ch03付蔚电子工艺基础北航出版社课件

电子工艺基础

付蔚第3章

绘图原理及PCB制版工艺第3章绘图原理及PCB制版工艺

3.1

Protel99SE内容简介3.2Protel99SE简明使用方法3.3PCB设计规则3.4元器件的封装3.5PCB制板工艺3.1Protel99SE内容简介

现今的PROTEL发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100％布通率。3.2.2原理图设计新建设计数据库文件打开和管理设计数据库观看多个设计文档多图纸设计原理图连线设计检查原理图电性能可靠性同步设计建立材料清单在原理图上标注汉字或使用国标标题栏将原理图中的选择传递到PCB中生成网络表3.2.3原理图仿真Protel99SE的混合信号电路仿真引擎现在与3F5完全兼容，支持所有标准的SPICE模型。电路仿真支持包含模拟和数字元件的设计。SimCode（类C语言）用于描述数字元件的描述。在Protel99SE中执行仿真，只要简单地从仿真用元件库中放置所需的元件，连接好原理图，加上激励源，单击仿真。3.2.4PCB设计板框导航当设计了原理图，生成了网表，下一步就要进行PCB设计。在“File”下选择“New”中的“Wizards”在选取“PrintedCircuitBoardWizard”，点击“OK”即可，按照显示对话框的每一步提示，完成板框设计层管理利用Protel99SE设计PCB板，信号层可达到32个，地电层16个，机械层16个。增加层只需运行\\Design\layerstackmanager功能菜单,就可以看到被增加层的位置。布局设计布线的关键是布局，多数设计者采用手动布局的形式。布线设置在布线之前先要设置布线方式和布线规则。Protel99SE有三种布线方式：忽略障碍布线（Ignoreobstacle），避免障碍布线（Avoidobstacle），推挤布线（Pushobstacle）。我们可以根据需要选用不同的布线方式，在“Tools”工具菜单下选择“Preferences”优选项中选择不同的布线方式。也可以使用“SHIFT+R”快捷键在三种方式之间切换。电气规则检查Protel99SE提供了很好的检查工具“DRC”自动规则检查信号完整性分析在PCB中修改元件封装增加焊盘，将焊盘设置为被选中状态将需要增加的元件恢复原始图素；选\Tools\Covert\AddSelectedPrmitivestoComponent；提问要增加焊盘的元件，确认即可生成GERBER文件打印预览3D显示强大的输入输出功能3.2.5快捷键说明

详看书本P123-1263.3PCB设计规则3.3.1PCB设计的一般原则布局首先，要考虑PCB尺寸大小再确定特殊元件的位置根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局焊盘圆形焊盘它的特点是焊盘与引线孔为同心圆结构，多在元器件规则排列的情况下使用。在设计时，焊盘不宜过小，因为焊盘太小会在焊接操作时造成脱落。但考虑到印制电路板密度的限制，通常圆形焊盘的外径一般是引线孔直径的2~3倍。岛形焊盘这种焊盘多在元器件的不规则排列时使用。由于焊盘与印制线合为一体，有效地减少了印制导线的长度和数量，而且由于铜箔面积较大，增强了安装的可靠性。矩形焊盘这种焊盘设计精度要求不高，结构型是也比较简单，一般在一些大电流的印制板中采用，这种形式可获得较大的载流量。而且，由于其制作方便，非常适合在手工制作的印制板中使用。不规则焊盘除了上面介绍的规则焊盘外，在印制板焊盘设计时，常需要根据电路的实际情况对焊盘进行变换，以适应电路的需要。在实际印制板中，根据实际电路的需要，还有许多不规则。焊盘设计，常见的有泪滴形焊盘、异型孔焊盘、多边形焊盘等。3.3.2PCB设计中注意的问题电源、地线的处理众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5mm。对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路,即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)。数字电路与模拟电路的共地处理现在有许多PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。信号线布在电（地）层上首先应考虑用电源层，其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。大面积导体中连接腿的处理在大面积的接地（电）中，常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进行综合的考虑；兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘，称之为热隔离（heatshield）俗称热焊盘（Thermal），这样，可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电（地）层腿的处理相同。3.3.3PCB及电路抗干扰措施电源线设计

根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。地线设计地线设计的原则是:①数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。②接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在2~3mm以上。③接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。3.4.2元器件的封装形式SOP/SOIC封装SOP是英文SmallOutlinePackage的缩写，即小外形封装。DIP封装DIP是英文DoubleIn-linePackage的缩写，即双列直插式封装。PLCC封装PLCC是英文PlasticLeadedChipCarrier的缩写，即塑封J引线芯片封装。TQFP封装TQFP是英文thinquadflatpackage的缩写，即薄塑封四角扁平封装。PQFP封装PQFP是英文PlasticQuadFlatPackage的缩写，即塑封四角扁平封装。TSOP封装TSOP是英文ThinSmallOutlinePackage的缩写，即薄型小尺寸封装。BGA封装BGA是英文BallGridArrayPackage的缩写，即球栅阵列封装。3.4.3protel元件封装库总结PROTEL常用元件封装：电阻；无极性电容；电解电容；电位器；二极管等现在以PROTEL中的DEVICE.LIB库为例，谈谈元器件在该库中的封装。晶体管是常用的的元件之一，在DEVICE.LIB库中，简简单单的只有NPN与PNP之分，但实际上，如果它是NPN的2N3055那它有可能是铁壳子的TO-3，如果它是NPN的2N3054，则有可能是铁壳的TO-66或TO-5。而晶体管CS9013，有TO-92A，TO-92B，还有TO-5，TO-46，TO-52等等。3.5PCB制版工艺 PCB(PrintedCircuieBoard)印制线路板的简称，通常把在绝缘材上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板，亦称为印制板或印制电路板。3.5.1PCB发展历史

我国从五十年代中期开始了单面印制板的研制.首先应用于半导体收音机中.六十年代中自力更生地开发了我国的覆箔板基材,使铜箔蚀刻法成为我国PCB生产的主导工艺.六十年代已能大批量地生产单面板,小批量生产双面金属化孔印制,并在少数几个单位开始研制多层板.七十年代在国内推广了图形电镀蚀刻法工艺,但由于受到各种干扰,印制电路专用材料和专用设备没有及时跟上,整个生产技术水平落后于国外先进水平.到了八十年代,由于改革、开放政策的批引,不仅引进了大量具有国外八十年代先进水平的单面、双面、多层印制板生产线,而且经过十多年消化、吸收,较快地提高了我国印制电路生产技术水平。3.5.2PCB在电子设备中的地位和功能 PCB是电子工业重要的电子部件之一，几乎每种电子设备,小到电子手表,计算器,大到计算机,通讯电子设备,军用的武器系统,只要有集成电路等电子元器件,为了它们之间电气互连,都要使用印制板3.5.3PCB的特点可高密度化高可靠性可设计性可生产性可测试性可组装性可维护性3.5.4PCB的种类单面板（Single-SidedBoards）：在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。双面板（Double-SidedBoards）：这种电路板的两面都有布线。不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。多层板（Multi-LayerBoards）：为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。多层板使用数片双面板，并在每层板间放进一层绝缘层后黏牢（压合）。3.5.5PCB的制造原理

如果用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印制线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印制线路板就成为四层、六层印制电路板了，也称为多层印制线路板。现在已有超过100层的实用印制线路板了。3.5.6PCB的制造方法PCB制造方法之减成法：这是最普遍采用的方法PCB制造方法，即在敷铜板上，通过光化学法，网印图形转移或电镀图形抗蚀层，然后蚀刻掉非图形部分的铜箔或采用机械方式去除不需要部分而制成印制电路板PCB，现在大多PCB数线路板厂的PCB制造方法都为PCB减成法。PCB制造方法之加成法：在未敷铜箔的基材上，有选择地沉积导电材料而形成导电图形的印制板PCB。3.5.7PCB的制造工艺物理制版：指利用雕刻、铣刻的方法，把一张空白线路板上多余的不必要覆铜部分铣去，只留下需要保留的线路和焊盘，以此来完成一张线路板的制作。化学制版：指利用化学方法（如感光、蚀刻等），把一张空白线路板上多余的不必要覆铜部分除去，只留下需要保留的线路和焊盘，以此来完成一张线路