印制電路板設(shè)計初步.ppt

1、第5章印刷電路板的初步設(shè)計，5.1印刷電路板的基本設(shè)計，5.2 Protel99印刷電路板的啟動和窗口理解，5.3單面印刷電路板Protel 99印刷電路板手工設(shè)計的基本操作，5.1印刷電路板的基本設(shè)計，也稱為印刷電路板或印刷電路板，通過印刷電路板上的印刷導(dǎo)線、焊盤和金屬化過孔實現(xiàn)元件和引腳之間的電連接。因為導(dǎo)電圖案(例如元件引腳焊盤、印刷線路、過孔等。)和說明文字(如元件輪廓、序列號、型號)都是通過印刷方法實現(xiàn)的，它們被稱為印刷電路板。通過一定的工藝，在具有高絕緣性能的基板上覆蓋一層導(dǎo)電性好的銅膜，構(gòu)成了生產(chǎn)印刷電路板的必要材料。根據(jù)電路要求，在覆銅板上刻蝕導(dǎo)電圖形，鉆出元器件引腳的安裝孔、

2、電氣互連的通孔和固定整個電路板的螺孔，從而得到電子產(chǎn)品所需的印刷電路板。5.1.1印刷電路板和結(jié)構(gòu)有很多種。根據(jù)導(dǎo)電層數(shù)，印刷電路板可分為單面電路板(簡稱單板)、雙面電路板(簡稱雙面)和多層電路板；根據(jù)覆銅板基材的不同，印制板可分為兩類：紙覆銅板和玻璃布覆銅板。此外，基于柔性塑料的印刷板被稱為柔性印刷板，通常用作印刷電纜。單一面板的結(jié)構(gòu)如圖5-1(a)所示。所用的覆銅層壓板只有一個覆銅面，另一面是空白的，因此只能在覆銅面上制作導(dǎo)電圖案。單個面板上的導(dǎo)電圖案主要包括用于固定和連接元件引腳的焊盤以及用于互連元件引腳的印刷線路。這個表面被稱為“焊接表面”，在Protel99印刷電路板編輯器中被稱為“

3、底層”。銅薄膜沒有放置元件的一面，所以這一面稱為“元件面”，在Protel99印刷電路板編輯器中稱為“頂層”。(a)圖5-1單面、雙面和多面印刷電路板部分，(b)圖5-1單面、雙面和多面印刷電路板部分，(c)圖5-1單面、雙面和多面印刷電路板部分。雙層面板的結(jié)構(gòu)如圖5-1(b)所示，基板的上下兩面都覆蓋有銅箔。因此，上表面和下表面包含導(dǎo)電圖案，并且除了焊盤和印刷線路之外，導(dǎo)電圖案還具有用于連接上印刷線路和下印刷線路的金屬化過孔。在雙面板中，元件僅安裝在一個表面上，該表面也稱為“元件表面”，而另一個表面稱為“焊接表面”。在雙面板中，需要制作連接上下印刷導(dǎo)線的金屬化過孔，這比單面板具有更多的生產(chǎn)工

4、藝和更高的成本。隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，元器件的集成度越來越高，引腳的數(shù)量迅速增加，電路圖中元器件的連接關(guān)系也越來越復(fù)雜。此外，設(shè)備的工作頻率越來越高，雙面板已經(jīng)不能滿足布線和電磁屏蔽的要求，于是出現(xiàn)了多層板。在多層板中，導(dǎo)電層的數(shù)量通常為4、6、8、10等。例如，在四層板中，上層和下層是信號層(信號線布線層)，在上層和下層之間有電源層和接地層，如圖5-1(c)所示。在多層板中，可以充分利用電路板的多層結(jié)構(gòu)來解決電磁干擾問題，提高電路系統(tǒng)的可靠性；目前，計算機設(shè)備，如主板、內(nèi)存模塊、顯示卡等。由于布線層數(shù)多，布線方便，配線率高，連接短，印刷電路板面積小，所以采用4層或6層印刷電路板。在多層

5、電路板中，各層之間的電連接是通過元件引腳焊盤和金屬化過孔實現(xiàn)的。除了元件引腳焊盤孔之外，用于實現(xiàn)不同層之間的電互連的金屬化通孔應(yīng)該被預(yù)先選擇例如，在元件表面上的印刷導(dǎo)線與電源層連接的金屬化通孔中，為了避免與接地層連接，通孔穿過的接地層上缺少大于通孔的銅環(huán)(這可以通過蝕刻工藝容易地實現(xiàn))。5.1.2印刷電路板材料根據(jù)覆銅板基材的不同，印刷電路板可分為兩類：紙覆銅板和玻璃布覆銅板。它們都是通過用粘合樹脂將紙或玻璃布粘在一起，然后加熱加壓制成的。目前，常用的粘接樹脂主要有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂和聚四氟乙烯樹脂。用酚醛樹脂粘合的紙覆銅層壓板稱為覆銅酚醛紙層壓板，其特點是成本低，主要用作收音機、電視機等電子

6、設(shè)備的印刷電路板。用環(huán)氧樹脂粘合的紙覆銅層壓板稱為覆銅環(huán)氧紙層壓板。覆銅環(huán)氧紙層壓板的電氣和機械性能優(yōu)于覆銅酚醛紙層壓板，主要用于收音機、電視機等低頻電子設(shè)備。用環(huán)氧樹脂粘接的玻璃布覆銅層壓板稱為覆銅環(huán)氧玻璃布層壓板。這是目前使用最廣泛的印刷電路板材料之一。它具有良好的電氣和機械性能，耐熱性和良好的尺寸穩(wěn)定性，并可在較高的溫度下使用。因此，它被廣泛用作各種電子設(shè)備和儀器的印刷電路板。用聚四氟乙烯樹脂粘合的玻璃布覆銅層壓板稱為覆銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板。由于其良好的介電性能(介電損耗小、介電常數(shù)低)、耐高溫(工作溫度范圍寬)、耐潮濕(可用于潮濕環(huán)境)、耐酸堿(即高化學(xué)穩(wěn)定性)，是制作高頻和微波電

7、子設(shè)備印刷電路板的理想材料，但價格相對較高。5.2 Protel99 PCB啟動和窗口識別，在Protel99狀態(tài)下，點擊“文件”菜單下的“新建”命令，然后雙擊窗口中的“PCB文檔”文件圖標(biāo)，如圖1-6所示，可以創(chuàng)建一個新的PCB文件并打開PCB編輯器。當(dāng)然，如果設(shè)計文件包(。直接點擊“設(shè)計文件管理器”窗口中相應(yīng)文件夾下的印刷電路板文件圖標(biāo)，打開印刷電路板編輯器，進(jìn)入相應(yīng)印刷電路板文件的編輯狀態(tài)。Protel99 PCB的編輯窗口如圖5-2所示，菜單欄包含“文件”、“編輯”、“查看”、“放置”、“設(shè)計”、“工具”、“自動布線”等。這些圖5-2 Protel99印刷電路板編輯器窗口類似于電氣原理

8、圖編輯器。在印刷電路板的編輯和設(shè)計過程中，除了菜單命令外，印刷電路板編輯器還以工具欄中工具按鈕的形式列出了一系列常用的菜單命令。用鼠標(biāo)點擊工具欄上的“工具”按鈕，快速執(zhí)行相應(yīng)的操作。印刷電路板編輯器提供主工具欄和放置工具欄(窗口)。如果需要，可以通過“視圖”菜單下的“工具欄”命令打開或關(guān)閉這些工具欄(窗口)(默認(rèn)情況下，兩個工具欄都是打開的)。主工具欄(窗口)中相關(guān)工具的功能與SCH編輯器主工具欄中的功能相同或相似，因此這里不再介紹。將工具名稱放在工具欄中，如圖5-3所示。圖5-3將工具放在工具窗口中。啟動后，顯示在印刷電路板編輯區(qū)的網(wǎng)格線是第二條網(wǎng)格線，尺寸為1000密耳，即25.4毫米。顯

9、示當(dāng)前打開的工作層和編輯區(qū)下方的當(dāng)前工作層。瀏覽電路板上顯示的信息和按鈕類型與瀏覽的對象相關(guān)，如圖5-4所示。單擊瀏覽對象選擇框的下拉按鈕，選擇相應(yīng)的瀏覽對象，如庫、組件、網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)類和組件類圖5-4不同瀏覽對象對應(yīng)的瀏覽窗口。瀏覽對象的選擇與當(dāng)前操作狀態(tài)相關(guān)。例如，手工放置組件包裝圖紙時，可以選擇“庫”作為瀏覽對象(如圖5-2所示)；在手工調(diào)整組件布局的過程中，可以選擇“組件”作為瀏覽對象；在手動接線調(diào)整過程中，可以選擇“網(wǎng)”(節(jié)點)作為瀏覽對象；在組件組管理操作過程中(如添加或刪除組中的組件)，可以選擇“組件類”作為瀏覽對象；在節(jié)點組管理操作過程中(如添加或刪除組中的節(jié)點)，可以選擇“網(wǎng)絡(luò)

10、類”作為瀏覽對象；糾正設(shè)計錯誤時，您可以選擇“違規(guī)”作為瀏覽對象。也可以移動工具欄在印刷電路板編輯器中的位置，例如，將鼠標(biāo)移動到工具欄上的空白位置，按下鼠標(biāo)左鍵并移動鼠標(biāo)來移動工具欄位置。當(dāng)工具欄被移動到工作區(qū)時，它將自動成為一個“工具窗口”；相反，當(dāng)您將工具窗口移動到工作區(qū)的邊界時，它將自動成為工具欄。在Protel99印刷電路板編輯器中，您可以選擇英制(mil)或公制(mm)長度測量單位，它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：1 mil=0.0254mm 10 mil=0.254mm 100 mil=2.54mm 1000 mil(1英寸)=25.4 mm，5.3單面印刷電路板Protel99印刷電路板

11、手工設(shè)計的基本操作。為了理解印刷電路板編輯器的基本概念，掌握印刷電路板設(shè)計的基本操作方法，以下以圖2-35所示的印刷電路板為例，介紹Protel99印刷電路板編輯器的基本操作。圖2-35所示的電路非常簡單，只有少量的元件，因此可以使用一個面板。假設(shè)元件尺寸不大，電路板尺寸為2000 mil1500 mil(相當(dāng)于50.8 mm38.1 mm)。5.3.1工作參數(shù)的設(shè)置和電路板尺寸規(guī)劃1。設(shè)置工作層執(zhí)行“設(shè)計”菜單下的“選項”命令，在彈出的“文檔選項”窗口中點擊“層”選項卡(如圖5-5所示)，選擇工作層。在圖5-5中選擇PCB編輯器的工作層，每一層的含義如下：1)信號層Protel 199 PC

12、B編輯器最多支持以下1)信號層：頂層，又稱元件表面，是元件的安裝面。在單個面板中，不允許在元件平面中布線，僅在雙面或多面板中，元件平面中允許少量布線。在單個面板中，因為在元件表面中沒有印刷導(dǎo)線，所以表面安裝元件只能安裝在焊料表面上；在多面板系統(tǒng)中，包括表面貼裝元件在內(nèi)的所有元件都應(yīng)盡可能安裝在元件表面，但表面貼裝元件也可以安裝在焊接表面。底部，即底層，也稱為焊接表面，主要用于布線。焊接面是單板中唯一可用的布線層，也是雙面和多面的主布線層。Mid1Mid14是中間信號層，主要用于放置信號線。只有5層以上的電路板才需要在中間信號層布線。2)內(nèi)部平面Protel99印刷電路板編輯器最多支持4個內(nèi)部電

13、源/接地平面，主要用于放置電源/接地網(wǎng)絡(luò)。在具有三層或更多層的電路板中，信號層中需要與電源或地線連接的印刷線可以通過元件引腳焊盤或過孔與內(nèi)部電源/地線層連接，從而大大減小了電源/地線的連接長度。另一方面，在多層電路板中，充分利用地線層來屏蔽電路板上容易受到輻射或干擾的部分。在單面板和雙面板中，電源線/地線與信號線在同一層，因此沒有內(nèi)部電源線/地線。3)機械層機械層無電特性，主要用于放置電路板的一些關(guān)鍵部位的標(biāo)注尺寸信息、印刷電路板的框架以及電路板生產(chǎn)過程中所需的對準(zhǔn)孔(但將大功率元件固定在印刷電路板上所需的螺孔以及安裝固定電路板所需的螺孔一般以隔離墊的形式出現(xiàn)，因此墊的銅環(huán)可以作為墊片使用。此

14、外，對于需要接地的，如三端穩(wěn)壓器散件的固定螺絲孔墊，可以直接放置在接地網(wǎng)的節(jié)點處)印刷時，經(jīng)常與其他層重疊對齊。Protel99允許同時使用4個機械層，但通常只需要12個機械層。例如，對準(zhǔn)孔、印刷電路板框架等。被放置在機械層4中(機械層4)(當(dāng)印刷時，通常需要與其他層重疊以進(jìn)行對準(zhǔn))；但是，注釋大小、注釋文本等。被放置在機械層1中，因此在印刷時不需要重疊印刷。4)鉆孔圖層該圖層主要用于繪制鉆孔地圖和鉆孔位置信息。5)絲印通過絲網(wǎng)印刷將元件形狀、序列號等說明性文字印刷在元件表面或焊料表面，以方便今后電路板生產(chǎn)過程中的插件(包括表面封裝元件貼片)和產(chǎn)品維護(hù)操作。絲網(wǎng)印刷層通常放置在頂部。對于故障率

15、高、需要經(jīng)常維護(hù)的電子產(chǎn)品，如電視機、電腦顯示器、打印機等主板，可以在元器件表面和焊料表面設(shè)置絲網(wǎng)印刷層。6)阻焊膜設(shè)置阻焊膜的目的是防止焊錫粘在連接線、填充區(qū)、鍍銅區(qū)和其他波峰焊時不需要焊接的地方。在電路板上，除了要焊接的地方(主要是元件引腳焊盤和連接焊盤)之外，還涂有一層阻焊漆(通常為綠色或黃色)。7)焊膏掩模設(shè)置焊膏層的目的是便于表面安裝部件的安裝。隨著集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，電子產(chǎn)品的體積越來越小，傳統(tǒng)的穿通集成電路芯片的封裝方法，如雙列直插式(DIP)、單直插式(SIP)、針柵陣列(PGA)等。顯然已經(jīng)不能滿足電子產(chǎn)品小型化和微型化的要求。8)其它圖5-5中的“其它”設(shè)置框包括以下項

16、目：遮擋層，即禁止布線層。多層，允許或禁止在屏幕上顯示每一層的信息?？梢娋W(wǎng)格，打開/關(guān)閉可見網(wǎng)格線(點)。焊盤孔，焊盤孔顯示開/關(guān)。通孔，金屬化通孔的孔徑顯示開/關(guān)?？的?，“飛行線路”顯示開/關(guān)。數(shù)字參考控制錯誤，設(shè)計規(guī)則檢查開啟/關(guān)閉。2。設(shè)置可視化網(wǎng)格的大小和網(wǎng)格的鎖定距離，執(zhí)行“設(shè)計”菜單下的“選項”命令，在彈出的“文檔選項”窗口中點擊“選項”選項卡(如圖5-6所示)，選擇可視化網(wǎng)格的大小、形狀和鎖定網(wǎng)格距離。圖5-6設(shè)置印刷電路板編輯區(qū)可見網(wǎng)格的大小。第一組可見網(wǎng)格間距的默認(rèn)值為20密耳，第二組可見網(wǎng)格間距的默認(rèn)值為1000密耳；可見的網(wǎng)格形狀可以是線或點的形式。電網(wǎng)閉鎖距離為20密耳，電網(wǎng)自動搜索范圍的默認(rèn)值為8密耳。在主要由集成電路組成的電路板中，為了便于集成電路引腳之間的布線，可以將柵極鎖定距離設(shè)置為10密耳，