最新印刷电路板设计06015精品课件.ppt
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1、第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 7.1 印制电路板的基础知识印制电路板的基础知识 7.1.1 印制电路板简介 1. 印制电路板简述 印制电路板是通过一定的制作工艺,在绝缘度非常高的基材上覆盖一层导电性能良好的铜薄膜构成覆铜板,然后根据具体的PCB图的要求,在覆铜板上蚀刻出PCB图上的导线,并钻出印制板安装定位孔以及焊盘和过孔。 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 第
2、第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 与导线有关的另外一种线常称为飞线,即预拉线。飞线是在引入网络表后,系统根据规则生成的,是用来指引布线的一种连线。 飞线与导线有本质的区别,飞线只是一种形式上的连线,它只是在形式上表示出各个焊盘的连接关系,没有电气的连接意义。 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 2. 助焊膜和阻焊膜 各类膜(Mask)不仅是PCB制作工艺过程中必不可少的,而且更是元件焊装的必要条件。按“膜”所处的位置及其作用可将其分为元件面(或焊接面)助焊膜(TOP or Bottom Solder)和元件面(或焊接
3、面)阻焊膜(TOP or Bottom Paste Mask)两类。 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 3. 层 Protel的“层”不是虚拟的,而是印制电路板材料本身实实在在的铜箔层。现今由于电子线路的元件密集安装、抗干扰和布线等特殊要求,一些较新的电子产品中所用的印制板不仅上下两面可供走线,在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔。 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 4. 焊盘和过孔 1) 焊盘(Pad) 焊盘的作用是放置焊锡,连接导线和元件引脚。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。 第第7 7章章 印制电
4、路板的设计印制电路板的设计 Protel在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘,如圆、方、八角、圆方和定位用焊盘等,但有时这还不够用,需要自己编辑。例如:对发热且受力较大,电流较大的焊盘,可自行设计成“泪滴状”。 一般而言,自行编辑焊盘时除了以上所讲的外,还要考虑以下原则:第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 (1) 形状上长短不一致时,要考虑连线宽度与焊盘边长的大小差异不能过大。 (2) 需要在元件引脚之间走线时,选用长短不对称的焊盘往往事半功倍。 (3) 各元件焊盘内孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定,原则上内孔的尺寸比引脚直径大0.20.4 mm。焊盘直径取决于内孔直径
5、,如表7.1所示。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 表7.1 焊盘内孔直径与焊盘直径对照第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 对于超出上表范围的焊盘直径,可用下列公式选取:直径小于0.4 mm的孔:D/d=0.53。直径大于2 mm的孔:D/d=1.52。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 2) 过孔(Via) 为连通各层之间的线路,在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔,这就是过孔。过孔有三种,即从顶层贯通到底层的穿透式过孔、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲过孔以及内层间的隐藏过孔。 过孔从上面看上去有两个尺寸,即通孔直径(Hole Size)
6、和过孔直径(Diameter),如图7.1所示。通孔和过孔之间的孔壁由与导线相同的材料构成,用于连接不同层的导线。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 图7.1 过孔尺寸第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 一般而言,设计线路时对过孔的处理有以下原则: 尽量少用过孔,一旦选用了过孔,务必处理好它与周边各实体的间隙,特别是容易被忽视的中间各层与过孔不相连的线与过孔的间隙。 需要的载流量越大,所需的过孔尺寸就越大,如电源层、地层与其他层连接所用的过孔就要大一些。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 5. 丝印层 为方便电路的安装和维修,在印制板的上下两表面印上所
7、需要的标志图案和文字代号等,例如:元件标号和参数、元件轮廓形状和厂家标志、生产日期等,这就称为丝印层(Silkscreen Top/Bottom Overlay)。 6. 敷铜 对于抗干扰要求比较高的电路板,常常需要在PCB上敷铜。敷铜可以有效地实现电路板的信号屏蔽作用,提高电路板信号的抗电磁干扰的能力。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 7.2 印制电路板设计的基本原则和要求印制电路板设计的基本原则和要求 7.2.1 印制电路板元件布线的基本原则 印制电路板设计首先需要完全了解所选用元件及各种插座的规格、尺寸、面积等。当合理地、仔细地考虑各部件的位置安排时,主要是从电磁兼容性、
8、抗干扰性的角度,以及走线要短、交叉要少、电源和地线的路径及去耦等方面考虑。 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 印制电路板上各元件之间的布线应遵循以下基本原则: (1) 印制电路中不允许有交叉电路,对于可能交叉的线条,可以用“钻”、“绕”两种办法解决。 (2) 电阻、二极管、管状电容器等元件有“立式”和“卧式”两种安装方式。 (3) 同一级电路的接地点应尽量靠近,并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 (4) 总地线必须严格按高频中频低频一级级地按弱电到强电的顺序排列,切不可随便乱接。 (5) 强电流引线(公共地线、功放
9、电源引线等)应尽可能宽些,以降低布线电阻及其电压降,减小寄生耦合而产生的自激。 (6) 阻抗高的走线尽量短,阻抗低的走线可长一些,因为阻抗高的走线容易发射和吸收信号,引起电路不稳定。 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 (2) 各元件排列、分布要合理和均匀,力求整齐、美观、结构严谨。电阻、二极管的放置方式分为平放和竖放两种,在电路中元件数量不多,而且电路板尺寸较大的情况下,一般是采用平放较好。 (3) 电位器。电位器的安放位置应当满足整机结构安装及面板布局的要求,因此应尽可能放在板的边缘,旋转柄朝外。 (4) IC座。设计印制板图时,在使用IC座的场合下,一定要特别注意IC座上定
10、位槽放置的方位是否正确,并注意各个IC脚位是否正确。 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 (5) 进出接线端布置。相关联的两引线端不要距离太大,一般为2/103/10 in左右较合适。进出线端尽可能集中在12个侧面,不要太过离散。 (6) 要注意管脚排列顺序,元件引脚间距要合理。如电容两焊盘间距应尽可能与引脚的间距相符。 (7) 在保证电路性能要求的前提下,设计时应力求走线合理,少用外接跨线,并按一定顺序要求走线。走线尽量少拐弯,力求线条简单明了。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 (8) 设计应按一定顺序方向进行,例如:可以按左往右和由上而下的顺序进行。 (9)
11、线宽的要求。导线的宽度决定了导线的电阻值,而在同样大的电流下,导线的电阻值又决定了导线两端的电压降。 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 7.3 PCB绘图操作界面绘图操作界面 7.3.1 PCB绘图环境 1. 创建一个新的PCB设计文件 如第4章所述,进入Protel DXP系统,执行菜单命令【File】/【New】/【PCB Project】,就可以生成一个新的文件项目,将新建的项目另存为“Exa601.PRJPCB”。执行菜单命令【File】/【New】/【PCB】,创建一个新的PCB设计文件,弹出如图7.2所示的PCB绘图编辑环境。此时会自动默认一文件名,将其另存为“Ex
12、a601.PCBDOC”。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 图7.2 PCB绘图编辑环境第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 2. 菜单栏 PCB绘图编辑环境下菜单栏的内容和原理图编辑环境的 菜单栏类似,这里只简要介绍以下几个菜单的大致功能: 【Design】:设计菜单,主要包括一些布局和布线的预处理设置和操作。如加载封装库、设计规则设定、网络表文件的引入和预定义分组等操作。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 【Tools】:工具菜单,主要包括设计PCB图以后的一些后处理操作。如设计规则检查、取消自动布线、泪滴化、测试点设置和自动布局等操作。 【Aut
13、o Route】:自动布线菜单,主要包括自动布线设置和各种自动布线操作。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 3. 主工具栏(Main Toolbar) 主工具栏主要为一些常见的菜单操作提供快捷按钮。该工具栏为用户提供了缩放、选取对象等命令按钮,如图7.3所示。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 图7.3 Protel DXP主工具栏第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 4. 放置工具栏(Placement Tools) 执行菜单命令【View】/【Toolbars】/【Placement】,则显示放置工具栏。该工具栏主要为用户提供各种图形绘制以及布线命令
14、,如图7.4所示。表7.2介绍了放置工具栏中各个按钮的功能及对应的菜单选项。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 图7.4 放置工具栏第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 表7.2 放置工具栏的按钮及其功能第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 5. 布局工具栏 执行菜单命令【View】/【Toolbars】/【Component Placement】,即可打开布局工具栏。布局工具栏如图7.5所示。 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 图7.5 布局工具栏第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板
15、的设计 6. 选择查找工具栏(Find Selection) 执行菜单命令【View】/【Toolbars】/【Find Selection】,即可打开查找选择工具栏。 这个工具栏主要提供了所有标记为“Selection”的电气符号(Primitive),供使用者挑选,如图7.6所示。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 图7.6 查找选择工具栏第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 7. 编辑区 编辑区是用来绘制PCB图的工作区域。启动后,编辑区的显示栅格间为1000mil。编辑区下面的选项栏显示了当前已经打开的工作层,其中变灰的选项是当前层。几乎所有的放置操作都是相对
16、于当前层而言,因此在绘图过程中一定要注意当前工作层是哪一层。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 8. 项目管理区 项目管理区包含多个面板,其中有三个在绘制PCB图的时候很有用,它们分别是【Projects】、【Navigator】和【Libraries】。【Projects】用于文件的管理,类似于资源管理器;【Navigator】用于浏览当前PCB图的一些当前信息。【Navigator】的对象有五类,浏览区内容如图7.7所示。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 图7.7 浏览区内容第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 7.3.2 PCB图常用的设置 在设
17、计PCB板之前,应先做好相关设置工作。这里只介绍与PCB设计直接相关的设置,有些出于个人喜好的设置(如颜色设置)则不再介绍了。 这个设置窗口对不同的PCB文件来讲是有差异的,主要和PCB文件设置有关。Protel DXP默认的PCB板是双层板。执行菜单命令【Design】/【Board Layers】,弹出如图7.8所示的对话框。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 图7.8 工作层设置对话框第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 (1) 【Signal Layers】分组框:信号层(Signal Layers)。对于双面板而言,顶层(Top Layer)和底层(Bott
18、om Layer)这两个工作层必须设置为打开状态,而信号层的其他层面均可以处于关闭状态。 【Top Layer】:顶层,也是元件层。 【Bottom Layer】:底层,也是焊接层。 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 (2) 【Internal Planes】分组框:内电源或地层,主要用于放置电源或地线,通常是一块完整的铜箔。 (3) 【Mechanical Layers】分组框:机械层,用于放置一些与电路板的机械特性有关的标注尺寸信息和定位孔。 (4) 【Silkscreen Layers】分组框:丝印层(Silkscreen Layer),用于放置元件标号、说明文字等。 (
19、5) 【Other Layers】分组框:其他层面(Other Layers),根据实际需要选择。 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 【Keep-Out Layer】:禁止布线层,用于绘制印制电路板的边框。 【Multi-Layer】:多层,包括焊盘和过孔这些在每一层都可见的电气符号。【Drill Guide】:钻孔定位层,此层主要和制板厂商有关。【Drill Drawing】:钻孔层,此层主要和制板商有关。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 7.4 单面板单面板PCB绘制实例绘制实例 7.4.1 手工方式绘制PCB板 以图7.9所示运算放大器电路为例(原理图文件
20、名为“fangda.SCHDOC”),用手工方式绘制一块单面板,并讲解PCB单面板的设计过程。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 图1.4 V-InV-InV-OutV-Out图7.9 运算放大器原理图第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 1. 准备工作 (1) 建立一个新项目“Exa601.PRJPCB”。 (2) 在新项目“Exa601.PRJPCB”中建立一个新的PCB文件“fangda.PCBDOC”。 (3) 在图7.8所示的工作层设置中,单面板只选择【Bottom Layer】层。 (4) 加载封装库。不论是采用手工还是自动布线,都必须首先装入元件封装库。
21、 图7.10为TL082P元件的封装(DIP-8)。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 图7.10 浏览DIP-8封装第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 2. 设置禁止布线区 单击编辑区下面的工作层选项栏中的【Keep-Out Layer】选项,选择当前工作层为禁止布线层。然后用鼠标单击布线工具栏中的 图标,在编辑区中用导线绘制出一个封闭的区域,大小为2000 mil1000 mil,如图7.11所示。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 图7.11 禁止布线区第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 3. 放置元件 在图7.10所示【Libra
22、ries】浏览面板中,选择“Miscellaneous Devices.IntLib”库中的“DIP-8”封装。 (1) 单击 按钮,在弹出的对话框中按 按钮。用鼠标将该元件封装拖放到禁止布线区内的适当位置后,单击左键确定放置位置。 (2) 修改元件属性。在刚放置的元件上双击鼠标,弹出如图7.12所示的元件属性设置对话框。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 图7.12 元件属性设置对话框 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 【Component Properties】组:元件的基本属性参数。其中的【Layer】选项可以设置此元件安装在PCB的哪一面中。 【Desig
23、nator】组:元件标号,必须严格与原理图中的元件标号同名。 【Comment】组:元件类型或名称,根据元件的实际名称填写。 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 (3) 依照同样的方法放置三个电阻封装(AXIAL-0.3)、一个五脚插座封装(HDR15H)到禁止布线区,分别修改属性参数,命名为“R1”、“R2”、“R3”和“JP1”,如图7.13所示。 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 图7.13 所有元件封装 第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 4. 布线 单面板布线只能在【Bottom Layer】进行。单击工作区下方的【Bottom Layer
24、】,将布线层置为底层。用鼠标单击布线工具栏中的 按钮,进入布线状态。根据原理图中元器件的连接关系移动鼠标,正确放置每一条连线。单击鼠标右键结束布线。图7.14为最终布线图。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 图7.14 放置所有连线第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 7.4.2 半自动方式绘制PCB板 用纯手工的方式绘制PCB板,目前仍然是设计人员常用的绘制方式。但手工绘制存在容易出错,出错后又不易发现和查找等缺点。下面结合原理图“fangda.SCHDOC”,介绍另一种用半自动方式绘制PCB单面板的方法。 用半自动方式绘制PCB单面板的步骤如下: 第第7 7章章
25、印制电路板的设计印制电路板的设计 (1) 准备工作和设置禁止布线区。此步骤同手工绘制方式。 (2) 在项目“Exa601.PRJPCB”中,切换到原理图“fangda.SCHDOC”。执行菜单命令【Report】/【Bill of Material】,检查元件封装。一定要确保元件封装在库中可以找到,如图7.15所示。第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 图7.15 正确的元件封装第第7 7章章 印制电路板的设计印制电路板的设计 (3) 将原理图的内容传输到PCB板。具体步骤如下: 执行菜单命令【Design】/【Update PCB Amp.PCBDOC】,将原理图的内容传输到PC
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