印制电路板设计初步.ppt

1、第5章印刷电路板的初步设计，5.1印刷电路板的基本设计，5.2 Protel99印刷电路板的启动和窗口理解，5.3单面印刷电路板Protel 99印刷电路板手工设计的基本操作，5.1印刷电路板的基本设计，也称为印刷电路板或印刷电路板，通过印刷电路板上的印刷导线、焊盘和金属化过孔实现元件和引脚之间的电连接。因为导电图案(例如元件引脚焊盘、印刷线路、过孔等。)和说明文字(如元件轮廓、序列号、型号)都是通过印刷方法实现的，它们被称为印刷电路板。通过一定的工艺，在具有高绝缘性能的基板上覆盖一层导电性好的铜膜，构成了生产印刷电路板的必要材料。根据电路要求，在覆铜板上刻蚀导电图形，钻出元器件引脚的安装孔、

2、电气互连的通孔和固定整个电路板的螺孔，从而得到电子产品所需的印刷电路板。5.1.1印刷电路板和结构有很多种。根据导电层数，印刷电路板可分为单面电路板(简称单板)、双面电路板(简称双面)和多层电路板；根据覆铜板基材的不同，印制板可分为两类：纸覆铜板和玻璃布覆铜板。此外，基于柔性塑料的印刷板被称为柔性印刷板，通常用作印刷电缆。单一面板的结构如图5-1(a)所示。所用的覆铜层压板只有一个覆铜面，另一面是空白的，因此只能在覆铜面上制作导电图案。单个面板上的导电图案主要包括用于固定和连接元件引脚的焊盘以及用于互连元件引脚的印刷线路。这个表面被称为“焊接表面”，在Protel99印刷电路板编辑器中被称为“

3、底层”。铜薄膜没有放置元件的一面，所以这一面称为“元件面”，在Protel99印刷电路板编辑器中称为“顶层”。(a)图5-1单面、双面和多面印刷电路板部分，(b)图5-1单面、双面和多面印刷电路板部分，(c)图5-1单面、双面和多面印刷电路板部分。双层面板的结构如图5-1(b)所示，基板的上下两面都覆盖有铜箔。因此，上表面和下表面包含导电图案，并且除了焊盘和印刷线路之外，导电图案还具有用于连接上印刷线路和下印刷线路的金属化过孔。在双面板中，元件仅安装在一个表面上，该表面也称为“元件表面”，而另一个表面称为“焊接表面”。在双面板中，需要制作连接上下印刷导线的金属化过孔，这比单面板具有更多的生产工

4、艺和更高的成本。随着集成电路技术的不断发展，元器件的集成度越来越高，引脚的数量迅速增加，电路图中元器件的连接关系也越来越复杂。此外，设备的工作频率越来越高，双面板已经不能满足布线和电磁屏蔽的要求，于是出现了多层板。在多层板中，导电层的数量通常为4、6、8、10等。例如，在四层板中，上层和下层是信号层(信号线布线层)，在上层和下层之间有电源层和接地层，如图5-1(c)所示。在多层板中，可以充分利用电路板的多层结构来解决电磁干扰问题，提高电路系统的可靠性；目前，计算机设备，如主板、内存模块、显示卡等。由于布线层数多，布线方便，配线率高，连接短，印刷电路板面积小，所以采用4层或6层印刷电路板。在多层

5、电路板中，各层之间的电连接是通过元件引脚焊盘和金属化过孔实现的。除了元件引脚焊盘孔之外，用于实现不同层之间的电互连的金属化通孔应该被预先选择例如，在元件表面上的印刷导线与电源层连接的金属化通孔中，为了避免与接地层连接，通孔穿过的接地层上缺少大于通孔的铜环(这可以通过蚀刻工艺容易地实现)。5.1.2印刷电路板材料根据覆铜板基材的不同，印刷电路板可分为两类：纸覆铜板和玻璃布覆铜板。它们都是通过用粘合树脂将纸或玻璃布粘在一起，然后加热加压制成的。目前，常用的粘接树脂主要有酚醛树脂、环氧树脂和聚四氟乙烯树脂。用酚醛树脂粘合的纸覆铜层压板称为覆铜酚醛纸层压板，其特点是成本低，主要用作收音机、电视机等电子

6、设备的印刷电路板。用环氧树脂粘合的纸覆铜层压板称为覆铜环氧纸层压板。覆铜环氧纸层压板的电气和机械性能优于覆铜酚醛纸层压板，主要用于收音机、电视机等低频电子设备。用环氧树脂粘接的玻璃布覆铜层压板称为覆铜环氧玻璃布层压板。这是目前使用最广泛的印刷电路板材料之一。它具有良好的电气和机械性能，耐热性和良好的尺寸稳定性，并可在较高的温度下使用。因此，它被广泛用作各种电子设备和仪器的印刷电路板。用聚四氟乙烯树脂粘合的玻璃布覆铜层压板称为覆铜聚四氟乙烯玻璃布层压板。由于其良好的介电性能(介电损耗小、介电常数低)、耐高温(工作温度范围宽)、耐潮湿(可用于潮湿环境)、耐酸碱(即高化学稳定性)，是制作高频和微波电

7、子设备印刷电路板的理想材料，但价格相对较高。5.2 Protel99 PCB启动和窗口识别，在Protel99状态下，点击“文件”菜单下的“新建”命令，然后双击窗口中的“PCB文档”文件图标，如图1-6所示，可以创建一个新的PCB文件并打开PCB编辑器。当然，如果设计文件包(。直接点击“设计文件管理器”窗口中相应文件夹下的印刷电路板文件图标，打开印刷电路板编辑器，进入相应印刷电路板文件的编辑状态。Protel99 PCB的编辑窗口如图5-2所示，菜单栏包含“文件”、“编辑”、“查看”、“放置”、“设计”、“工具”、“自动布线”等。这些图5-2 Protel99印刷电路板编辑器窗口类似于电气原理

8、图编辑器。在印刷电路板的编辑和设计过程中，除了菜单命令外，印刷电路板编辑器还以工具栏中工具按钮的形式列出了一系列常用的菜单命令。用鼠标点击工具栏上的“工具”按钮，快速执行相应的操作。印刷电路板编辑器提供主工具栏和放置工具栏(窗口)。如果需要，可以通过“视图”菜单下的“工具栏”命令打开或关闭这些工具栏(窗口)(默认情况下，两个工具栏都是打开的)。主工具栏(窗口)中相关工具的功能与SCH编辑器主工具栏中的功能相同或相似，因此这里不再介绍。将工具名称放在工具栏中，如图5-3所示。图5-3将工具放在工具窗口中。启动后，显示在印刷电路板编辑区的网格线是第二条网格线，尺寸为1000密耳，即25.4毫米。显

9、示当前打开的工作层和编辑区下方的当前工作层。浏览电路板上显示的信息和按钮类型与浏览的对象相关，如图5-4所示。单击浏览对象选择框的下拉按钮，选择相应的浏览对象，如库、组件、网络、网络类和组件类图5-4不同浏览对象对应的浏览窗口。浏览对象的选择与当前操作状态相关。例如，手工放置组件包装图纸时，可以选择“库”作为浏览对象(如图5-2所示)；在手工调整组件布局的过程中，可以选择“组件”作为浏览对象；在手动接线调整过程中，可以选择“网”(节点)作为浏览对象；在组件组管理操作过程中(如添加或删除组中的组件)，可以选择“组件类”作为浏览对象；在节点组管理操作过程中(如添加或删除组中的节点)，可以选择“网络

10、类”作为浏览对象；纠正设计错误时，您可以选择“违规”作为浏览对象。也可以移动工具栏在印刷电路板编辑器中的位置，例如，将鼠标移动到工具栏上的空白位置，按下鼠标左键并移动鼠标来移动工具栏位置。当工具栏被移动到工作区时，它将自动成为一个“工具窗口”；相反，当您将工具窗口移动到工作区的边界时，它将自动成为工具栏。在Protel99印刷电路板编辑器中，您可以选择英制(mil)或公制(mm)长度测量单位，它们之间的转换关系如下：1 mil=0.0254mm 10 mil=0.254mm 100 mil=2.54mm 1000 mil(1英寸)=25.4 mm，5.3单面印刷电路板Protel99印刷电路板

11、手工设计的基本操作。为了理解印刷电路板编辑器的基本概念，掌握印刷电路板设计的基本操作方法，以下以图2-35所示的印刷电路板为例，介绍Protel99印刷电路板编辑器的基本操作。图2-35所示的电路非常简单，只有少量的元件，因此可以使用一个面板。假设元件尺寸不大，电路板尺寸为2000 mil1500 mil(相当于50.8 mm38.1 mm)。5.3.1工作参数的设置和电路板尺寸规划1。设置工作层执行“设计”菜单下的“选项”命令，在弹出的“文档选项”窗口中点击“层”选项卡(如图5-5所示)，选择工作层。在图5-5中选择PCB编辑器的工作层，每一层的含义如下：1)信号层Protel 199 PC

12、B编辑器最多支持以下1)信号层：顶层，又称元件表面，是元件的安装面。在单个面板中，不允许在元件平面中布线，仅在双面或多面板中，元件平面中允许少量布线。在单个面板中，因为在元件表面中没有印刷导线，所以表面安装元件只能安装在焊料表面上；在多面板系统中，包括表面贴装元件在内的所有元件都应尽可能安装在元件表面，但表面贴装元件也可以安装在焊接表面。底部，即底层，也称为焊接表面，主要用于布线。焊接面是单板中唯一可用的布线层，也是双面和多面的主布线层。Mid1Mid14是中间信号层，主要用于放置信号线。只有5层以上的电路板才需要在中间信号层布线。2)内部平面Protel99印刷电路板编辑器最多支持4个内部电

13、源/接地平面，主要用于放置电源/接地网络。在具有三层或更多层的电路板中，信号层中需要与电源或地线连接的印刷线可以通过元件引脚焊盘或过孔与内部电源/地线层连接，从而大大减小了电源/地线的连接长度。另一方面，在多层电路板中，充分利用地线层来屏蔽电路板上容易受到辐射或干扰的部分。在单面板和双面板中，电源线/地线与信号线在同一层，因此没有内部电源线/地线。3)机械层机械层无电特性，主要用于放置电路板的一些关键部位的标注尺寸信息、印刷电路板的框架以及电路板生产过程中所需的对准孔(但将大功率元件固定在印刷电路板上所需的螺孔以及安装固定电路板所需的螺孔一般以隔离垫的形式出现，因此垫的铜环可以作为垫片使用。此

14、外，对于需要接地的，如三端稳压器散件的固定螺丝孔垫，可以直接放置在接地网的节点处)印刷时，经常与其他层重叠对齐。Protel99允许同时使用4个机械层，但通常只需要12个机械层。例如，对准孔、印刷电路板框架等。被放置在机械层4中(机械层4)(当印刷时，通常需要与其他层重叠以进行对准)；但是，注释大小、注释文本等。被放置在机械层1中，因此在印刷时不需要重叠印刷。4)钻孔图层该图层主要用于绘制钻孔地图和钻孔位置信息。5)丝印通过丝网印刷将元件形状、序列号等说明性文字印刷在元件表面或焊料表面，以方便今后电路板生产过程中的插件(包括表面封装元件贴片)和产品维护操作。丝网印刷层通常放置在顶部。对于故障率

15、高、需要经常维护的电子产品，如电视机、电脑显示器、打印机等主板，可以在元器件表面和焊料表面设置丝网印刷层。6)阻焊膜设置阻焊膜的目的是防止焊锡粘在连接线、填充区、镀铜区和其他波峰焊时不需要焊接的地方。在电路板上，除了要焊接的地方(主要是元件引脚焊盘和连接焊盘)之外，还涂有一层阻焊漆(通常为绿色或黄色)。7)焊膏掩模设置焊膏层的目的是便于表面安装部件的安装。随着集成电路技术的快速发展，电子产品的体积越来越小，传统的穿通集成电路芯片的封装方法，如双列直插式(DIP)、单直插式(SIP)、针栅阵列(PGA)等。显然已经不能满足电子产品小型化和微型化的要求。8)其它图5-5中的“其它”设置框包括以下项

16、目：遮挡层，即禁止布线层。多层，允许或禁止在屏幕上显示每一层的信息。可见网格，打开/关闭可见网格线(点)。焊盘孔，焊盘孔显示开/关。通孔，金属化通孔的孔径显示开/关。康尼，“飞行线路”显示开/关。数字参考控制错误，设计规则检查开启/关闭。2。设置可视化网格的大小和网格的锁定距离，执行“设计”菜单下的“选项”命令，在弹出的“文档选项”窗口中点击“选项”选项卡(如图5-6所示)，选择可视化网格的大小、形状和锁定网格距离。图5-6设置印刷电路板编辑区可见网格的大小。第一组可见网格间距的默认值为20密耳，第二组可见网格间距的默认值为1000密耳；可见的网格形状可以是线或点的形式。电网闭锁距离为20密耳，电网自动搜索范围的默认值为8密耳。在主要由集成电路组成的电路板中，为了便于集成电路引脚之间的布线，可以将栅极锁定距离设置为10密耳，