ch03-付蔚-电子工艺基础PPT-北航出版社.ppt

电子工艺基础 付蔚,第3章 绘图原理及PCB制版工艺,第3章绘图原理及PCB制版工艺,3.1 Protel 99SE内容简介 3.2 Protel 99SE简明使用方法 3.3 PCB设计规则 3.4 元器件的封装 3.5 PCB制板工艺,3.1 Protel 99SE内容简介 现今的PROTEL发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100布通率。,3.2 Protel 99SE 简明使用方法 3.2.1 Protel 99SE的安装 Protel 99SE 设计平台软硬件配置要求： 硬件配置： 最低：CPUPentium II 233MHZ；内存32M；硬盘300M；显示器15;显示分辩率1024768 建议配置：CPUPentium II 300 以上；内存128M；硬盘6G以上；显示器17以上 显示分辩率12801024 操作系统： icrosoft Windows NT 4.0 或以上版本（含中文版）。 icrosoft Windows 98/95 或以上版本（含中文版）。 Protel 99SE附件安装方法非常简单，只需双击光盘目录下的Install.exe即可。,3.2.2原理图设计 新建设计数据库文件 打开和管理设计数据库 观看多个设计文档 多图纸设计 原理图连线设计 检查原理图电性能可靠性 同步设计 建立材料清单 在原理图上标注汉字或使用国标标题栏 将原理图中的选择传递到PCB中 生成网络表,3.2.3原理图仿真 Protel99 SE的混合信号电路仿真引擎现在与3F5完全兼容，支持所有标准的SPICE模型。电路仿真支持包含模拟和数字元件的设计。SimCode（类C语言）用于描述数字元件的描述。 在Protel99 SE中执行仿真，只要简单地从仿真用元件库中放置所需的元件，连接好原理图，加上激励源，单击仿真。,3.2.4 PCB设计 板框导航 当设计了原理图，生成了网表，下一步就要进行PCB设计。 在“File”下选择“New”中的“Wizards”在选取“Printed Circuit Board Wizard”，点击“OK”即可，按照显示对话框的每一步提示，完成板框设计,建立PCB文件 要进行PCB设计，必须有原理图，根据原理图才能画出PCB图。 选择PCB设计窗口下的“Design”中的“Add/Remove Library”，在对话框上选择“4 Port Serial Interface.ddb”，在“Design Explorer 99SEExamples”文件夹中选取，点取“Add”，然后“OK”关闭对话框。 在左侧的导航树上，打开“4 Port Serial Interface.prj”原理图文件，选择“Design”下的“Update PCB”，点取“Apply”，“Update Design”对话框被打开，点取“Execute”选项。 对话框“Confirm Component Associations”对话框将被打开，网络连接表列出，选择应用“Apply”更新PCB文件。,层管理 利用Protel99 SE设计PCB板，信号层可达到32个，地电层16个，机械层16个。增加层只需运行Designlayer stack manager功能菜单,就可以看到被增加层的位置。,布局设计 布线的关键是布局，多数设计者采用手动布局的形式。 布线设置 在布线之前先要设置布线方式和布线规则。Protel99 SE有三种布线方式：忽略障碍布线（Ignore obstacle），避免障碍布线（Avoid obstacle），推挤布线（Push obstacle）。 我们可以根据需要选用不同的布线方式，在“Tools”工具菜单下选择“Preferences”优选项中选择不同的布线方式。也可以使用“SHIFT+R”快捷键在三种方式之间切换。,电气规则检查 Protel99 SE提供了很好的检查工具“DRC”自动规则检查 信号完整性分析 在PCB中修改元件封装 增加焊盘，将焊盘设置为被选中状态 将需要增加的元件恢复原始图素； 选ToolsCovertAdd Selected Prmitives to Component； 提问要增加焊盘的元件，确认即可,建立新的PCB器件封装 打开“LCD Controller.ddb”，打开“LCD Controller.pcb”。在“Tools”下选择“Make Libray”，建立一个新库文件“LCD controller.lib”,所有PCB中的器件封装被自动抽取出来，保存在库文件中。在这个新库文件中建立器件封装，点击 “Browse PCBlib”,可以浏览这个库里现有的元件，创建一个新的元件选择“Tools”下的“New Component”，弹出一个器件封装模板，按照提示，可以迅速生成一个我们需要的器件封装。,生成GERBER文件 打印预览 3D显示 强大的输入输出功能,3.2.5 快捷键说明 详看书本P123-126,3.3 PCB设计规则 3.3.1 PCB设计的一般原则 布局 首先，要考虑PCB尺寸大小 再确定特殊元件的位置 根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局,布线 输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行 印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定 印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能,焊盘 圆形焊盘 它的特点是焊盘与引线孔为同心圆结构，多在元器件规则排列的情况下使用。在设计时，焊盘不宜过小，因为焊盘太小会在焊接操作时造成脱落。但考虑到印制电路板密度的限制，通常圆形焊盘的外径一般是引线孔直径的23倍。,岛形焊盘 这种焊盘多在元器件的不规则排列时使用。 由于焊盘与印制线合为一体，有效地减少了印制导线的长度和数量，而且由于铜箔面积较大，增强了安装的可靠性。,矩形焊盘 这种焊盘设计精度要求不高，结构型是也比较简单，一般在一些大电流的印制板中采用，这种形式可获得较大的载流量。而且，由于其制作方便，非常适合在手工制作的印制板中使用。,椭圆形焊盘,不规则焊盘 除了上面介绍的规则焊盘外，在印制板焊盘设计时，常需要根据电路的实际情况对焊盘进行变换，以适应电路的需要。 在实际印制板中，根据实际电路的需要，还有许多不规则。焊盘设计，常见的有泪滴形焊盘、异型孔焊盘、多边形焊盘等。,3.3.2 PCB设计中注意的问题 电源、地线的处理 众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线电源线信号线，通常信号线宽为：0.20.3mm,最经细宽度可达0.050.07mm,电源线为1.22.5 mm。对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)。 数字电路与模拟电路的共地处理 现在有许多PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。,信号线布在电（地）层上 首先应考虑用电源层，其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。 大面积导体中连接腿的处理 在大面积的接地（电）中，常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进行综合的考虑； 兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘，称之为热隔离（heat shield）俗称热焊盘（Thermal），这样，可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电（地）层腿的处理相同。,布线中网络系统的作用 在许多CAD系统中，布线是依据网络系统决定的。 标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。 设计规则检查（DRC） 布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求。,3.3.3 PCB及电路抗干扰措施 电源线设计 根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。,地线设计 地线设计的原则是: 数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。 接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在23mm以上。 接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。,退藕电容配置 PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕电容。退藕电容的一般配置原则是： 电源输入端跨接10100uf的电解电容器。如有可能，接100uF以上的更好。 原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容，如遇印制板空隙不够，可每48个芯片布置一个110pF的但电容。 对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容。 电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。,3.4 元器件的封装 3.4.1定义 封装，就是指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接。封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。 衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。封装时主要考虑的因素： 芯片面积与封装面积之比为提高封装效率，尽量接近1：1； 引脚要尽量短以减少延迟，引脚间的距离尽量远，以保证互不干扰，提高性能； 基于散热的要求，封装越薄越好。,3.4.2元器件的封装形式 SOP/SOIC封装 SOP是英文Small Outline Package的缩写，即小外形封装。 DIP封装 DIP是英文 Double In-line Package的缩写，即双列直插式封装。 PLCC封装 PLCC是英文Plastic Leaded Chip Carrier的缩写，即塑封J引线芯片封装。 TQFP封装 TQFP是英文thin quad flat package的缩写，即薄塑封四角扁平封装。,PQFP封装 PQFP是英文Plastic Quad Flat Package的缩写，即塑封四角扁平封装。 TSOP封装 TSOP是英文Thin Small Outline Package的缩写，即薄型小尺寸封装。 BGA封装 BGA是英文Ball Grid Array Package的缩写，即球栅阵列封装。,3.4.3 protel元件封装库总结 PROTEL常用元件封装： 电阻；无极性电容；电解电容；电位器；二极管等 现在以PROTEL中的DEVICE.LIB库为例，谈谈元器件在该库中的封装。晶体管是常用的的元件之一，在DEVICE.LIB库中，简简单单的只有NPN与PNP之分，但实际上，如果它是NPN的2N3055那它有可能是铁壳子的TO-3，如果它是NPN的2N3054，则有可能是铁壳的TO-66或TO-5。而晶体管CS9013，有TO-92A，TO-92B，还有TO-5，TO-46，TO-52等等。,3.5 PCB制版工艺 PCB(Printed Circuie Board)印制线路板的简称，通常把在绝缘材上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板，亦称为印制板或印制电路板。,3.5.1 PCB发展历史 我国从五十年代中期开始了单面印制板的研制.首先应用于半导体收音机中.六十年代中自力更生地开发了我国的覆箔板基材,使铜箔蚀刻法成为我国PCB生产的主导工艺.六十年代已能大批量地生产单面板,小批量生产双面金属化孔印制 ,并在少数几个单位开始研制多层板.七十年代在国内推广了图形电镀蚀刻法工艺,但由于受到各种干扰,印制电路专用材料和专用设备没有及时跟上,整个生产技术水平落后于国外先进水平.到了八十年代,由于改革、开放政策的批引,不仅引进了大量具有国外八十年代先进水平的单面、双面、多层印制板生产线,而且经过十多年消化、吸收,较快地提高了我国印制电路生产技术水平。,3.5.2PCB在电子设备中的地位和功能 PCB是电子工业重要的电子部件之一，几乎每种电子设备,小到电子手表,计算器,大到计算机,通讯电子设备,军用的武器系统,只要有集成电路等电子元器件,为了它们之间电气互连,都要使用印制板,3.5.3PCB的特点 可高密度化 高可靠性 可设计性 可生产性 可测试性 可组装性 可维护性,3.5.4 PCB的种类 单面板（Single-Sided Boards）：在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。 双面板（Double-Sided Boards）：这种电路板的两面都有布线。不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。 多层板（Multi-Layer Boards）：为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。多层板使用数片双面板，并在每层板间放进一层绝缘层后黏牢（压合）。,3.5.5 PCB的制造原理 如果用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内