布局

元件布局的基本原則（1）元件放置的層面：單面板元件一律放在頂層；雙面板或多層板元件絕大多數(shù)放在頂層，個別元件如有特殊需要可以放在底層。（2）元件的布局應(yīng)考慮到元件之間的連接特性，先確定特殊元件的位置，然后根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。（3）特殊元件的布局。（4）根據(jù)電路的功能單元對電路的全部元器件進行布局。

（5）電路板上發(fā)熱較多的元件應(yīng)考慮加散熱片或風(fēng)扇等散熱裝置。（6）注意IC座定位槽的放置方向，應(yīng)保證其方向與IC座的方向一致。（7）盡量做到元件排列、分布合理均勻，布局整齊、美觀。2．元器件布局方法

元件布局的方法主要有自動布局、手動布局和交互式布局三種。多諧振蕩器的布局結(jié)果如圖2-20所示。

圖2-202.2.6布線1．布線的基本原則

①輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，最好加線間地線，以免發(fā)生反饋耦合。②印制導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的粘附強度和流過它們的電流決定。當(dāng)然，只要允許，還是盡可能用寬線，尤其是電源線和地線，一般情況下要比其它導(dǎo)線寬。③導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。④導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形或120°左右的夾角，而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。⑤盡量避免使用大面積銅箔，否則，長時間受熱時，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時，最好用柵格狀，這樣有利于散熱，防止產(chǎn)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。2.布線的規(guī)則設(shè)置（1）“Clearance”（安全間距規(guī)則）設(shè)置單擊“Design”→“Rule”。打開“PCBRuleandConstraintsEditor”對話框，單擊“Electrical”選項下的“Clearance”。安全間距通常設(shè)置在10~20mil。如圖2-21。圖2-21（2）“Width”（線寬）設(shè)置線寬的設(shè)置規(guī)則是：地線寬度＞電源線寬度＞信號=這里我們以電源線寬度為30mil，地線線寬35mil，信號線為12mil為例進行設(shè)置。鼠標(biāo)右鍵單擊“Routing”（走線）下方的“Width”，系統(tǒng)彈出線寬規(guī)則添加與刪除菜單，選擇“NewRule”新建布線規(guī)則“Width_1”。在“WhereTheFirstObjectMatches”（第一匹配對象的位置）區(qū)域的“Net”（網(wǎng)絡(luò)下拉列表中選擇）“GND”網(wǎng)絡(luò)。在“Constraints”（約束）區(qū)域內(nèi)將最大線寬“MaxWidth”、優(yōu)選線寬“PreferredWidth”和最小線寬“MinWidth”均設(shè)為35mil，如圖2-23所示。用同樣方法新建規(guī)則“Width_2”，將“VCC”網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為30mil。

圖2-233.手動布線選擇繪制導(dǎo)線的層次，如“BottomLayer”，然后單擊畫線工具欄上第一個按鈕，開始繪制導(dǎo)線。導(dǎo)線的拐角一般是45°或者是圓弧，導(dǎo)線要繪制到焊盤的中心。如圖2-24所示。布線結(jié)果如圖2-25。

圖2-24圖2-252.2.7打印輸出

1．打印PCB文件

（1）頁面設(shè)置如圖2-26所示。

圖2-26（2）打印屬性設(shè)置，如圖2-27。（3）打印

圖2-272．生成Gerber文件

（1）“General”（常規(guī)）選項卡，如圖2-29所示。（2）“Layer”（層）選項卡，如圖2-30。

圖2-29圖2-30（3）“DrillingDrawing”（鉆孔圖）選項卡，如圖2-31。（4）“Apertures”（光圈）選項卡圖2-312.3設(shè)計單面擴音機PCB2.3.1創(chuàng)建PCB文件規(guī)劃電路板

1.創(chuàng)建PCB文件

2.PCB環(huán)境參數(shù)設(shè)置按照圖2-32所示設(shè)置電路板。3.單面板工作層設(shè)置執(zhí)行菜單命令Design→BoardLayers&Color圖2-32彈出板層與顏色設(shè)置對話框，然后按照圖2-33設(shè)置要顯示的工作層。單面板主要顯示BottomLayer（底層）、TopOverlay（頂層絲印）、KeepOutLayer（禁線層）和Multi-Layer（多層）。圖2-334.電路板外形設(shè)置①單擊PCB主界面窗口下方的“KeepOutLayer”標(biāo)簽,將當(dāng)前工作層面切換到禁止布線層。②單擊繪圖工具按鈕右側(cè)的下拉列表，選擇原點設(shè)置按鈕

,在電路板左下角單擊確定原點位置。③執(zhí)行菜單命令Place→Line,按照圖2-34所示尺寸繪制電路板形狀。5.放置安裝孔2.3.2添加封裝并裝載網(wǎng)絡(luò)表1.元器件添加封裝按照表2-1為元器件添加封裝。圖2-34

Designator(編號)Comment(注釋)Footprint(封裝)C14700uFCDC2,C3,C5,C6,C7,C8105C-5C4,C10,C11,C14,C15470uFCD3.0C9,C1310uFC12,C16104C-5D1,D2,D3,D41N4007VDD5,D6,D7,D81N41481N4148LS1,LS2Speaker揚聲器1P1,P2BNCBNCQ1,Q42SC1815BCY-W3/E4（自帶，不用添加）Q2,Q5TIP41TIP41/42Q3,Q6TIP42R1,R5,R6,R101KAXIAL-0.4（自帶，不用添加）R2,R3,R7,R8,R11,R1810KR4,R9100KR12,R192KR13,R241R14,R2047KR17,R2510R15,R16,R22,R230.50.5W電位器U1MC7812ACT7805U2NE5532JGJG008（自帶，不用添加）VR1,VR250K電位器2VR322K電位器1VR4,VR550K表2-12.裝載網(wǎng)絡(luò)表①打開“功放.SchDoc”文件，使之處于當(dāng)前窗口中，同時應(yīng)保證“功放.PcbDoc”文件已處于打開狀態(tài)。②執(zhí)行菜單命令“Design”→“UpdatePCB功放.PcbDoc”，在系統(tǒng)彈出的“EngineeringChange

Order”（工程變更順序）對話框中按鈕，系統(tǒng)將掃描所有的改變，看能否在PCB上執(zhí)行所有的改變。隨后在對應(yīng)的“Check”（檢查）欄中顯示標(biāo)記。③進行合法性校驗后，單擊按鈕，系統(tǒng)將完成網(wǎng)絡(luò)表的導(dǎo)入，同時在每一項的“Done”（完成）欄顯示標(biāo)記導(dǎo)入成功。如圖2-38所示。圖2-382.3.3擴音機PCB布局?jǐn)U音機在布局時，除遵循基本原則外，還應(yīng)按照以下要求布局：①擴音機在布局時，應(yīng)將音頻輸入端子P1、P2和揚聲器LS1、LS2放置在電路板的邊緣，同時兩者應(yīng)相互遠離，防止輸入信號和輸出信號中間相互干擾。②音量調(diào)節(jié)電位器VR1、VR2也要放置在電路板的邊緣，這樣有利于手動調(diào)節(jié)音量。③電解電容要遠離發(fā)熱元件，因為發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量長時間烘烤電解電容使其內(nèi)部電解液減少，容量減小。例如電解電容C1要遠離帶散熱片的功放管Q2、Q3、Q5、Q6。④布局時，盡量將元器件的焊盤放置在網(wǎng)格的交叉點上。這樣在布線時，不容⑤元器件的編號不要放置在焊盤上。因為元器件的編號屬于絲印層，若放在焊盤上，會影響焊接質(zhì)量，導(dǎo)致焊點虛焊。擴音機PCB的布局參考如圖2-39所示。圖2-392.3.4擴音機PCB布線1.布線前的規(guī)則設(shè)置（1）“Clearance”（安全間距規(guī)則）設(shè)置將此選項設(shè)置為0.254mm。（2）“Width”（線寬）設(shè)置按照前述方法，進行“GND”網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，其最大線寬“MaxWidth”為2mm、優(yōu)選線寬“PreferredWidth”為1.5mm，最小線寬“MinWidth”為1mm；將“12V和18V”網(wǎng)絡(luò)的最大線寬設(shè)置為2mm，優(yōu)選線寬設(shè)置為1mm，最小線寬設(shè)置為1mm。其余信號線的線寬均設(shè)置為0.8mm。2.手工布線擴音機采用手工布線，完成布線后，我們還要對整個的布線圖進行加粗，加粗后的布線如圖2-47所示。圖2-472.3.5設(shè)計規(guī)則校驗（DRC）按照介紹的方法對設(shè)計完成的PCB進行DRC。校驗之前，先按照圖2-49、2-50進行設(shè)置。圖2-49設(shè)置完畢，單擊“RunDesignRuleCheck”按鈕，開始運行批處理DRC。運行結(jié)束后，系統(tǒng)在當(dāng)前項目的“Documents”文件夾下，自動生成網(wǎng)頁形式的設(shè)計規(guī)則校驗報告“DesignRuleCheck-MCU.html”，并顯示在工作窗口中，如圖2-51所示。圖2-502.3.6生成Gerber文件

PCB布線完成后，