劳动出版社精品课件 《电子CAD（第二版）》 A053053电子CAD模块二

模块二 印制电路板设计,课题一 印制电路板设计初步,课题二 印制电路板设计进阶,课题一 印制电路板设计初步,任务 1 认知印制电路板, 了解印制电路板常见类型、制作工艺及图纸工作层面。 熟悉印制电路板的组成元素及 PCB 图纸中的组成对象。,学习目标,1.认识印制电路板，识别电路板中组成对象及其功能。 识读 PCB 图中的组成元素及其表示形式，理解其各自的功能。,任务引入,Protel 2004 中的 PCB 图,对于一块完整的印制电路板，需要识读组成电路板的绝缘基板、元件封装轮廓、铜膜导线、焊盘、孔、阻焊膜、字符等对象。,任务分析,印制电路板按照结构组成可分为单面板、双面板和多层板。,相关知识,一、 单面板,单面板是只有一面敷铜的电路板，只可在敷铜的一面布线。单面板结构简单，无须打过孔。,二、 双面板,双面板是两面均有敷铜、两面均可布线的电路板，包括底层（Bottom Layer ） 和顶层（Top Layer ） 。,三、 多层板,多层板是指三层以上的电路板，不仅底层和顶层两面敷铜，在电路板内部层面（Internal Plane）还包含铜箔，通过叠合压制而成，通常有 4、6、8 层板等，其结构如图所示。,多层板,任务实施,一、 识读印制电路板中各种对象 （以双面板为例）,印制电路板中各对象, 绝缘基板 印制电路板的绝缘基板是由高分子的合成树脂与增强材料组成。 铜膜导线 铜箔是印制电路板表面的导电材料，通过粘合剂将其粘贴到绝缘基板的表面，再制成印制导线 （即铜膜导线） 和焊盘，实现电气连接。 孔 印制电路板的孔有工艺孔、元件安装孔、机械安装孔及过孔等。, 元件封装轮廓 焊盘 焊盘用于放置焊锡、连接导线和元件引脚，由铜箔构成，具有导电特性。 字符 字符部分一般用白色油漆制成。 阻焊膜 阻焊膜指涂覆在印制电路板表面的绿色阻焊剂。,二、 识读 PCB 图, 工作层,Protel 2004 的 PCB 图中各对象, 元件封装 元件封装是指元件在 PCB 上显示的实际外形、焊盘大小和焊盘位置关系等信息。 铜膜导线 铜膜导线又称铜膜走线、导线，用于连接印制电路板上各元件的引脚，实现各元件之间电信号的连接。 焊盘 焊盘用于将元件引脚焊接、固定在印制电路板上，以实现元件的电气连接。,插针式元件的焊盘,表面贴装式元件的焊盘, 孔 PCB 图中的孔有安装孔、过孔等。 从制板工艺角度可将其分为 3 类：通孔、盲孔、埋孔，如图所示。,过孔示意图, 元件标注 元件标注为元件编号和元件参数信息，用于标识各元件的安装位置。 PCB 边框 （） 电气边框。即为 PCB 的内边框。 （） 机械边框。即为 PCB 的外边框。 尺寸标注 PCB 中关键尺寸的标注，存在于机械层 1。 Mark 点 Mark 点即基准点，为印制电路板装配工艺中所有步骤提供共同的可测量参考点。,任务 2 双面 PCB 自动设计, 了解印制电路板设计的一般原则。 掌握双面 PCB 自动设计的基本步骤。 掌握自动布局、布线参数的设置方法以及印制电路板设计规则检查。 能根据绘图需要加载、卸载元件库文件，并能解决封装导入时的错误。 能按要求完成简单电路双面 PCB 自动设计。,学习目标,运用 PCB 编辑器自动布局、自动布线方法设计出如图所示的 PCB 图。,任务引入,脉冲抖动去除电路的 PCB 图,双面 PCB 自动设计流程如图所示。,任务分析,双面 PCB 自动设计流程,相关知识,一、 覆铜板选用原则,覆铜板的性能指标主要有抗剥强度、耐浸焊性（耐热性）、翘曲度（或弯曲度）、电气性能（工作频率范围、介质损耗、绝缘电阻和耐压强度）及耐化学溶剂性能。,二、 印制电路板尺寸设计原则,从成本、铜膜导线长度、抗噪声能力等方面综合考虑，电路板尺寸应越小越好。 印制电路板的尺寸因受机箱外壳大小的限制，以能恰好放入机箱外壳内为宜。 电路板的最佳形状是矩形，长宽比为 32 或 43。,三、 布局原则,信号的流向应从左至右或从上至下，元件相互平行或垂直排列（以求整齐、美观、紧凑），模拟部分与数字部分分开，高频信号与低频信号分开，输入信号与输出信号分开。, 元件距印制电路板边缘的距离 通常元件距印制电路板边缘的距离至少等于板厚。 元件布局层面 通常所有元件均应布置在印制电路板的同一面上。 元件布局顺序 首先放置装配时位置要求较高的元件。 特殊元件布局,四、 布线原则, 线长 铜膜导线应尽可能短，拐弯处应为圆角或斜角（45°）。 线宽 导线宽度应以能满足电气特性要求且便于生产为准则，其最小值取决于流过的电流，一般不宜小于0.2 mm。电源线和地线的线宽一般大于或等于1 mm。, 绝缘间隔 相邻电气对象之间的间距应该满足绝缘间隔的要求，同时还需考虑实际生产条件，绝缘间隔越宽越好。 屏蔽与接地 电路板上尽可能多地保留铜箔作为地线。,五、 焊盘设计原则,印制电路板上的焊盘内孔直径通常在金属引脚直径基础上增加 0.2 mm以上。 大型元件的焊盘应加大面积，至少是原焊盘面积的一倍。,任务实施,一、 向导法规划印制电路板, 打开脉冲抖动去除电路的 PCB 项目文件 启动 PCB 向导 选择电路板单位 选择电路板配置文件 选择电路板详情 选择电路板层, 选择过孔风格 选择元件和布线逻辑 选择默认导线和过孔尺寸 完成 PCB 的创建 保存新建的 PCB 文件 将新建的 PCB 文件追加到项目中,二、 设置双面 PCB 设计的环境参数, 设置 PCB 板选择项参数 设置系统参数 设置 PCB 板层次颜色,三、 加载必要的元件封装库,执行菜单命令 【设计】【追加 删除库文件】 ，弹出“ 可用元件库”对话框，选择“ 安装”标签，且单击“ 安装”按钮，添加所需的元件封装库。,四、 载入网络表,载入项全部正确的“ 工程变化订单”对话框,五、 布局, 设置布局规则 自动布局 手工调整布局 自动布局结果通常不理想，还需要手工调整布局以满足后续布线的要求。,六、 布线, 设置布线规则 自动布线 手工调整布线 PCB 布线是个复杂的过程，需要考虑多方面因素，包括美观、散热、干扰、是否便于安装和焊接等，而自动布线很难达到最佳效果，这时需借助手工布线加以调整。,七、 设计规则检查,启动批处理 DRC 检查。 若有违规，会在设计规则检查信息和报告文件中给出违规的类型，同时也会在 PCB 图中以高亮绿色显示违规之处。根据提示信息修改 PCB 图，直至全部正确。,八、 放置安装孔,完成后的 PCB 图,课题二 印制电路板设计进阶,任务 3 编辑、制作 PCB 元件封装, 了解 PCB 元件封装库编辑器的设计环境。 掌握编辑元件封装库中已有封装的方法及制作新元件封装的方法。 掌握创建项目独立元件库及项目集成元件库的方法。 能编辑、制作元件的封装图形，并在 PCB 编辑器环境下调用自建的元件封装图。,学习目标,随着新元件层出不穷，新封装工艺日新月异，大量非标准元件的使用等原因，造成 Protel 2004 内置元件封装库难以满足设计需求。这时，需要设计者根据元件的实际尺寸自行编辑、制作封装形式。,任务引入,电子元件的封装形式有插针式和表面贴装式。编辑、制作 PCB 元件封装图一般采用两种方法：一是利用 Protel 2004 封装库编辑器提供的相应绘图工具完全手工制作新封装；二是从 Protel 2004 封装库或已有的封装库中找出相近或相似的元件，经过适当编辑、修改后得到符合标准的封装。,任务分析,相关知识,一、 元件封装图的结构,元件封装图主要由元件投影轮廓和焊盘组成。 元件投影轮廓 元件投影轮廓即元件的实际几何图形。 焊盘 元件焊盘是元件主要的电气部分，对应于电路原理图中元件的引脚。,二、 封装图绘图工具,PCB 封装库编辑器中的绘图可使用菜单或 PCB 库放置工具完成。,封装图绘图工具 a）菜单方式 b）PCB库放置工具,三、 元件封装设计准则, 插针式元件设计准则 矩形贴片元件焊盘的设计准则 SOT 封装焊盘的设计准则 一般应保持焊盘间中心间距与引脚中心间距基本一致，而且每个焊盘要比引脚宽至少15 mil。 SOP 和 QFP 封装焊盘的设计准则 PLCC 封装焊盘的设计准则,任务实施,一、 创建 PCB 库文件 二、 设置元件封装编辑器环境参数, 显示原点标记 设置库选择项参数,三、 用向导法制作四相步进电动机驱动器的封装, 启动元件封装向导 选择元件模式和单位 设置焊盘尺寸 设置焊盘间距 设置轮廓宽度 设置焊盘数, 设置封装名称 完成元件封装向导 旋转封装图形 设置参考点 修改焊盘数目和外轮廓线 保存封装,四、 用手工法制作按键开关的封装, 新建元件封装 重命名封装 放置焊盘 绘制轮廓线 设置参考点 单击 ，保存“BUTTON”封装。,五、 参考已有封装，编辑、制作自锁开关的封装, 新建封装 打开内置元件封装库 复制粘贴参考封装 修改封装相关参数 保存,六、 创建项目独立的元件库, 打开文件 创建原理图个性化元件库 创建 PCB 的元件封装库 保存元件封装库,七、 创建集成元件库, 创建集成元件库项目文件 添加库文件 保存集成元件库项目文件 编译集成元件库项目文件,任务 4 单面 PCB 手动设计, 掌握单面 PCB 手动设计的基本步骤。 掌握手动布局、手动布线的技巧。,学习目标,对于一些简单电路或者一些局部有特殊要求的电路的 PCB 设计，依照电路原理图直接进行手工 PCB 设计是许多设计工程师的首选方法。目前广泛被设计师采用。 本次任务对串联负反馈稳压电源电路进行手工方法 PCB 设计。,任务引入,本次任务要求全部采用手动方法完成单面 PCB 设计，即对照电路原理图对各元件封装手工布局、手工布线而完成 PCB 设计。单面 PCB 手动设计流程如图。,任务分析,单面 PCB 手动设计流程,任务实施,一、 新建、保存空白的 PCB 文件,新建、保存 PCB 文件,二、 设置单面 PCB 设计的环境参数, 确定板层数量 设置工作参数 设置系统参数,三、 设置原点、机械边界和电气边界, 设置原点 设置机械边界 设置电气边界,四、 放置安装孔,设置安装孔的孔径、尺寸和形状,五、 放置元件封装, 加载元件封装库 放置元件封装并编辑属性,放置完成所有元件封装,“ 网络表管理器” 对话框,六、 编辑网络表,手工布局结果,七、 手工布局,八、 手工布线, 设置布线规则 手工布线 布线后的进一步优化,九、 设计规则检查,启动批处理 DRC 检查，检查结果显示此 PCB 设计无违规现象。,谢谢 THANKS,