第4章印制电路板设计初步优秀课件.ppt
《第4章印制电路板设计初步优秀课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第4章印制电路板设计初步优秀课件.ppt(139页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第4章印制电路板设计初步第1页,本讲稿共139页4.1印制板设计基础印制板设计基础印制板印制板也称为印制线路板印制线路板或印制电路板印制电路板,通过印制板上的印制导线(铜膜导线)、焊盘及金属化过孔实现元器件引脚之间的电气连接。由于印制板上的导电图形(如元件引脚焊盘(焊点Pad)、印制连线(Track)、过孔(Via)等)以及说明性文字(Text)(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。第2页,本讲稿共139页通过一定的工艺,在绝绝缘缘性性能能很很高高的的基基材材上上覆覆盖盖一一层层导导电电性性能能良良好好的的铜铜薄薄膜膜,就构构成成了了生产印制电路板所必需的材料覆覆
2、铜铜板板。按电路要求,在覆铜板上刻蚀出导电图形,并钻出元件引脚安装孔、实现电气互连的过孔以及固定整个电路板所需的螺丝孔,就获得了电子产品所需的印制电路板。第3页,本讲稿共139页4.1.1印制板种类及结构印制板种类及结构印制板种类很多,根据导电层数目的不同根据导电层数目的不同,可以将印制板分为单面电路板(简称单面板)分为单面电路板(简称单面板)、双面电路双面电路板(简称双面板)和多层电路板板(简称双面板)和多层电路板;根据根据覆铜板基底材料的不同基底材料的不同,又可将印制板分为分为纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板(常用)纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板(常用)两大类。此外,采用挠性塑料
3、作基底挠性塑料作基底的印制板称为挠性印制板(用于电影摄录机,录像机、计算机数码相机等。第4页,本讲稿共139页单面板的结构如图单面板的结构如图4-1(a)所示所示,所用的覆铜板只有一面敷铜箔,另一面空白,因而也只能在敷铜箔面上制作导电图形。单面板上的导电图形主要包括固定、连接元件引脚的焊盘和实现元件引脚互连的印制导线,该面称为“焊锡面焊锡面”在Protel99SEPCB编辑器中被称为“Bottom”(底(底)层。没有铜膜的一面用于安放元件安放元件,因此该面称为“元件面元件面”在Protel99SEPCB编辑器中被称为“Top”(顶)层。(顶)层。第5页,本讲稿共139页(a)图4-1单面印制电
4、路板剖面Bottom层Top层焊盘Pad第6页,本讲稿共139页(b)图4-1双面印制电路板剖面Via焊盘PadComponent元件第7页,本讲稿共139页(c)图4-1多面印制电路板剖面Bottom层Top层InternalPlanes层金属化过孔与电源层有间隙,其它不应连接地方也是这样,在设计时,通过参数保证中间可以有信号层midlay*第8页,本讲稿共139页双面板的结构如图4-1(b)所示,基板的上下两面均覆盖铜箔。上、下两面都含有导电图形,导电图形中除了焊盘、印制导线外,还有用于使上、下两面印制导线相连的金属化过孔。在双面板中,元件也只安装元件也只安装在其中的一个面上,该面同样称为
5、在其中的一个面上,该面同样称为“元件面(元件面(Top层)层)”,另一面称为另一面称为“焊锡面(焊锡面(Bottom层层)”。在双面板中,需要制作连接上、下面印制导线的金属化过孔(Via),生产工艺流程比单面板多,成本高。第9页,本讲稿共139页随着集成电路技术的不断发展,元器件集成度越来越高,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,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,信号层:信号层:元件层(元件层(Top层)、底层(层)、底层(Botton层)、中间信号层(层)、中间信号层(Mid层);电源层(层);电源层(InternalPlanes层)层)
6、。例如在四层板中,上、下面(层)是信号层(信号线布线层),在上、下两层之间还有电源层和地线层,如图4-1(c)所示。第10页,本讲稿共139页在在多多层层板板中中,可可充充分分利利用用电电路路板板的的多多层层结结构构解解决决电电磁磁干干扰扰问问题题,提提高高了了电电路路系系统统的的可可靠靠性性;由由于于可可布布线线层层数数多多,走走线线方方便便,布布通通率率高高,连连线线短短,印印制制板板面面积也较小(印制导线占用面积小)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、显示卡等均采用4或6层印制电路板。第11页,本讲稿共139页在多层电路板中,在多层电路板中,层与层之间的电气
7、连接通过层与层之间的电气连接通过元元件引脚件引脚焊盘(焊盘(PadHole)和和金属化过孔(金属化过孔(Via)实现,实现,除了元件引脚焊盘孔外,用于实现不同层电气互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路板,以方便钻孔加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,不会造成短路工,在经过特定工艺处理后,不会造成短路。第12页,本讲稿共139页4.1.2印制板材料印制板材料根据覆铜板基底材料的不同,可以将印制板分为纸纸质质覆覆铜铜箔箔层层压压板板和玻玻璃璃布布覆覆铜铜箔箔层层压压板板两大类。它们都是使用粘结树脂将纸或玻璃布粘在一起,然后
8、经过加热、加压工艺处理而成。目前常用的粘结树脂主要有酚醛树脂、环氧树脂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。和聚四氟乙烯树脂三种。第13页,本讲稿共139页覆覆铜铜箔箔酚酚醛醛纸纸质质层层压压板板,其特特点点是是成成本本低低,主主要要用作收音机、电视机以及其他电子设备的印制电路板用作收音机、电视机以及其他电子设备的印制电路板。覆覆铜铜箔箔环环氧氧纸纸质质层层压压板板。覆铜箔环氧纸质层压板的电电气气性性能能和和机机械械性性能能均均比比覆覆铜铜箔箔酚酚醛醛纸纸质质层层压压板板好好,也主要用在收音机、电视机以及其他低频电子设备中主要用在收音机、电视机以及其他低频电子设备中。
9、第14页,本讲稿共139页覆覆铜铜箔箔环环氧氧玻玻璃璃布布层层压压板板。这是目目前前使使用用最最广广泛泛的的印印制制电电路路板板材材料料之之一一,它具有良好的电气和机械性能,耐热,尺寸稳定性好,可在较高温度下使用。因此,广广泛用作各种电子设备、仪器的印制电路板泛用作各种电子设备、仪器的印制电路板。覆覆铜铜箔箔聚聚四四氟氟乙乙烯烯玻玻璃璃布布层层压压板板。由于其介电性能好(介质损耗小、介电常数低),耐高温(工作温度范围宽),耐潮湿(可以在潮湿环境下使用),耐酸、碱(即化学稳定性高),是制制作作高高频频、微微波波电电子子设设备备印印制制电路板的理想材料,只是价格较高电路板的理想材料,只是价格较高。
10、第15页,本讲稿共139页4.1.3设计设计PCB的制作流程的制作流程开始规划电路板设置参数布线元件布局装入网络表及元件封装手动调整保存及打印结束当然:也可以手工直接制板当然:也可以手工直接制板。规划线路板:画出机械边界和布线区。第16页,本讲稿共139页4.2Protel99SEPCB的启动及窗口认识的启动及窗口认识在 Protel99SE状 态 下,单 击“File”菜菜 单单 下下 的的“New”命命令令,然后在如图4-2a中所示的窗口直接双击“PCBDocument”(PCB文档)文件图标,即即可可创创建建新新的的PCB文件并打开印制板编辑器文件并打开印制板编辑器。第17页,本讲稿共1
11、39页图图4-2a新建文件窗口新建文件窗口第18页,本讲稿共139页如果设设计计文文件件包包(.ddb)内内已已经经含含有有PCB文文件件,在“设计文件管理器”窗口内直接单单击击相应文件夹下的PCB文文件件图图标标来来打打开开PCB编编辑辑器器,并进入对应PCB文件的编辑状态。Protel99SE印制板编辑窗口如图4-2b所示,菜单栏内包含了“File”(文件)、“Edit”(编辑)、“View”(浏 览)、“Place”(放 置)、“Design”(设计)、“Tools”(工具)、“AutoRoute”(自动布线)等,这些菜单命令的用途将在后续操作中逐一介绍。第19页,本讲稿共139页图图4
12、-2bProtel99PCB编辑器窗口编辑器窗口第20页,本讲稿共139页与电原理图编辑器相似PCB编辑器提供了主工具栏(MainToolbar)、放置工具(PlacementTools)栏(窗)。必要时可通过“View”菜单下的“Toolbars”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)。第21页,本讲稿共139页主工具栏(窗)内有关工具的作用与SCH编辑器主工具栏的相同或相近,在此不再介绍。放置工具栏内的工具名称如图4-3所示。第22页,本讲稿共139页图图4-3放置工具窗口内的工具放置工具窗口内的工具画导线画连线焊盘pad过孔via字符串位置坐标尺寸标注设置坐标
13、原点放置元件屋放置元件边缘法画圆弧(90度)中心法画圆弧边缘法画任意角度圆弧中心法画整圆矩形填充多边形填充内部电源/接地层阵列粘贴第23页,本讲稿共139页启动后,PCB编辑区内显示的栅格线是第二栅格线,大小为1000mil,即25.4mm。在编辑区下方显示目前已打开的工作层和当前所处的工作层。PCB浏览窗(BrowsePCB)内显示的信息及按钮种类与浏览对象有关,如图4-4所示。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Library(元件封装库)、Components(元件)、Nets(节点)、“NetClasses”(节点组)、“ComponentClasses”(元件组)、
14、“Violations”(违反设计规则)等。第24页,本讲稿共139页图图4-4不同浏览对象对应的浏览窗不同浏览对象对应的浏览窗第25页,本讲稿共139页在Protel99SEPCB编辑器中,可以选择英制(单位为mil)或公制(单位为mm)两种长度计量单位,(一般用英制单位,因元件封装为英制)彼此之间的换算关系如下:1英寸=1000mil1英寸=25.4mm1mm约等于40mil1mil=0.0254mm10mil=0.254mm100mil=2.54mm1000mil(1英寸)=25.4mm第26页,本讲稿共139页4.3手工设计单面印制板手工设计单面印制板Protel99SEPCB基本操作
15、基本操作为了便于理解PCB编辑器的基本概念,掌握PCB设计的基本操作方法,下面以手工设计如图2-75b所示的电路的印制板为例(画于下页),介绍Protel99SEPCB印制板编辑器的基本操作。如图2-75b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3000mil3000mil(相当于76.2mm76.2mm)。第27页,本讲稿共139页图图2-75b第28页,本讲稿共139页4.3.1工作参数的设置与电路板尺寸规划工作参数的设置与电路板尺寸规划1.设置工作层设置工作层执行“Design”菜单下的“Options”命令,并在弹出的“DocumentOpt
16、ions”(文档选项)窗内,单击“Layers”标签(如图4-5所示),选择工作层。第29页,本讲稿共139页信号层内电源/接地层机械层阻焊层锡膏层丝印层禁止布线层多层钻孔层系统层DRC错误显示飞线显示焊盘孔显示过孔显示图图4-5选择选择PCB编辑器的工作层编辑器的工作层第30页,本讲稿共139页各层含义如下:1)SignalLayers(信号层)(信号层)Protel99sePCB编辑器最多支持以下32个个信信号号层层(1Toplayer+1Bottomlayer+30Midlayer)(通过“preferences”设置可以加载信号层):Top,即顶层,也称为元件面,即顶层,也称为元件面,
17、Bottom,即即底底层层,也也称称为为焊焊锡锡面面,主要用于布线。焊锡面是单面板中惟一可用的布线层,同时也是双面、多面板的主要布线层。Mid1Mid14是中间信号层是中间信号层,主要用于放置信号线。只有只有5层以上电路板才需要在中间信号层内布线。层以上电路板才需要在中间信号层内布线。第31页,本讲稿共139页2)InternalPlane(内电源(内电源/接地层)接地层)Protel99sePCB编辑器最多支持16个内电源个内电源/地线地线层层,主要用于放置电源/地线网络。在在3层以上电路板中,信号层内需要与电源或地线层以上电路板中,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脚焊盘或
18、过孔与内电源相连的印制导线可通过元件引脚焊盘或过孔与内电源/地线层相连,从而极大地减少了电源地线层相连,从而极大地减少了电源/地线的连线长度地线的连线长度。另一方面,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进行屏蔽。在单面板和双面板中,电源线/地线与信号线在同一层内走线,因此也就不存在内电源/地线层。第32页,本讲稿共139页3)Mechanical(机械层)(机械层)机机械械层层没没有有电电气气特特性性,主要用于放置电路板一些关关键键部部位位的的注注标标尺尺寸寸信信息息、印印制制板板边边框框以以及及电电路路板板生生产过程中所需的对准孔。产过程中所需的对准孔。但印印制
19、制电电路路板板上上固固定定大大功功率率元元件件所所需需的的螺螺丝丝孔孔以以及及电电路路板板安安装装、固固定定所所需需的的螺螺丝丝孔孔一一般般以以孤孤立立焊焊盘盘形形式式出出现现,这样焊盘的铜环可作垫片使用,另外对于需要接地的,如三端稳压器散片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。第33页,本讲稿共139页Protel99se允许同时使用16个机械层,但一般只需使用12个机械层。例如,将对准孔、印制板边框等放在机械层4(Mech4)内(打印时,一般需要与其他层套叠打印,以便对准);而注标尺寸、注释文字等放在机械层1内,打印时不一定需要套叠打印。第34页,
20、本讲稿共139页4)DrillLayers(钻孔层(钻孔层)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)通过丝网印刷方式将元件外形、序号以及其它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(Top),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。第35页,本讲稿共139页6)SolderMask(阻焊层(阻焊层)设置阻焊层的目的是为了防止进行波峰焊接时,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
21、,除了需要焊接的地方(主要是元件除了需要焊接的地方(主要是元件引脚焊盘、连线焊盘)外,均涂上一层阻焊漆(阻焊引脚焊盘、连线焊盘)外,均涂上一层阻焊漆(阻焊漆一般呈绿色或黄色)漆一般呈绿色或黄色)。第36页,本讲稿共139页7)PasteMask(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件设置焊锡膏层的目的是为了便于贴片式元器件(SMD元件)的安装(用来对应元件)的安装(用来对应SMD焊点的)焊点的)。随着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片封装方式,如双列直插式(DIP)、单列直插式(SIP)、引脚网格阵列(PGA)等芯片封装方式已明显不适应
22、电子产品小型化、微型化要求。第37页,本讲稿共139页8)Other(其他)(其他)图4-5中的“Other”设置框包括以下各项:KeepOutLayer,即禁止布线层,定义元件和走线区域。MultiLayer,多层,用于放跨板层对象,如焊盘、导孔等,如不选,多层对象(导孔等)无法显示。Drillguide和Drilldrawing:钻孔说明和钻孔位置。第38页,本讲稿共139页9)System(系统层)系统层)DRCError,设计规则检查错误是否显示。Connections,“飞线”显示开/关。PadHoles,焊盘孔显示开/关。ViaHoles,金属化过孔的孔径显示开/关。Visible
23、Grid,可视栅格线(点)开/关,注意有两组栅格信息,可以分别设置显示与否。第39页,本讲稿共139页2.设置可视栅格大小及格点锁定距离设置可视栅格大小及格点锁定距离执行“Design”菜单下的“Options”命令,并在弹出的“DocumentOptions”(文档选项)窗内,单击“Options”标签(如图4-6所示),选择可视栅格大小、形状以及锁定格点距离等。第40页,本讲稿共139页图图4-6设置设置PCB编辑区可视格点大小编辑区可视格点大小栅格设置光标X方向移动间距光标Y方向移动间距元件X方向移动间距元件Y方向移动间距电气栅格,自动捕捉电气节点自动捕捉半径系统单位,英制/公制第41页
24、,本讲稿共139页SnapX/Y:设置光标X/Y方向移动间隔,默认值为20mil。CompnentX/Y:设置元件X/Y方向移动间隔,默认值为20mil。ElectricalGrid:电气栅格,表示在连接过程中具有自动捕捉节点功能。捕捉半径为“Range”设定值。Visible Kind;可 视 格 点 类 型,可 以 选 择 线(Line)或点(Dot)形式。第42页,本讲稿共139页格格点点移移动动距距离离(SnapX/Y)的选择与最小布线宽度及间距有关。例如,当最小布线宽度为d1,最小布线间距为d2时,可将格点锁定距离设为(d1+d2)/2,这样,连线时可保证最小线间距为d2(可以采用默
25、认值)。测测 量量 单单 位位 可 以 选 择 公 制(Metric)或 英 制(Imperial)。选择公制时,所有尺寸以mm为单位;选择英制时,以mil作单位。尽管我国采用公制,长度单位用mm,但由于元器件,如集成电路芯片尺寸、引脚间距等均以mil为单位。因此,选择英制单位,操作更方便,定位更精确。选择英制单位,操作更方便,定位更精确。第43页,本讲稿共139页3.设置信号层、内部电源层设置信号层、内部电源层/接地层和机械层接地层和机械层Protel99SE允许自定义信信号号层层、内内部部电电源源层层/接接地地层层和机械层的显示数目。和机械层的显示数目。步骤如下:步骤如下:1)设置)设置S
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 印制 电路板 设计 初步 优秀 课件
限制150内