最新印制电路板的设计PPT课件.ppt
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1、 印制板也称为印制线路板或印制电路板,通过印制板上印制板也称为印制线路板或印制电路板,通过印制板上的印制导线、焊盘及金属化过孔实现元器件引脚之间的电气连的印制导线、焊盘及金属化过孔实现元器件引脚之间的电气连接。印制板上的导电图形(如元件引脚焊盘、印制连线、过孔接。印制板上的导电图形(如元件引脚焊盘、印制连线、过孔等)以及说明性文字(如元件轮廓、序号、型号)等均通过印等)以及说明性文字(如元件轮廓、序号、型号)等均通过印制方法实现,因此称为印制电路板。制方法实现,因此称为印制电路板。 随着集成电路技术的不断发展,元器件集成度随着集成电路技术的不断发展,元器件集成度越来越高,引脚数目迅速增加,电路
2、图中元器件连越来越高,引脚数目迅速增加,电路图中元器件连接关系越来越复杂。此外,器件工作频率也越来越接关系越来越复杂。此外,器件工作频率也越来越高,双面板已不能满足布线和电磁屏蔽要求,于是高,双面板已不能满足布线和电磁屏蔽要求,于是就出现了多层板。在多层板中导电层的数目一般为就出现了多层板。在多层板中导电层的数目一般为4、6、8、10等。等。 图5-1 单面、双面及多面印制电路板剖面(c) 多面 在多层板中,可充分利用电路板的多层结构在多层板中,可充分利用电路板的多层结构解决电磁干扰问题,提高了电路系统的可靠性;解决电磁干扰问题,提高了电路系统的可靠性;由于可布线层数多,走线方便,布通率高,连
3、由于可布线层数多,走线方便,布通率高,连线短,印制板面积也较小(印制导线占用面积线短,印制板面积也较小(印制导线占用面积小),目前计算机设备,如主机板、内存条、小),目前计算机设备,如主机板、内存条、显示卡等均采用显示卡等均采用4或或6层印制电路板。层印制电路板。 在多层电路板中,层与层之间的电气连接通过元件在多层电路板中,层与层之间的电气连接通过元件引脚焊盘和金属化过孔实现,除了元件引脚焊盘孔外,引脚焊盘和金属化过孔实现,除了元件引脚焊盘孔外,用于实现不同层电气互连的金属化过孔最好贯穿整个电用于实现不同层电气互连的金属化过孔最好贯穿整个电路板,以方便钻孔加工,在经过特定工艺处理后,不会路板,
4、以方便钻孔加工,在经过特定工艺处理后,不会造成短路。例如,用于元件面上印制导线与电源层相连造成短路。例如,用于元件面上印制导线与电源层相连的金属化过孔中,为了避免与地线层相连,在该过孔经的金属化过孔中,为了避免与地线层相连,在该过孔经过的地线层上少了一个比过孔大的铜环(很容易通过刻过的地线层上少了一个比过孔大的铜环(很容易通过刻蚀工艺实现)。蚀工艺实现)。 5.1.2 印制板材料印制板材料 根据覆铜板基底材料的不同,可以将印制根据覆铜板基底材料的不同,可以将印制板分为纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板分为纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板两大类。它们都是使用粘结树脂将纸或玻璃板两大类。它们
5、都是使用粘结树脂将纸或玻璃布粘在一起,然后经过加热、加压工艺处理而布粘在一起,然后经过加热、加压工艺处理而成。成。 目前常用的粘结树脂主要有酚醛树脂、环目前常用的粘结树脂主要有酚醛树脂、环氧树脂和聚四氟乙烯树脂三种。氧树脂和聚四氟乙烯树脂三种。 使用酚醛树脂粘结的纸质覆铜箔层压板称为覆铜箔使用酚醛树脂粘结的纸质覆铜箔层压板称为覆铜箔酚醛纸质层压板,其成本低,主要用作收音机、电视机酚醛纸质层压板,其成本低,主要用作收音机、电视机以及其他电子设备的印制电路板。以及其他电子设备的印制电路板。 使用环氧树脂粘结的纸质覆铜箔层压板称为覆铜箔使用环氧树脂粘结的纸质覆铜箔层压板称为覆铜箔环氧纸质层压板。其电
6、气性能和机械性能均比前者好,环氧纸质层压板。其电气性能和机械性能均比前者好,目前使用最广泛,也主要用在收音机、电视机以及其他目前使用最广泛,也主要用在收音机、电视机以及其他低频电子设备中。低频电子设备中。 使用聚四氟乙烯树脂粘结的玻璃布覆铜箔层压板称使用聚四氟乙烯树脂粘结的玻璃布覆铜箔层压板称为覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板。其各方面性能均比为覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板。其各方面性能均比较好,是制作高频、微波电子设备印制电路板的理想材较好,是制作高频、微波电子设备印制电路板的理想材料,只是价格较高。料,只是价格较高。在在Protel99状态下,单击状态下,单击“File”菜单下的菜单下的“Ne
7、w”命令,然后直接双击命令,然后直接双击“PCB Document”(PCB文档)文件图标,即可创建新的文档)文件图标,即可创建新的PCB文文件并打开印制板编辑器。件并打开印制板编辑器。 如果设计文件包如果设计文件包(.ddb)内已经含有内已经含有PCB文件,在文件,在“设计文件管理器设计文件管理器”窗口内直接单击相应文件夹下的窗口内直接单击相应文件夹下的PCB文件图标来打开文件图标来打开PCB编辑器,并进入对应编辑器,并进入对应PCB文文件的编辑状态。件的编辑状态。 Protel99印制板编辑窗口如图印制板编辑窗口如图5-3所示,菜单栏内所示,菜单栏内包含了包含了“File”(文件)、(文件
8、)、“Edit”(编辑)、(编辑)、“View”(浏览)、(浏览)、“Place”(放置)、(放置)、“Design”(设计)、(设计)、“Tools”(工具)、(工具)、“Auto Route”(自动布线)等菜(自动布线)等菜单命令。单命令。图图5-3 Protel99 PCB编辑器窗口编辑器窗口 与电原理图编辑器相似,在印制板编辑、设计与电原理图编辑器相似,在印制板编辑、设计过程中,除了可以使用菜单命令操作外,过程中,除了可以使用菜单命令操作外,PCB编辑编辑器也将一系列常用的菜单命令以工具按钮形式罗列器也将一系列常用的菜单命令以工具按钮形式罗列在在“工具栏工具栏”内。内。PCB编辑器提供
9、了主工具栏编辑器提供了主工具栏(Main Toolbar)、放置工具()、放置工具(Placement Tools)栏(窗)。必要时可通过栏(窗)。必要时可通过“View”菜单下的菜单下的“Toolbars”命令打开或关闭(缺省时这两个工具栏命令打开或关闭(缺省时这两个工具栏均处于打开状态)这些工具栏(窗)。均处于打开状态)这些工具栏(窗)。图图5-4 放置工具窗口内的工具放置工具窗口内的工具 启动后,启动后,PCB编辑区内显示的栅格线是第二栅格线,编辑区内显示的栅格线是第二栅格线,大小为大小为1000 mil,即,即25.4 mm。在编辑区下方显示目前已。在编辑区下方显示目前已打开的工作层和
10、当前所处的工作层。打开的工作层和当前所处的工作层。 PCB浏览窗(浏览窗(Browse PCB)内显示的信息及按钮)内显示的信息及按钮种类与浏览对象有关,单击浏览对象选择框下拉按钮,种类与浏览对象有关,单击浏览对象选择框下拉按钮,即可选择相应的浏览对象,如即可选择相应的浏览对象,如Library(元件封装库元件封装库)、Components(元件)、(元件)、Nets(节点)、(节点)、“Net Classes”(节点组)、(节点组)、“Component Classes”(元件组)、(元件组)、“Violations”(违反设计规则)等。(违反设计规则)等。 在在Protel99 PCB编辑
11、器中,可以选择英制编辑器中,可以选择英制(单位为(单位为mil)或公制(单位为)或公制(单位为mm)两种长度)两种长度计量单位,彼此之间的换算关系如下:计量单位,彼此之间的换算关系如下: 1 mil=0.0254 mm 10 mil=0.254 mm 100 mil=2.54 mm 1000 mil(1英寸)英寸)=25.4 mm 为了便于理解为了便于理解PCB编辑器的基本概念编辑器的基本概念,掌握掌握PCB设计设计的基本操作方法,下面以手工设计一个简单的电路的印的基本操作方法,下面以手工设计一个简单的电路的印制板为例,介绍制板为例,介绍Protel99 PCB印制板编辑器的基本操作。印制板编
12、辑器的基本操作。 如图所示的电路很简单,元件数量少,完全可以使如图所示的电路很简单,元件数量少,完全可以使用单面板,并假设元件尺寸也不大,电路板尺寸为用单面板,并假设元件尺寸也不大,电路板尺寸为2000 mil1500 mil(相当于(相当于50.8 mm38.1 mm)。)。R32.7 kR147 kR220 kR41 kR582C310 R64.7 kC210 C110 Q1NPNVCC5.3.1 工作参数的设置与电路板尺寸规划 1. 设置工作层 执行执行“Design”菜单下的菜单下的“Options”命命令,并在弹出的令,并在弹出的“Document Options”(文档选项)窗内,
13、单击(文档选项)窗内,单击“Layers”标签标签(如下图所示),选择工作层。(如下图所示),选择工作层。各层含义如下:各层含义如下: 1) Signal Layers(信号层)(信号层) Protel99 PCB编辑器最多支持以下编辑器最多支持以下16个信号层:个信号层: Top,即顶层,也称为元件面,是元器件的安装面。,即顶层,也称为元件面,是元器件的安装面。在单面板中不能在元件面内布线,只有在双面或多面板在单面板中不能在元件面内布线,只有在双面或多面板中才允许在元件面内进行少量布线。在单面板中,由于中才允许在元件面内进行少量布线。在单面板中,由于元件面内没有印制导线,表面安装元件只能安装
14、在焊锡元件面内没有印制导线,表面安装元件只能安装在焊锡面上;而在多面板中,包括表面安装元件在内的所有元面上;而在多面板中,包括表面安装元件在内的所有元件,应尽可能安装在元件面上,但表面安装元件也可以件,应尽可能安装在元件面上,但表面安装元件也可以安装在焊锡面上。安装在焊锡面上。 Bottom,即底层,也称为焊锡面,主,即底层,也称为焊锡面,主要用于布线。焊锡面是单面板中惟一可用要用于布线。焊锡面是单面板中惟一可用的布线层,同时也是双面、多面板的主要的布线层,同时也是双面、多面板的主要布线层。布线层。 Mid1Mid14是中间信号层,主要是中间信号层,主要用于放置信号线。只有用于放置信号线。只有
15、5层以上电路板才层以上电路板才需要在中间信号层内布线。需要在中间信号层内布线。 2) Internal Plane(内电源(内电源/地线层)地线层) Protel99 PCB编辑器最多支持编辑器最多支持4个内电源个内电源/地线层,地线层,主要用于放置电源主要用于放置电源/地线网络。在地线网络。在3层以上电路板中,信层以上电路板中,信号层内需要与电源或地线相连的印制导线可通过元件引号层内需要与电源或地线相连的印制导线可通过元件引脚焊盘或过孔与内电源脚焊盘或过孔与内电源/地线层相连,从而极大地减少了地线层相连,从而极大地减少了电源电源/地线的连线长度。另一方面,在多层电路板中,充地线的连线长度。另
16、一方面,在多层电路板中,充分利用内地线层对电路板中容易产生辐射或受干扰部分分利用内地线层对电路板中容易产生辐射或受干扰部分进行屏蔽。在单面板和双面板中,电源线进行屏蔽。在单面板和双面板中,电源线/地线与信号线地线与信号线在同一层内走线,因此也就不存在内电源在同一层内走线,因此也就不存在内电源/地线层。地线层。 3) Mechanical(机械层)(机械层) 机械层没有电气特性,主要用于放置电路板一些关机械层没有电气特性,主要用于放置电路板一些关键部位的注标尺寸信息、印制板边框以及电路板生产过键部位的注标尺寸信息、印制板边框以及电路板生产过程中所需的对准孔(但印制电路板上固定大功率元件所程中所需
17、的对准孔(但印制电路板上固定大功率元件所需的螺丝孔以及电路板安装、固定所需的螺丝孔一般以需的螺丝孔以及电路板安装、固定所需的螺丝孔一般以孤立焊盘形式出现,这样焊盘的铜环可作垫片使用,另孤立焊盘形式出现,这样焊盘的铜环可作垫片使用,另外对于需要接地的固定螺丝孔焊盘可直接放在接地网络外对于需要接地的固定螺丝孔焊盘可直接放在接地网络节点处)。打印时往往与其他层套叠打印,以便对准。节点处)。打印时往往与其他层套叠打印,以便对准。4) Drill Layers(钻孔层)(钻孔层) 该层主要用于绘制钻孔图以及孔位信息。该层主要用于绘制钻孔图以及孔位信息。 5) Silkscreen(丝印层)(丝印层) 通
18、过丝网印刷方式将元件外形、序号以及其他说明通过丝网印刷方式将元件外形、序号以及其他说明文字印制在元件面或焊锡面上,以方便电路板生产过程文字印制在元件面或焊锡面上,以方便电路板生产过程的插件(包括表面封装元件的贴片)以及日后产品的维的插件(包括表面封装元件的贴片)以及日后产品的维修操作。丝印层一般放在顶层(修操作。丝印层一般放在顶层(Top),对于故障率较),对于故障率较高、需要经常维修的电子产品,如电视机、计算机显示高、需要经常维修的电子产品,如电视机、计算机显示器、打印机等的主机板在元件面和焊锡面内均可设置丝器、打印机等的主机板在元件面和焊锡面内均可设置丝印层。印层。6) Solder Ma
19、sk(阻焊层)(阻焊层) 设置阻焊层的目的是为了防止进行焊设置阻焊层的目的是为了防止进行焊接时,连线、填充区、敷铜区等不需焊接接时,连线、填充区、敷铜区等不需焊接的地方也粘上焊锡。在电路板上,除了需的地方也粘上焊锡。在电路板上,除了需要焊接的地方(主要是元件引脚焊盘、连要焊接的地方(主要是元件引脚焊盘、连线焊盘)外,均涂上一层阻焊漆(阻焊漆线焊盘)外,均涂上一层阻焊漆(阻焊漆一般呈绿色或黄色)。一般呈绿色或黄色)。7) Paste Mask(焊锡膏层)(焊锡膏层) 设置焊锡膏层的目的是为了便于贴片式元器设置焊锡膏层的目的是为了便于贴片式元器件的安装。随着集成电路技术的飞速进步,电件的安装。随着
20、集成电路技术的飞速进步,电子产品体积越来越小,传统穿通式集成电路芯子产品体积越来越小,传统穿通式集成电路芯片封装方式,如双列直插式(片封装方式,如双列直插式(DIP)、单列直插)、单列直插式(式(SIP)、引脚网格阵列()、引脚网格阵列(PGA)等芯片封装)等芯片封装方式已明显不适应电子产品小型化、微型化要方式已明显不适应电子产品小型化、微型化要求。求。8) Other(其他)(其他) 图中的图中的“Other”设置框包括以下各项:设置框包括以下各项: Keep Out Layer,即禁止布线层。,即禁止布线层。 Multi Layer,允许或禁止在屏幕上显示各层信息。,允许或禁止在屏幕上显示
21、各层信息。 Visible Grid,可视栅格线(点)开,可视栅格线(点)开/关。关。 Pad Holes,焊盘孔显示开,焊盘孔显示开/关。关。 Via Holes,金属化过孔的孔径显示开,金属化过孔的孔径显示开/关。关。 Connection,“飞线飞线”显示开显示开/关。关。 DRC Error,设计规则检查开,设计规则检查开/关。关。 2. 设置可视栅格大小及格点锁定距离 执行执行“Design”菜单下的菜单下的“Options”命命令,并在弹出的令,并在弹出的“Document Options”(文档选项)窗内,单击(文档选项)窗内,单击“Options”标签,标签,选择可视栅格大小、
22、形状以及锁定格点距选择可视栅格大小、形状以及锁定格点距离等。离等。 第一组可视格点间距缺省值为第一组可视格点间距缺省值为20 mil,第二,第二组可视格点间距缺省值为组可视格点间距缺省值为1000 mil;可视格点形;可视格点形状可以选择线(状可以选择线(Line)或点()或点(Dot)形式。)形式。 格点锁定距离为格点锁定距离为20 mil,电气格点自动搜索,电气格点自动搜索范围缺省值为范围缺省值为8 mil。在以集成电路为主的电路。在以集成电路为主的电路板中,为了便于在集成电路引脚之间走线,可板中,为了便于在集成电路引脚之间走线,可将格点锁定距离设为将格点锁定距离设为10 mil,相应的电
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