PCB元件封装的编辑与制作及IO口的扩展.doc
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1、PCB元件封装的编辑与制作及IO口的扩展情境10 PCB元件封装的编辑与制作及I/O口的扩展知识点 1.了解PCB元件封装库(PCBLib)编辑器设计环境;2.掌握编辑元件封装库中已有封装的方法;3.掌握制作新元器件封装的方法;4.掌握I/O口的扩展方法。技能点1.分别运用手工法和向导法编辑与制作新元件的封装;2.在PCB编辑器环境下调用自建的元件封装图;3.利用8255扩展I/O口,外接输入输出设备。学习情境目标通过学习了解PCB元件封装库(PCBLib)编辑器设计环境;掌握编辑元件封装库中已有封装的方法;掌握制作新元器件封装的方法;掌握利用8255扩展外部I/O口。任务一 PCB元件封装的
2、编辑与制作任务目标虽然Protel 99 SE中系统已经提供了数量庞大的元件库,其中含有大量的元件封装,但是随着新元器件的不断出现,以及一些特殊要求的元器件的使用,设计软件不可能包含电路板设计者所需的全部元器件的封装图。七段数码管其实物如图10-1,而原理图中该元件符号如图10-2所示,但在PCB封装库中没有合适的封装图,这就需要设计者自己制作出符合实际尺寸的七段数码管封装图。同样常用继电器(如图10-3)也没有对应的封装图。故本次设计任务目标:设置PCB元件封装库编辑器设计环境;2、建立一个新的封装库,取名为“自建PCB元件.lib”,它包括多个自建的元件封装图,具体参数要求如图10-4七段
3、数码管封装图、图10-5继电器封装图所示;其中图10-4中焊盘外径尺寸100 mil60mil,焊盘孔径25mil;图10-5中焊盘外径尺寸8080mil ,焊盘孔径40 mil 。 3、修改PCB Footprints.lib封装库中已有的二极管封装图,使其封装焊盘号与原理图中元件引脚号一致,如图10-6所示。4、在PCB编辑器环境下调用自建的元件封装库及其封装图。 图10-1 七段数码管 图10-2 七段数码管元件图 图10-3 继电器 图10-4 七段数码管封装图 图10-5 继电器封装图 图10-6 二极管封装焊盘号任务分析七段数码管采用类似DIP(双列直插式)封装形式,因此可以通过向
4、导法借用DIP10的封装来制作。而继电器封装比较简单,采用PCB封装库中的绘图工具手工制作完成。相关知识1、元件封装的分类: (1)针脚式元件:元件的引脚是一根导线,安装元件时该导线必须通过焊盘,穿过电路板焊接固定,焊盘必须钻一个能够穿过引脚的孔(从顶层钻通到底层),图10-7为针脚式元件的封装图,其中焊盘的Layer板层属性必须设置为MultiLayer(穿透层)。图10-7 针脚式元件图10-8 表面贴装式元件(2)表面贴装式元件:直接把元件贴在电路板表面,靠粘贴固定,所以焊盘不需要钻孔,特别适合大批量、全自动、机械化的生产加工,因此成本较低。表面贴装式元件各引脚间的间距很小,故元件体积也
5、小。图10-8为表面贴装式元件的封装图,其中焊盘的Layer属性必须设置为单一板层,如TopLayer(顶层)或BottomLayer(底层)。2、元件封装的编号:一般用元件类型+焊盘距离(焊盘数)+元件外形尺寸来表示,所以可根据元件封装编号来判别元件封装的规格。如: AXIAL0.4表示此元件封装为轴状,两焊盘间距为400mil; RB.2.4表示极性电容类元件封装,引脚间距为200mil,外形直径为400mil。、元件封装图的结构:包含元件外形、焊盘、元件属性3部分。如图10-5继电器的封装由矩形外形、8个焊盘及相关属性信息构成。(1)元件外形:元件的实际几何图形,不具备电气性质,它起到标
6、注符号或图案的作用。(2)焊盘:元件主要的电气部分,相当于电路图里的引脚。(3)元件属性:设置元件的位置、层面、序号和类型值等信息。封装更注重元件的引脚尺寸,对于任何元器件都需要按照实际的元件尺寸画封装图,同时对于针脚式元件还要使焊盘的尺寸足够大,以便元器件的引脚能够插入焊盘。所以在设计元件封装图前,需要了解元件外形、引脚形状及尺寸、引脚间距等信息。元件使用手册中一般给出元件安装参数,若没有器件封装尺寸数据,在画元件封装图时,可使用游标卡尺、螺旋测微器等高精度测量工具对元件外形、引脚间距、安装螺丝孔径等进行精确测量,然后在PCB封装库编辑器中绘制元件封装图。另外还需要注意公英制单位之间的转换。
7、任务实施过程1、启动PCB元件封装库编辑器:方法类似原理图元件库编辑器的启动。首先在当前设计数据库环境下,执行菜单命令File/New,进入“New Document”对话框,选择PCB元件库编辑器图标,如图10-9所示。双击该图标或单击OK按钮后,系统在当前设计数据库中建立一个新元件封装库文件,修改文件名为“自建PCB元件.lib”。然后双击该文件图标,进入PCB封装库编辑器工作界面,如图10-10所示 。2、设置PCB封装库编辑器环境(1)编辑区调整。最初进入PCB封装库的编辑区内有一个十字坐标轴,其中心坐标为原点(0,0)。单击鼠标右键,出现图10-11菜单,选择Library Opti
8、ons命令, Layers标签中打开第一可视栅格,关闭第二可视栅格,如图10-12所示;Options标签中将定位栅格均设置为5mil,电气栅格取4mil,如图10-13所示。提示:PCBLibplacementTools工具栏的各项含义类似PCB工作环境中相应工具栏。 图10-9 “New Document”对话框图10-10 PCB封装库编辑器界面图10-11 封装库编辑器环境设置菜单图10-12 可视栅格设置(2)工作参数及图纸参数设置。执行菜单命令Tools/Preferences,进入图10-14所示参数设置对话框,可以对工作层、焊盘、过孔等的显示颜色、光标形状等信息设置。(3)打开
9、封装库管理器。点击View/Design Manager,选择Browse PCBLib标签,可切换到封装库管理器,如图10-15所示。其中Components(元件列表)窗口内容与原理图元件库编辑器相同,不再重复。Update PCB按钮功能是更新PCB图中有关该元件的信息,即在元件封装库编辑器中所做的修改可相应反应到电路板中。图10-13定位栅格设置 图10-14 封装库参数设置对话框 图10-15 封装库管理器3、用向导法制作七段数码管封装图(参数要求见图10-4)(1)启动封装向导:在上述自建PCB元件.lib的封装库编辑器工作界面中,单击Browse PCBLib标签中的Add按钮,
10、或执行菜单命令Tools/New Component,进入图10-16的元件封装向导界面。(2)选择元件封装外形及尺寸单位:单击图10-16中“Next”按钮进入图10-17,选择“Dual in-line Package (DIP)”双排直插式封装形式,并选择英制单位“Imperial(mil)”。提示:表10-1列出了12种元件封装形式的中文名称。表10-1 通过向导创建的封装类型Dual in-line Package (DIP)双列直插式封装Ball Grid Array(BGA)格点阵列式封装Staggered Ball Grid Array错列BAG封装Diodes二极管型封装Ca
11、pacitors电容型封装Quad Packs (QUAD)四方扁平塑料封装Pin Grid Array (PGA)引脚网络阵列封装Resistors电阻型封装Staggered Pin Grid Arrays错列PGA封装Small Outline Package小型表贴式封装Leadless Chip Carrier (LCC)无引线芯片载体型封装Edge Connectors边缘连接型封装(3)确定元件引脚焊盘尺寸:单击 “Next”进入图10-18,缺省引脚焊盘外径尺寸为100 mil50mil,引脚焊盘孔径为25mil。根据要求修改尺寸,直接将鼠标移到原尺寸数据50mil上,单击鼠标
12、左键输入60mil。图10-16 元件封装向导界面注意:焊盘外径尺寸应大于焊盘孔径,引脚焊盘外径与焊盘孔径之间关系如表10-2所示。表10-2 最小焊盘直径与引线孔直径的关系 单位:mm 引线孔直径最小焊盘直径0.40.50.60.80.91.01.31.62.0高精度0.80.91.01.21.31.41.72.22.5普通精度1.01.01.21.41.51.61.82.53.0低精度1.21.21.51.82.02.53.03.54.0图10-17 选择元件封装外形及尺寸单位(4)设置引脚水平间距和垂直间距(指焊盘中心距):单击 “Next”进入图10-19,经实际测量得知该数码管引脚水
13、平间距为800mil,垂直间距为150mil。在图10-19中加以修改。(5)设置元件外轮廓线宽度:单击 “Next”进入图10-20,设置元件外轮廓线宽度与设置元件引脚焊盘尺寸方法相同,一般采用默认值10mil。图10-18 设置引脚焊盘尺寸(6)输入元件引脚数目:单击 “Next”进入图10-21,七段数码管应有10个引脚。(7)输入元件封装名称:单击 “Next”进入图10-22,在文本框中输入元件名“七段数码管”。图10-19 设置焊盘间距(8)最后确定:单击 “Next”进入图10-23,当确认元件外形、焊盘外径、孔径、间距等尺寸无误后,单击“Finish”按钮,完成向导过程,显示出
14、七段数码管的初步封装,如图10-24所示。图10-20 设置元件外轮廓线宽(9)旋转:图10-24中元件引脚排列方向与实际七段数码管不同,需要整体旋转。选定整个七段数码管,鼠标左键一直按住七段数码管5脚不放,点击空格键即可旋转。撤销选定状态后,如图10-25所示。(10)修改引脚焊盘属性:依次对10个焊盘引脚鼠标左键双击,进入到每个焊盘属性对话框中,如图10-26所示。根据七段数码管引脚名称及排列规则,逐一修改焊盘属性。(11)设置参考点:执行菜单命令Edit/Set Reference/Location,将参考点放在“dp”引脚焊盘上,作为本元件的参考点,即该引脚焊盘坐标为(0,0)。图10
15、-21 输入元件引脚数目图10-22 输入元件封装名称图10-23 封装向导结束 图10-24 七段数码管初步封装图 图10-25 七段数码管旋转图10-26 修改焊盘属性(12)修改外轮廓线:将工作层面切换到TopOverlay(顶层丝印层),删除现有外轮廓线。然后将图10-13中定位栅格Snap X改为1mil,Snap Y改为5mil。最后利用菜单命令Place/Track,或单击PCBLibPlacementTools工具栏中的按钮,按照任务目标中的尺寸要求绘制出数码管的外轮廓线,如图10-27所示,全部完成之后如图10-28所示。注意:根据尺寸要求,数码管的外轮廓四点坐标分别为(-6
16、62,875)、(63,875)、(-662,-75)、(63,-75),依据此坐标值绘制外轮廓线。 图10-27 绘制外轮廓线 图10-28 七段数码管封装图(13)保存:单击主工具栏内的按钮,将生成的七段数码管元件封装图保存到自建PCB元件.lib库文件中。至此,用向导法完成了在自建PCB元件.lib库中制作并增加七段数码管封装图的任务。注意:数码管元件图中管脚编号为18,分别对应adp,9对应VCC;而数码管封装图中管脚编号依次是e、d、3、c、dp、b、a、8、 f、g,两个图的管脚号不一致,势必在调入网络表时出错,所以修改其封装图管脚号如图10-29所示。图10-29 修改七段数码管
17、封装图管脚号4、手工制作继电器封装图(参数要求见图10-5)(1)新建元件封装:在自建PCB元件.lib的封装库编辑器工作界面中,单击Browse PCBLib标签中的Add按钮,或执行菜单命令Tools/New Component,进入图10-16的元件封装向导界面,对话框中单击按钮,退出元件封装创建向导。(2)设置工作环境:执行菜单命令Tools/Library Options进入图10-13,将定位栅格Snap X改为10mil,Snap Y改为10mil。如图10-30所示。注意:为了使用户在绘制元件封装的过程中放置线段、弧线等更精确,应该将定位栅格设置的小一些,而电气栅格中数值要小于
18、定位栅格。(3)放置引脚焊盘:执行菜单命令Place/Pad,或单击PCBLibPlacementTools工具栏中的按钮,将十字光标定位于(0,0)放置第一个焊盘。然后根据图10-5中焊盘之间的水平间距和垂直间距放置其它7个焊盘,如图10-31所示。图10-30 重新设置定位栅格注意:可以利用栅格来确定焊盘间的相对位置,也可利用Pad属性对话框中焊盘的坐标值来确定各焊盘间的相对位置。 图10-31 放置引脚焊盘 图10-32 焊盘属性设置(4)修改引脚焊盘属性:依次双击各个引脚焊盘(或选中焊盘后按Tab键),调出其相应的引脚焊盘属性对话框,根据任务要求修改各项值,如图10-32是修改第一个引
19、脚焊盘的对话框,其中焊盘外径尺寸8080mil,焊盘孔径30 mil。其它焊盘属性依照图10-5逐一修改。若需要对所有焊盘的相同属性进行修改,可以采用整体修改方式。如将图10-31上所有外径为8080mil的圆形焊盘,修改其焊盘孔径为40mil,则单击图10-32对话框中的“Global”按钮,对话框展开,出现整体编辑区,如图10-33所示,“Hole Size”改为40mil,在“Attributes Match By”区域中的“X-Size”、“Y-Size”、“Shape”三栏都设为“Same”,将“Designator”栏设为“Different”;其他各栏都设为“Any”,则表示将电
20、路板图中所有X轴和Y轴尺寸为80mil、形状为圆形、序号不是1的焊盘作为整体编辑的对象;在“Change Scope”区域中,选择“All Primitives in current component”;在“Copy attributes”区域,选择“Hole Size”栏,表示将所有被整体编辑的焊盘钻孔直径改为40mils。图10.33 焊盘属性整体修改(5)设置参考点:执行菜单命令Edit/Set Reference/Location,将参考点放在“1”引脚焊盘上,作为本元件的参考点,即该引脚焊盘坐标为(0,0)。(6)绘制封装外形轮廓线:将工作层面切换到TopOverlay(顶层丝印层
21、),执行菜单命令Place/Track,或单击PCBLibPlacementTools工具栏中的按钮,按照任务目标中的尺寸要求绘制出继电器的外轮廓线,完成后如图10.34所示。图10.34 绘制继电器外轮廓线(7)修改元件封装名称:执行菜单命令Tools/Rename Component,或单击Browse PCBLib标签中的Rename按钮,出现如图10-35对话框,修改元件封装名为继电器。图10.35 修改封装名(8)保存:单击主工具栏内的按钮,将生成的继电器元件封装图保存到自建PCB元件.lib库文件中。至此,用手工法完成了在自建PCB元件.lib库中制作并增加继电器封装图的任务。此时
22、自建PCB元件.lib库中已新建了两个元件封装图。5、修改PCB Footprints.lib封装库中已有的二极管封装图(如图10.6所示)(1)新建元件封装:方法同上,改名为二极管。(2)打开软件自带封装库。执行菜单Files/Open命令,在路径C:Program FilesDesign Explorer 99 SELibraryPcbGeneric FootprintsAdvpcb.DDB中打开PCB Footprints.lib元件库,找到需要修改的二极管封装DIODE0.4,将其选定、复制、粘贴到“自建PCB元件.lib”库文件的“二极管”封装图纸中,如图10.36。(3)修改引脚焊
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