ProtelDXP实用教程 第7章 PCB设计基础.ppt
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1、Protel DXP 实用教程第第7 7章章 PCBPCB设计基础设计基础7.1 PCB7.1 PCB制板的相关术语和概念制板的相关术语和概念7.1.1 7.1.1 层层7.1.2 7.1.2 焊盘焊盘7.1.3 7.1.3 导孔导孔7.1.4 7.1.4 铜膜导线与飞线铜膜导线与飞线7.1.5 7.1.5 各类膜各类膜7.2 7.2 元件与封装元件与封装7.2.1 7.2.1 封装的概念封装的概念7.2.2 7.2.2 常用的元件封装常用的元件封装7.3 PCB7.3 PCB的结构的结构7.3 PCB7.3 PCB的结构的结构7.4 PCB7.4 PCB的生产工艺的生产工艺7.4 PCB7.
2、4 PCB的生产工艺的生产工艺7.5 7.5 认识认识PCBPCB编辑器编辑器7.5.1 DXP 2004 SP2 PCB7.5.1 DXP 2004 SP2 PCB编辑器界面编辑器界面7.5.2 DXP 2004 SP2 PCB7.5.2 DXP 2004 SP2 PCB编辑器的面板编辑器的面板7.5.3 DXP 2004 SP2 PCB7.5.3 DXP 2004 SP2 PCB环境参数设置环境参数设置7.5.4 DXP 2004 SP2 PCB 7.5.4 DXP 2004 SP2 PCB 文件的生成文件的生成7.6 DXP 2004 PCB 7.6 DXP 2004 PCB 编辑器界面
3、管理编辑器界面管理7.6.1 7.6.1 窗口的移动、放大和缩小窗口的移动、放大和缩小7.6.2 7.6.2 指定区域放大指定区域放大7.6.3 7.6.3 指定对象放大指定对象放大7.6.4 7.6.4 显示整张图纸显示整张图纸7.6.5 7.6.5 显示整个文件显示整个文件7.6.6 7.6.6 显示整个显示整个PCBPCB板板7.6.7 7.6.7 画面更新画面更新7.6.8 7.6.8 界面的定做界面的定做7.6.9 7.6.9 窗口管理窗口管理7.7 PCB7.7 PCB编辑器的编辑功能编辑器的编辑功能7.7.1 7.7.1 对象的选择和取消选择对象的选择和取消选择7.7.2 7.7
4、.2 对象的删除对象的删除7.7.3 7.7.3 对象的复制和剪切对象的复制和剪切7.7.4 7.7.4 对象的粘贴对象的粘贴7.7.5 7.7.5 对象的移动和旋(翻)转对象的移动和旋(翻)转7.7.6 7.7.6 对象的排列对象的排列7.7.7 7.7.7 跳转功能跳转功能7.7.8 7.7.8 对象属性的全局编辑对象属性的全局编辑7.8 7.8 对象的放置和编辑对象的放置和编辑7.8.1 7.8.1 导线的放置与编辑导线的放置与编辑7.8.2 7.8.2 直线的放置与编辑直线的放置与编辑7.8.3 7.8.3 元件封装的放置与属性设置元件封装的放置与属性设置7.8.4 7.8.4 焊盘的
5、放置与属性设置焊盘的放置与属性设置7.8.5 7.8.5 过孔的放置与属性设置过孔的放置与属性设置7.8.6 7.8.6 文字的放置与属性设置文字的放置与属性设置7.8.7 7.8.7 坐标值的放置与属性设置坐标值的放置与属性设置7.8.8 7.8.8 尺寸标注的放置与属性设置尺寸标注的放置与属性设置7.8.9 7.8.9 圆和圆弧的放置与属性设置圆和圆弧的放置与属性设置7.8.10 7.8.10 矩形填充的放置与编辑矩形填充的放置与编辑7.8.11 7.8.11 铜区域的放置与编辑铜区域的放置与编辑本章小结本章主要讲解DXP 2004 SP2软件的一些基本操作,主要包括以下内容:(1)PCB
6、制板的相关术语和概念。这里主要介绍了层、焊盘、导孔、铜膜导线、飞线等有关PCB板的基本概念。这些都是构成PCB板的基本元素,理解清楚这些基本概念很重要。(2)元件与封装。这里主要讲解元件封装的基本概念,以及常见元件的封装结构,包括电阻、电容、三极管、二极管、可调电位器、集成电路等。这对于还未接触过电子元器件实物的读者来说,尤其要认真学习。(3)PCB的结构。主要介绍了单层板、双层板和多层板PCB的结构组成及特点,选择PCB板层的原则。(4)PCB板的生产工艺。主要介绍PCB制板的工艺过程,可以帮助读者更好的理解PCB板。(5)认识PCB编辑器。这里主要讲解在利用PCB编辑器编辑PCB图之前必须
7、做的一些准备工作,主要包括认识PCB编辑器界面,PCB编辑器的主要工作面板,PCB编辑器的环境参数设置和怎样新建或打开一个PCB文件或项目。本章小结(6)PCB编辑器的界面管理。这部分主要讲解在PCB编辑器中怎样实现窗口的移动、放大或缩小,怎样对指定区域、指定对象进行放大,怎样显示整个文件、整张图纸或整个PCB图。还对编辑窗口的刷新、界面的个性化定做等做了一一介绍。(7)PCB编辑器的编辑功能。PCB编辑器的主要编辑功能包括:对象的选择与取消选择,对象复制、剪切和粘贴,对象的删除,对象的旋转和翻转,对象的排列、全局编辑及跳转功能。(8)对象的放置与编辑。这部分主要讲解元件、导线、焊盘、过孔、文
8、字、直线、坐标值、尺寸标注、圆弧、矩形填充、铜区域等对象的放置方法和相应的属性设置过程,是PCB图编辑过程最基本的操作。习题习题1.简单了解PCB制板的工艺过程。2.焊盘和导孔有什么区别?飞线是否具有电气性质?3.电阻通常有几种封装结构?电阻和二极管在封装图上有什么区别?4.请建立一个PCB项目,并在项目中新建一个原理图和PCB图文件。5.怎样在一个复杂的PCB图中找到某一个元件?7.1.1 7.1.1 层层 一些图形处理软件如AutoCAD为了方便管理和修改,把具有一定共性特征的线或形放置在同一层面上。为了便于区分和管理PCB板上各类图元,Protel也引入“层”的概念,但与图形处理软件不同
9、,Protel中的“层”不是虚拟的,层是有其物理意义的,也就是说,层不仅可以有厚度,而且层与层之间的位置关系也不能随意变更。印制电路板根据“层”的数量有单面、双面和多层板之分。对于多层板,整个电路板将包括顶层(Top)、底层(Bottom)、内层和中间层等。电源层和信号层之间要有绝缘层,绝缘层的材料要求其绝缘性能、可挠性、耐热性等良好。图图7-1 7-1 双面板结构图双面板结构图铜膜导线过 孔顶层底层绝缘层7.1.2 7.1.2 焊盘焊盘 焊盘的作用是用焊锡连接元件的引脚和铜膜导线,典型的焊盘形状可分为三种,即圆形(Round)、方形(Rectangle)和八角形(Octagonal),焊盘的
10、选择应当综合考虑元件的形状、大小、布置、震动和受热情况,还有受力大小与方向等因素。在设计过程中,可根据特定场合把焊盘设计成其他特殊的形状,典型的焊盘形状 图7-2a 方形焊盘 图7-2b 圆形焊盘 图7-2c 八角形焊盘 7.1.3 7.1.3 导孔导孔 导孔的作用是连接不同板层间的导线。导孔有三种,即从顶层到底层的穿透式导孔(Through)、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲孔(Blind)和内层间的屏蔽导孔(Burried),如图7-3所示。导孔的数量一般应尽量少,另外,印制电路板载流量越大的地方,导孔的尺寸也越大。各类导孔 7.1.4 7.1.4 铜膜导线与飞线铜膜导线与飞线 铜膜导线
11、是覆铜板经过加工后在PCB上布的铜膜走线,又简称导线,用于连接各个焊点,是印制电路板重要的组成部分,与布线过程中出现的欲拉线(又称飞线)完全不同,飞线有两种情况,一种情况是指在布线前的各网络间相互交叉的类似橡皮筋的连线,如图7-4所示。在布线开始前,通过不断调整各元件的位置以减少这类飞线之间的交叉,可以提高布线的布通率。另一种情况是指自动布线结束后,由于设计不当或原理图网络的增加等原因导致有些网络未布通,然后用手工补偿,或者等印制电路板出厂后以手工的方式,用导线将需要连接的网络进行连接,这类线也叫飞线。通常情况下,飞线与铜膜导线有本质的区别,飞线只是形式上表示出网络间的连接关系,没有实际的电气
12、连接意义。飞线飞线助焊膜7.1.5 7.1.5 各类膜各类膜 印制电路板的膜有防焊膜和助焊膜两类,助焊膜是涂于印制电路板焊盘上比焊盘稍大的灰色图环,如在需要焊接的地方涂上一层助焊膜以增强焊盘的可焊性,助焊层可分为顶层助焊层和底层助焊层助焊膜以外的区域则涂上防焊膜,防焊层留出焊点的位置,而将铜膜导线覆盖住。防焊层不粘焊锡,甚至可以排开焊锡,这样在焊接时,可以防止焊锡溢出造成短路,防焊层也有顶层防焊层(和底层防焊层之分。7.2.1 7.2.1 封装的概念封装的概念 元件封装是一个空间的概念,主要是指实际的电子元器件的整个外形结构尺寸。元件封装既起了安放、固定、密封、保护芯片、分配电源、环境保护等作
13、用,也提供芯片内部与外部电路信号传输的渠道。通常用“封装比”来衡量一个芯片封装的先进程度,“封装比”指芯片面积与芯片封装面积的比值,该值越接近1,说明该芯片封装越先进。注意 几点1.不同的元件可以有相同的封装2.同一功能的元件也可以有不同的封装 3.对于特殊元器件的封装,要自行设计4.当很多封装放在一块线路板上时,要注意各封装之间不能干涉 针脚式封装 针脚式元件封装是采用插入式封装技术THT(Through Hole Technology)对元件进行封装,它是针对针脚类元件的。针脚类元件焊接时先要将元件针脚插入焊盘孔中,然后再焊锡。由于焊盘孔贯穿整个电路板,所以在焊盘属性对话框中,Layer板
14、层属性必须为Multi-Layer,如图7-5所示。图 7-5焊盘【属性】对话框表面粘着式表面粘着式SMTSMT封装封装 表面粘着式SMT封装的焊盘只限于表面板层,即顶层或底层其焊盘的【属性】对话框中,Layer板层属性必须为单一表面,7.2.2 7.2.2 常用的元件封装常用的元件封装 常用的分立元件封装有二极管类极性电容类非极性电容类电阻可变电阻类等,这些封装集中在Miscellaneous Devices.IntLib元件库中。元件封装的编号原则一般为:元件类型焊盘距离(焊盘数)元件外型尺寸。可以根据元件的编号来判断元件封装的规格。例如插脚二极管封装,名称为DIODE-xxx,其中xxx
15、代表封装尺寸,如xxx=0.7的意思是700mil(100mil=2.54mm),电阻的封装为AXIAL-0.4,表示此元件封装为轴状,两焊盘间距为400mil,RB7.6-15表示极性电容类元件封装,引脚间距为7.6mm,元件直径为15mm,DIP-24表示双列直插式元件封装,24个焊盘引脚。7.3 PCB7.3 PCB的结构的结构 电路板是由不同的层按照一定顺序组成的。根据电路板的结构可以分为单面板(Single Layer)、双面板(Double Layer)和多层板(Multi-Layer)三种。单面板只有一面覆铜,而另一面没有覆铜,即只有一个信号层,因而焊接元器件和布线只能在它覆铜的
16、一面进行,单面板由于结构和制作工艺简单,因而价格便宜,加工时间较短,如很多小电器的电路都采用单面板。与单面板不同,双层板具有两个信号层,是一种包括顶层(Top Layer)和底层(Bottom Layer)的电路板,这两个层都有覆铜,都可以布线,根据实际需要,顶层和底层都可以放置元件,也都可以作为焊接面,双层电路板使用最为广泛。多层板就是包含多个工作层面的电路板,除了有顶层和底层等信号层外还有中间层,其顶层和底层与双面板一样,中间层一般是由整片铜膜构成的电源层或接地层,但也可以用作信号层,如计算机的主板等很多都是多层板。通常在印制电路板上布铜膜导线后,还要在上面印一层防焊膜(Solder Ma
17、sk)和助焊膜(Paste Mask),它们的功用可参见7.1.5小节。另外为了方便元件的安装和电路板的维修,印制电路板还要有丝印层(Overlay),用于印制各类标志图案和文字符号,如元件符号、元件外型轮廓、公司名称和生产日期等,丝印层可分为顶层丝印层(Top Overlay)和底层丝印层(Bottom Overlay)。7.4 PCB7.4 PCB的生产工艺的生产工艺 单面印制电路板的工艺过程通常为:覆箔板下料烘板(防止变形)制模洗净、烘干贴膜(或网印)曝光显影(或抗腐蚀油墨)蚀刻去膜电气通断检测清洁处理网印阻焊图形(印绿油)固化网印标记符号固化钻孔外形加工清洗干燥检验包装成品。7.4 P
18、CB7.4 PCB的生产工艺的生产工艺 多层印制电路板的工艺较为复杂,其过程为:内层材料处理定位孔加工表面清洁处理制内层走线及图形腐蚀层压前处理外内层材料层压孔加工孔金属化制外层图形镀耐腐蚀可焊金属去除感光胶腐蚀插头镀金外形加工热熔涂焊剂成品。7.4 PCB7.4 PCB的生产工艺的生产工艺 双面板的工艺复杂程度介于二者之间,其工艺方法较多,有导线法、堵孔法、掩蔽法和图形电镀一蚀刻法等几种。采用图形电镀一蚀刻法的双面板工艺过程为:覆箔板下料冲钻基准孔数控钻孔检验去毛刺化学镀薄铜电镀薄铜检验刷板贴膜(或网印)曝光显影(或固化)检验修板图形电镀(Cn十SnPb)去膜蚀刻检验修板插头镀镍镀金热熔清洗
19、电气通断检测清洁处理网印阻焊图形固化网印标记符号固化外形加工清洗干燥检验包装成品。7.4 PCB7.4 PCB的生产工艺的生产工艺 几个必要的工艺为:光绘、图像转移、蚀刻、丝印 光绘 光绘是印制电路板进行生产加工前应做的一道工序,它根据设计者设计的PCB设计文件或光绘(Gerber)文件制作一套照相底片。该底片的功用是提供印制电路板上的各种图形的图案和尺寸,分别是:1)图形转移中的感光掩膜图形,包括线路图形和光致阻焊图形;2)丝印模版的阻焊图形和字符;3)机加工(钻孔和外型铣)数控机床编程依据及钻孔参考。印制电路板各层导电与非导电图形,如信号层电路图形、电源层图形、阻焊层图形、各种字符等都至少
20、要有一张照相底片 图像转移图像转移 图像转移指将照相底片上的电路图像转移到覆铜箔层压板CCL(Copper Clad Laminates)即基板材料上,形成一层抗蚀或抗电镀的掩膜图像。抗蚀图像用于PCB工艺过程的“蚀刻工艺”阶段,抗电镀图像则用于PCB工艺过程的“图形电镀工艺”阶段。抗蚀图像是用保护性的抗蚀材料在覆铜箔层压板上形成电路正相图像,而未保护的铜箔部分将会在后面蚀刻工序中被腐蚀掉,就得到了印制电路板的裸铜电路图像。蚀刻蚀刻 蚀刻是对图像电镀后的覆铜箔层压板进行蚀刻而得到与光绘照相底片相同的电路图形,该电路图形就是我们在印制电路板上看到的金属线路。蚀刻应要有稳定的速率以得到均匀的印制线
21、。丝印丝印 丝印是根据需要印制的图文用丝网材料制成图文模版,模版图文部分可渗漏印料,所需图文可通过这样的方式丝印到印制电路板上。丝印工序可用于印制阻焊膜和元件字符。7.5.1 DXP 2004 SP2 PCB7.5.1 DXP 2004 SP2 PCB编辑器界面编辑器界面 DXP 2004 SP2提供了较以前版本更为友好的操作界面,不仅在功能上进一步完善,在操作便捷性上也有了很大的提高。单击主菜单栏【文件(F)】【打开(O)】选择一PCB文件打开,即可打开如图7-6所示的PCB文件编辑界面。PCB编辑器界面主菜单栏显示文件位置【Files】面板 面板标签工具栏工作层标签文件标签实用工具栏面板控
22、制中心7.5.2 DXP 2004 PCB7.5.2 DXP 2004 PCB编辑器的面板编辑器的面板 DXP 2004 SP2 的面板提供多种对工作区检查和操作的工具,这些面板分别是【Files】、【Projects】、【Navigator】、【Help】、【PCB】、【Filter】。本小节将重点介绍【Projects】、【PCB】面板的功能。ProjectsProjects面板面板1 1面板工作区面板工作区 DXP 2004 SP2DXP 2004 SP2软件既可以建立独立的单个文件,软件既可以建立独立的单个文件,也可以按照项目管理,把相关联的文件放在一个项目中也可以按照项目管理,把相关
23、联的文件放在一个项目中 2.面板工作区面板工作区 文件显示读者单击复选框还可以选择文件显示读者单击复选框还可以选择【结构编结构编辑器辑器】的方式显示,该方式下各层次文件将以的方式显示,该方式下各层次文件将以“类总类总-分分”的的形式层次显示,可清楚看到个文件之间的层次关系以及有效形式层次显示,可清楚看到个文件之间的层次关系以及有效的子项目和配置。的子项目和配置。3 3项目管理项目管理 项目管理是指项目或项目文件的添加、删除、项目管理是指项目或项目文件的添加、删除、移动、打开、关闭、隐藏等操作移动、打开、关闭、隐藏等操作 PCBPCB面板面板 1 1 最上端的选择列表框最上端的选择列表框2 2【
24、屏蔽屏蔽】、【选择选择】、【缩放缩放】和和【清除清除现有的现有的】复选框功能复选框功能 3 3【适用适用】、【清除清除】和和【放大放大】按钮功能按钮功能4 4 微型观察器微型观察器最上端的选择列表框最上端的选择列表框 单击最上端选择列表框可选择要查看或编辑的参数对象,如图7-14所示,选择网络(Nets)、元件(Components)、规则(Rules)三项可进入相应的浏览模式,选择连接编辑器(From-To Editor)、内层分割编辑器(Split Plane Editor)则进入编辑模式。选择其中一个参数对象则面板将显示所有该参数对象相应的信息(名称、类型等),单击一个对象名称或对象类型
25、可使该对象在工作区中加亮显示,其他对象将被掩膜处理,如图7-15所示为电容C1的加亮显示效果。双击面板上的对象名称或对象类型名称则可跳出相应编辑对话框,可对相应对象进行编辑或设置。【PCB】面板 PCB面板下拉参数选择 电容C1加亮显示效果 违规显示栏【违规详细】对话框 添加一个From-to【屏蔽屏蔽】等功能等功能 该栏各复选框的功能是设置图元过滤后编辑器界面各图元的显示模式。【屏蔽(M)】:选中该复选框,则符合条件的图元将加亮显示,其他图元将被掩膜而不得编辑。【选择(S)】:选中该复选框,则符合条件的图元将会处于被选择状态,跟单击图元的效果相同。【缩放(Z)】:选中该复选框,则符合条件的图
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