印制电路板项目设计方案.doc

印制电路板项目设计方案8.1 印制电路板的概述印制电路板（Printed Circuit Board,PCB，简称印制板），是由绝缘基板、连接导线和焊接电子元器件的焊盘组成的，具有导线和绝缘底板的双重作用。它可以实现电路中各个元器件的电气连接，代替复杂的布线，减少传统方式下的工作量，简化电子产品的装配、焊接、调试工作；缩小整机体积，降低产品成本，提高电子设备的质量和可靠性；印制电路板具有良好的产品一致性，它可以采用标准化设计，有利于在生产过程中实现机械化和自动化；使整块经过装配调试的印制电路板作为一个备件，便于整机产品的互换与维修。由于具有以上优点，印制电路板已经极其广泛地应用在电子产品和生产制造中。印制电路板是实现电子整机产品功能的主要部件之一，其设计是整机工艺设计中的重要一环。印制电路板的设计质量，不仅关系到电路在装配、焊接、调试过程中的操作是否方便，而且直接影响整机的技术指标和使用、维修性能。印制电路板的成功之作，不仅应该保证元器件之间准确无误的连接，工作中无自身干扰，还要尽量做到元器件布局合理、装焊可靠、维修方便、整齐美观。一般说来，印制电路板的设计不像电路原理设计那样需要严谨的理论和精确的计算，布局排版并没有统一的固定模式。对于同一张电路原理图，因为思路不同、习惯不一、技巧各异，不同的设计者会有不同的设计方案。随着电子产品的发展，尤其是电子计算机的出现，对印制板技术提出了高密度、高可靠、高精度、多层化的要求，到20世纪90年代，国外已能生产出超高密度，而印制板的生产水平达到42层。随着电子产品向小型化、轻量化、薄型化、多功能和高可靠性的方向发展，对印制电路板的设计提出了越来越高的要求。从过去的单面板发展到双面板、多层板、挠性板，其精度、布线密度和可靠性不断提高。不断发展的印制电路板制作技术使电子产品设计、装配走向了标准化、规模化、机械化和自动化的时代。掌握印制电路板的基本设计方法和制作工艺，了解其生产过程是学习电子工艺技术的基本要求。印制电路板按其结构可分为以下5种：1 单面印制电路板单面印制板是在厚度为0.2mm5.0mm的绝缘基板上一面有铜箔，另一面没有覆铜，通过印制和腐蚀的方法，在铜箔上形成印制电路，无覆铜一面放置元器件，因其只能在单面布线，所以设计难度较双面印制电路板和多层印制电路板的设计难度大。它适用于一般要求的电子设备，如收音机、电视机等。2 双面印制电路板在绝缘基板（0.20.5mm）的两面均覆有铜箔，可在两面支撑印制电路，它两面都可以布线，需要用金属化孔连通。它适用于一般要求的电子设备，如电子计算机、电子仪器、仪表等。由于双面印制电路的布线密度较高，所以能减小设备的体积。3 多层印制电路板在绝缘基板上制成三层以上印制电路的印制板称为多层印制电路板。它是由基层较薄的单面板或双层面板粘合而成，其厚度一般为1.2mm2.5mm。目前应用较多的多层印制电路板为46层板。为了把夹在绝缘基板中间的电路引出，多层印制板上安装元件的孔需要金属化，即在小孔内表面涂敷金属层，使之与夹在绝缘基板中间的印制电路接通。它的特点是：（1）与集成电路块配合使用，可以减小产品的体积与重量；（2）可以增设屏蔽层，以提高电路的电气性能；（3）电路连线方便，布线密度高，提高了板面的利用率。4软印制板软印制板也称挠性印制板，基材是软的层状塑料或其他质软膜性材料，如聚脂或聚亚胺的绝缘材料，其厚度为0.25mm1mm。此类印制板除了质量轻、体积小、可靠性高以外，最突出的特点是具有挠性，能折叠、弯曲、卷绕。它也有单层、双层及多层之分，被广泛用于计算机、笔记本电脑、照相机、摄像机、通信、仪表等电子设备上。5 平面印制电路板印制电路板的印制导线潜入绝缘基板，与基板表面平齐。一般情况下在印制导线上都电镀一层耐磨金属层，通常用于转换开关、电子计算机的键盘等。8.2 印制电路板的设计8.2.1 印制电路板的前期准备1 制作四张图纸电路板作为电子设备中的重要组装部件，其设计和制作是整机工艺设计中不可缺少的环节。印制电路析设计不像电路原理设计那样需要严谨的理论和精确的计算，排版布局也没有统一的固定模式，但在设计过程中存在着一定的规范和原则。电子工程技术人员必须掌握这些基本规范和设计原则，以保证元器件之间准确无误的连接，并防止干扰。尽量做到：元器件布局合理、装配和焊接可靠、调试和维修方便，否则将直接影响整机的技术指标与性能。为了正常地进行生产，印制电路板的设计需要完成四张图纸。（1）印制线路布线图 此图是印制线路板设计的关键。它充分体现了设计人员的设计思想、设计方法和技巧。它是其他图纸设计的依据，其设计质量将直接影响整机的电气性能。（2）印制线路照相底图 它是用于产生照相原版或照相底板的图形结构，它来源于印制线路布线图。一般按照2:1或4:1的比例绘制实际版面尺寸的放大底图。对于简单线路，底图可以与实际版面尺寸相同。高精度、高密度的印制板，通常情况下都需要适当扩大，照相制版时再缩回到实际尺寸，以保证胶片的精度。（3）机械加工图 它是用于标明印制板外形尺寸、孔位、孔径及形位公差等机械加工的图纸，图中应标明所用材料、工艺要求以及其他说明。该图还要严格按机械图的标准绘制，尺寸公差应符合国家标准，一般采用和印制板线路图形相同的比例。如采用其他比例需要明确标出。（4）印制线路装配图 该类图纸是用来表示各个电子元器件的安装位置及跨接导线走向、指导装配以及日后维修用的图纸。2 设计准备在开始设计印制电路板之前，有很多准备工作要做。设计者应该通过这些工作，尽可能掌握更多的技术资料和产品决策信息，这是创造成功设计的必要前提。进入印制电路板设计阶段时，产品的整机结构、电路原理和主要参数、印制电路板的外形、印制电路板的对外连接方式等应基本确定。3 印制电路板参数的确定（1）确定板材 确定板材主要是依据整机的性能要求、使用条件以及销售价格。分立元器件的电路常用单面板，因为分立元器件的引线少，排列位置便于灵活变换。双面板多用于较复杂的集成电路尤其是双列直插式封装的元器件，因为器件引线的间距小而数目多，在单面板上布设不交叉印制导线十分困难，对于比较复杂的电路几乎无法实现。在印制板的选材中，不仅要了解敷铜板的性能指标，还要熟悉产品的特点、才可能在确定板材时获得良好的性能价格比。（2）印制板形状 印制电路板的形状通常由整机结构和内部空间位置的大小决定。外形应该尽量简单，一般采用长方形为好，长宽比的尺寸为3：2或4：3为最佳，不宜比例过大，否则，容易变形并使强度减低。采用长方形，可以简化印制板制作成型的加工量。若采用异形板，将会增加制板难度和加工成本，故应尽量少用。（3）印制板尺寸 印制电路板尺寸要根据总体设计的要求，从整机的内部结构和板上元器件的数量、尺寸及安装、排列方式来决定，应尽量采用标准值。印制电路板上元器件之间要留有一定间隔，特别在高压电路中，更应该留有足够的间距；在考虑元器件所占用的面积时，要注意发热元器件安装散热片的尺寸；在确定了板的净面积后，还应当向外扩出510mm，便于印制板在整机中的安装固定；如果印制板的面积较大、元器件较重或在振动环境下工作，应该采用边框、加强筋或多点支撑等形式加固；当整机内有多块印制板，特别当这些印制板是通过导轨和插座固定时，应该使每块板的尺寸整齐一致，有利于它们的固定与加工。（4）板厚度 在确定板的厚度时，主要根据印制板尺寸大小和元器件的重量以及振动冲击等因素来决定，如果板的尺寸过大或板上的元器件过重，都应该适当增加板的厚度或对印制板采取加固措施，否则印制板容易产生翘曲。通常印制板尺寸小于100150mm2时，其厚度常采用1.5mm的，大于200150mm2时，其厚度可选用2.0mm的。注意，当印制板对外通过印制板插座连线时，必须注意插座槽的间隙一般为1.5mm，若板材过厚则插不进去，过薄则容易造成接触不良。8.2.2 印制电路板的布局印制电路板设计的主要内容是把电子元器件在一定的印制板面积上合理地布局排版，这是印制电路板设计中最重要的一环，对于模拟电路和高频电路尤为重要。印制电路板设计不是简单地按照电路原理把元器件通过印制导线连接起来就行了，而是要考虑电路的特点和要求，如高频电路对低频电路的影响，各元器件之间是否产生有害的干扰，以及热传递等方面的影响。因此，为使整机能稳定可靠地工作，就要对元器件及其连线在印制板上进行合理的排版布局。如果排版布局不合理，就有可能出现各种干扰，以至合理的原理方案不能实现，或使整机技术指标下降。印制板布局的基本要求是既要保证电路的电气性能，也要便于产品的生产、使用和维护，还要使印制导线尽可能短。下面介绍排版布局的一般基本原则，力求使排版设计尽量合理。1. 按照信号流的走向布局首先把整个电路按照功能划分成若干个单元电路，按照电信号的流向，依次安排各个功能电路单元在板上的位置，其布局应便于信号流通，并使信号流向尽可能保持一致的方向。通常情况下，信号流向安排成从左到右（左输入、右输出）或从上到下（上输入、下输出）。与输入、输出端直接相连的元器件应当放在靠近输入、输出接插件或连接器的地方。以每个功能电路的核心元件为中心，一般以三极管或集成电路等作为核心元件，围绕它来进行布局，并根据各电极位置来排布其他元器件。同时还要考虑每个元器件的形状、尺寸、极性和引脚数目，通过调整它们的位置与方向，以缩短连线。2 .特殊元器件优先确定电子整机产品的干扰问题比较复杂，它可能由电、磁、热、机械等多种因素引起。在设计印制板的版面、决定整机电路布局的时候，应该分析电路原理，先确定特殊元器件的位置，然后再安排其他元器件，并采取措施，使印制板上可能产生的干扰得到最大限度的抑制。3. 操作元件的位置要合适对于电位器，可变电容器或可调电感线圈等可调节的元件布局，要考虑整机结构的安排。如果是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应，如果是机内调节，则应放在印制板上能够方便地进行调节的地方。为了保证调试、维修的安全，特别要注意带高电压的元器件（例如显示器的阳极高压电路元件），尽量布置在操作时人手不易触及的地方。4. 增加机械强度要注意整个电路板的重心平衡与稳定。对于大而重、发热量较多的元器件（如电源变压器、大电解电容器和带散热片的大功率晶体管等），一般不要直接安装固定在印制板上。应当把它们固定在机箱底板上，使整机的重心靠下，容易稳定。否则，这些大型元器件不仅要大量占据印制板上的有效面积和空间，而且在固定它们时，往往可能使印制板弯曲变形，导致其他元器件受到机械损伤，还会引起对外连接的接插件接触不良。重量在15g以上的大型元器件，如果必须安装在电路板上，不能只靠焊盘焊接固定，应当采用支架或卡子等辅助固定措施，如图8.2.1所示。图8.2.1 采用固定件安装元件5. 元器件的位置布局在印制板的排版设计中，元器件在印制板布设得正确与否，将直接影响到印制板部件的电性能，同时它决定了板面的整齐美观程度和印制导线的长短与数量，对整机的可靠性也有一定的影响。布设元器件应该遵循的几条原则是：（1）在保证电性能合理的原则下，元器件应相互平行或垂直排列，在整个板面上应分布均匀、疏密一致。（2）元器件不要布满整个板面，注意板边四周要留有一定余量，位于印制电路板边上的元器件，距离印制板的边缘至少应该大于2mm。电子仪器内的印制板四周，一般每边都留有510mm空间。（3）元器件的布设不能上下交叉。相邻两个元器件之间要保持一定的间距。间距不得过小，避免相互碰接。如果相邻元器件的电位差较高，则应当保持安全距离，如图8.2.2所示。安全间隙一般不应小于0.5mm。一般环境中的间隙安全电压是200V/mm。（4）通常情况下，不论单面板还是双面板，所有元器件应该布设在印制板的一面，并且每个元器件的引出脚要单独占用一个焊盘。（5）元器件的安装高度要尽量低，一般元件体和引线离开板面不要超过5mm，过高则承受振动和冲击的稳定性变差，容易倒伏或与相邻元器件碰接。因此，元器件的安装位置要注意考虑元件不同体积、高度及引线的相互影响。根据印制板在整机中的安装位置及状态，确定元件的轴线方向。规则排列的元器件，应该使体积较大元件的轴线方向在整机中处于竖立状态，可提高元器件在板上固定的稳定性，如图8.2.3所示。合理不合理(a)(b) 图8.2.2 元器件的安全间隙图8.2.3 元器件布设方向（6）元件两端焊盘的跨距应该稍大于元件体的轴向尺寸，如图8.2.4所示。引线不要齐根弯折，弯脚时应该留出一定的距离（至少2mm），以免损坏元件。(a)(b)（7）相邻电感元件放置的位置应相互垂直，在高频电路中决不能平行（两祸合电感除外），以防电磁耦合，影响电路的正常工作。图8.2.4 元器件的装配8.2.3 印制板上元器件的安装及排列1元器件的安装方式(b)(a)印制板上元器件有立式与卧式两种安装方式。后者是指元器件的轴线方向与印制板面平行，而前者与印制板面垂直，如图8.2.5所示。在设计印制板时可以采用其中一种方式或同时使用两种方式。但要确保电路的抗振性能好，安装维修方便，元器件排列疏密均匀，有利于印制导线的布设。 图8.2.5 元器件的安装方式（1）立式安装立式安装的元器件占用面积小，单位面积上容纳元器件的数量多。这种安装方式适合于元器件排列密集紧凑的产品，如半导体收音机和小型便携式仪器。立式安装的元器件要求体积小重量轻，过大、过重的元器件不宜立式安装，否则，整机的机械强度变差，抗振能力减弱，元器件容易倒伏造成相互碰接，降低电路的可靠性。（2）.卧式安装元器件卧式安装具有机械稳定性好，版面排列整齐等优点。卧式安装使元器件的跨距加大，便于从两个焊点之间走线路，对于印制导线的布设十分有利。2元器件的排列方式元器件应当均匀、整齐、紧凑地排列在印制板上，尽量减少和缩短各个单元电路之间和每个元器件之间的引线。（1）不规则排列元器件不规则排列也称为随机排列，其轴线可任意方向排列，如图8.2.6所示。用这种方式排列元器件，看起来杂乱无章，但由于不受位置和方向的限制，因而在印制导线布设上方便，可以减少和缩短元器件的连线，对于减少印制板的分布参数、抑制干扰很有好处，特别是对于高频电路和音频电路极为有利。这种排列方式还在立式安装元器件时被采纳。(2)规则排列元器件的轴线方向排列一致，并与板面的四周垂直、平行，如图8.2.7所示。这种排列方式元器件排列规范，整齐美观，方便装配、焊接、调试，易于生产和维护。电子仪器中的元器件常采用这种排列方式。除了高频电路之外，一般电子产品中的元器件都应尽可能平行或垂直排列。规则排列的方式特别适用于板面相对宽松、元器件种类相对较少而数量较多的低频电路中。元器件卧式安装时一般要以规则排列为主。图8.2.6 元器件的不规则排列 图8.2.7 元器件的规则排列(3)网格排列与规则排列类似，但板上焊盘的位置一般要求在交点上，如图8.2.8所示。网格为等距正交网格，国际IEC标准中，正交网格的标准格距为2.54mm；国内的标准格距为2.5mm。此标准格距只在计算机自动设计、自动化打孔、元器件自动化装焊中才有实际意义。对于人工打孔和手工装配，除了双列直插式集成电路的引脚外，其他元器件焊盘的位置则可以不受此格距的限制。在高密度布线需要更小的网格时，可采用1.25mm或0.625mm的格距。图8.2.8 网格排列不同排列方式的选择要根据产品要求、生产费用等综合考虑，在保证产品性能的前提下采用规则排列有利于减少生产费用。3.元器件焊盘的定位元器件的每个引出线都要在印制板上占据一个焊盘，焊盘的位置随元器件的尺寸及其固定方式而改变。对于立式固定和不规则排列的版面，焊盘的位置可以不受元器件尺寸与间距的限制。对于规则排列的版面，要求每个焊盘的位置及彼此间的距离应该遵守一定标准，无论采用哪种固定方式或排列规则，焊盘的中心（即引线孔的中心）距离印制板的边缘不能太近，一般距离应在2.5mm以上，至少应该大于板的厚度。4.焊盘及导线元器件在印制板上的固定，是靠元件引脚焊接在焊盘上实现的。印制电路的焊盘是一个与印制导线相连接的圆环。元器件彼此之间的电气连接，依靠印制导线。这一节主要介绍焊盘与印制导线的设计方法和注意事项。(1)焊盘的形状焊盘的形状最常见的有岛形、圆形和方形三种。岛形焊盘 岛形焊盘如图8.2.9（a）所示。焊盘与焊盘之间的连线合为一体，犹如水上的小岛。它常用于元件的不规则排列，特别是当元器件采用立式安装时更为普遍，适合于元器件密集固定。圆形焊盘 圆形焊盘如图8.2.9(b) 所示，焊盘与引线孔是同心圆。焊盘的外径一般为孔径的23倍。在同一块板上，除个别大元件需要大孔以外，一般焊盘的外径应取为一致。圆形焊盘多在元件规则排列方式中使用，双面印制板也多采用圆形焊盘。方形焊盘 方形焊盘如图8.2.9 (c)所示，印制板上元器件体积大、数量少且印制线路简单时，多采用方形焊盘。它的设计制作简单，精度要求低，容易实现，可适合手工制作印制板。在一些大电流的印制板上也多用这种形式，它可以获得大的载流量。岛形圆形方形图8.2.9 常见的几种焊盘(2)引线孔的直径引线孔具有电气连接和机械固定的作用。引线孔钻在焊盘中心，孔径应该比所焊接的元器件引线的直径大0.20.3mm，才能方便地插装元器件；但孔径也不能太大，否则在焊接时不仅用锡量多，并且容易因为元器件的活动而造成虚焊，使焊接的机械强度变差。元器件引线孔的直径优先采用0.5、0.8和1.2mm等尺寸。在同一块电路板上，孔径的尺寸规格应当少一些。要尽可能避免异形孔，以便降低加工成本。为了保证双面板或多层板上金属化孔的生产质量，孔径一般要大于板厚的三分之一，否则，将会造成孔金属化工艺的困难而提高成本。(3) 焊盘的外径在选用焊盘的外径时，应当考虑焊盘的抗剥强度。单面板焊盘的外径一般应当比引线孔的直径大1.3mm以上，即如果焊盘的外径为D，引线孔的孔径为d，应有Dd+1.3mm对于双面板，焊盘的最小直径可以是Dmind+1.3mm，并参照表8.2.1。表8.2.1 圆形焊盘最小允许直径引线孔径/mm1.0最小焊盘直径/mm1.51.522.53.03.54.0在高密度印制板上，由于制作要求高，焊盘的最小外径可选为D =d+0.7mm或者更小。在设计焊盘时，如果外径太小，焊盘就容易在焊接时粘断或剥落；但也不能太大，因太大不容易焊接并且影响印制板的布线密度。(2)印制导线印制导线的宽度电路板上的印制导线具有一定的电阻，当电流通过时，要产生热量和一定压降，因此，选用合适的印制导线是很重要的。印制导线是由铜箔组成的，尽管铜是一种良导体，但仍具有一定电阻，且电阻随温度变化，同时流过一定强度的电流又会引起导线温度升高。表8.2.2是同样规格印制导线温度和电阻的特性。表8.2.2 印制导线平均电阻序 号试 验 条 件电阻/（/m）12345正常条件温度40，相对湿度95%，48h温度60，10h温度50，10h温度100，2h0.3060.3260.1960.3410.385常见印制导线宽度和它们允许通过的最大电流的关系如表8.2.3所示。表8.2.3 印制导线最大允许工作电流导线宽度/mm11.522.533.54导线面积/mm20.050.0750.10.1250.150.1750.2导线最大允许工作电流/A11.522.533.54 印制导线的间距印制导线之间的距离将直接影响电路的电气性能，导线之间距离的确定，应当考虑导线之间的绝缘强度、分布电容等。当频率不同时，即使印制导线的间距相同，其绝缘强度也是不同的。频率越高时，相对绝缘强度就会下降。导线间距越小，分布电容就越大，电路稳定性就越差。尤其是在高频状态下对电路产生的影响就更大。表8.2.4给出的间距、电压参考值在一般设计中是安全的。表8.2.4 印制导线的间距最大允许工作电压导线间距/mm0.511.523工作电压/V100200300500700在设计时，印制导线间距通常采用11.5mm。为了保证产品的可靠性，应该尽量使导线间距不要小于1mm。如果板面线条较密而布线困难，只要绝缘电阻及工作电压允许，导线间距也可以进一步减小，但这在业余条件下自制电路板是很难做到了。避免导线的交叉在设计印制板版图时，应该尽量避免印制导线的交叉。这一点，对于双面板的设计比较容易实现，而对单面板的设计相应就要困难一些。在设计单面板遇到导线绕不过去而不得不交叉的情况，可以采用绝缘导线跨接交叉点，但这种跨接线应该尽量少。印制导线的走向与形状印制电路板布线是按照原理图要求将元器件和部件通过印制导线连接成电路，使印制导线“走通”是最基本的要求，走的“好与不好”是掌握技巧和经验的具体表现。关于印制导线的走向与形状，图8.2.10 是导线走向与形状的几个实例。实际设计时要根据具体电路条件进行选择，在设计时应该注意以下几点。印制导线的走向应简洁和美观，不能有急剧的拐弯和尖角，拐角不得小于90。这是因为很小的内角在制板时难以腐蚀；而在过尖的外角处，铜箔容易剥离或翘起。在导线拐弯时要避免出现锐角，最佳的拐弯形式是平缓的过渡，即拐角的内角和外角最好都是圆弧。导线通过两个焊盘之间而不与它们连通的时候，应该使导线与两个焊盘之间的间距保持最大，导线与导线之间的距离也应当均匀地相等并且保持最大。图8.2.10 印制导线的走向与形状导线与焊盘的连接处要平滑过渡，避免出现小尖角。焊盘之间导线的连接：当焊盘之间的中心距小于一个焊盘的外径D时，导线的宽度可以和焊盘的直径相同；如果焊盘之间的中心距比D大时，则应减小导线的宽度；如果一条导线上有三个以上焊盘，它们之间的距离应该大于2D。印制线的布局顺序印制线设计是在布局基本完成后进行的，在布线设计时如果发现布局不合理或布线困难，应及时调整布局，如改变某个元件的布设方向，加大某两个元件的距离等。因此，一般情况下布线和布局有几次反复是很正常的，有些复杂电路要反复很多次才能获得比较满意的效果。布线设计的基本考虑是如何使印制导线最短，同时要使导线的形状合理。具体布线时要考虑以下几点。先设计公共通路的导线。公共通路导线主要指电源线和地线。这些线要连接每个单元电路，走线距离最长，应先设计它们。然后再考虑信号线的布设。按信号流向进行布线。在设计导线时，一般按信号流向逐个设计各单元电路的导线。走线要简捷。在设计导线时，应尽可能使导线的长度最短。除了电源线和地线之外，导线的宽度和线距应整齐、均匀、美观。双面板布线要求。双面板的导线设计一般要求同一层面上的导线方向尽可能一致，或者都是水平方向布线或者都是垂直方向布线；元件面的导线与焊接面的导线相互垂直；两个层面的导线连接必须通过通孔。8.2.4 印制电路板设计一般来说，设计电路板最基本的过程可以分为电路原理图设计、生成网络表和印制电路板设计三个主要步骤。1. 电路原理图设计(1) 启动Protel电路原理图编辑器。(2) 设置电路图的图纸大小和规划电路图的总体布局。绘制电路原理图前必须根据实际电路的复杂程度来设置图纸的尺寸。设置图纸的过程实际是一个建立工作平面的过程，用户可以设置图纸的尺寸、方向、网格大小以及标题栏等。(3) 放置元件。根据实际电路的需要，从元件库里取出所需元器件放置到工作平面上。然后在工作平面上对元器件的位置进行调整和修改，并对元件的编号、封装形式和显示状态等进行定义和设置，为下一步工作打好基础。(4) 原理图布线。该过程实际就是一个画图的过程，利用各种工具、指令进行布线，将工作平面上的元器件用有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的电路原理图。(5) 检查校对并打印输出。利用Protel所提供的各种强大功能对所绘制的电路原理图进一步进行检查、调整和修改，以保证电路原理图的美观和正确。在确认没有错误时，可打印输出。2. 生成网络表网络表是电路原理图设计与印制电路板设计之间的一座桥梁。绘制电路图的主要的目的是为了将设计电路转换出一个有效的网络表，以供其他后续处理程序（例如PCB程序或仿真程序）使用。由于Protel系统的高度集成性，用户可以在不离开绘图页编辑程序的情况下，直接下命令产生当前绘图页或这个项目的网络表。网络表的内容主要为电路绘图页中各元件的数据以及元件间网络连接的数据。由绘图页产生网络表时，只要是通过网络标签所连接的网络就被视为有效的连接，而并不需要真正地由连线将网络各端点实际地连接在一起。3.印制电路板设计在完成电路原理图绘制，包括生成网络表之后，可进行印制电路板。当然，有时候（简单电路）也可以不要绘制原理图，而直接进入PCB设计。(1)规划电路板在绘制印制电路板之前，用户要对电路板有一个初步的规划，比如说电路板采用多大的物理尺寸，采用几层电路板，是单面板还是双面板，各元件采用何种封装形式及其安装位置等，主要是确定电路板设计的框架。 (2) 设置参数设置参数主要是设置元件的布置参数、板层参数、布线参数等。一般来说，有些参数用默认值即可，有些参数在使用过Protel以后，以后几乎无需修改。(3) 装入网络表及元件封装网络表是电路板自动布线的灵魂，也是电路原理图设计系统与印制电路板设计系统的接口。因此这一步是非常重要的环节。只有将网络表装入之后，才可能完成对电路板的自动布线。元件的封装就是元件的外形，对于每个装入的元件必须有相应的外形封装，才能保证电路板布线的顺利进行。(4) 元件的布局规划好电路板并装入网络表后，用户可以让程序自动装入元件，并自动将元件布置在电路板边框内。也可自己手工布局。元件的布局合理，才能进行下一步的布线工作。(4) 自动布线只要将有关的参数设置得当，元件的布局合理，自动布线的成功率非常高。(6) 手工调整自动布线结束后，往往存在令人不满意的地方，需要手工调整。(7) 文件保存及打印输出完成电路板的布线后，保存完成的电路线路图文件。然后利用各种图形输出设备，如打印机输出电路板的布线图。8.2.5 使用Protel DXP设计电路板Protel系列软件是深受电子设计人员喜爱的专用设计软件，版本号由原来的1.0、1.5、2.8不断升级，目前流行的版本有Protel 98、Protel 99SE和Protel DXP。Protel DXP不是单纯的PCB设计工具，而是一套由5大模块组成的系统工具，分别是SCH（原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB（印制电路板）设计、AutoRouter（自动布线器）和FPGA设计，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。1 .熟悉Protel DXP软件的操作界面Protel DXP集成环境是用户和Protel DXP打交道的地方，所有Protel DXP功能都是从这个环境中启动的。Protel DXP的集成环境和以前各个版本的集成环境有所不同， Protel DXP采用的是类似Windows XP风格的界面。（1）Protel DXP菜单栏Protel DXP的菜单栏是用户启动和优化设计的入口，它具有命令操作、参数设置等功能。用户进入Protel DXP，首先看到的菜单有：File、View、Project、Windows和Help的下拉菜单。如图8.2.11所示。图8.2.11 Protel DXP主窗口（2） Protel DXP文件管理Protel DXP引入设计工程的概念，在印制电路板的设计过程中，一般先建立一个工程文件，该文件扩展名为.Prj*。该文件只是定义工程中的各个文件之间的关系，并不将各个文件包含于内，在设计工程过程中，建立的原理图、PCB等的文件都以分立文件的形式保存在计算机中。Protel DXP将所有的设计文档存为独立的文件，可以使用Windows资源管理器找到它们。Protel DXP工程文件中包含了指向它们的链接和必要的工程维护信息。创建工程运行Protel DXP，执行菜单命令File | New |PCB Project，如图8.2.12所示。执行了这个命令后，Protel DXP就创建了一个空的PCB工程，并使用肋缺省的名字，从集成环境左侧的Project面板中可以看到这个空的工程，如图8.2.13所示。 图8.2.12 Protel DXP菜单 图8.2.13 新建的空工程执行菜单命令File | Save Project As，选择合适的路径和文件名，将此工程存盘。加入新文件建好工程后，需要往里面添加文件，可以添加的文档类型很多，例如原理图、原理图库、PCB图、PCB库和VHDL文档等。下面演示添加一个原理图文档的案例。执行菜单命令File | New | Schematic，Protel DXP就会直接在当前工程中添加一个空的原理图文档，并且使用缺省的文件名，如图8.2.14所示。可以将这个文档重新命名保存。图8.2.14 加入空的原理图文档从工程中删除文件在工程面板中右键单击欲删除的文件，在弹出的菜单中选择Remove from Project选项，并在弹出的提示对话框中单击 Yes 按钮，如图8.2.15所示，即可将此文件从当前的工程中删除。图8.2.15 确认删除的对话框将文件加入工程自由文档也可以加入工程中。在工程面板中，右键单击欲加入工程的文档，在弹出的菜单中选择Add to Project选项即可。2 电路原理图的设计电路原理图设计是整个电路设计的灵魂所在，它除了可以表达电路设计者的设计思想外，在印制电路板的设计过程中，还提供了各个元器件连线的依据。只有美观的原理图，才能清晰准确地反映设计者的意图，方便日常交流。因此，学会绘制正确、美观、清晰的原理图是非常重要的。（1）电路原理图设计的基本原则在创建原理图库的时候，要求把元件库建得规范。规范的元件库必须遵循以下统一的引脚排列规则。电源引脚放在元件上部，地线引脚放在元件下部；输入引脚放在元件左边，输出引脚放在元件右边；功能相关的引脚靠近排列，功能不相关的引脚保持一定间隙。按照以上规定把元件摆在原理图上，使电路原理图可读性强、布局美观，并大大减少连线绕来绕去的现象。在绘制原理图时，还应该遵循以下规则。顺着信号的流向摆放元件；同一个功能模块中的元件靠近放置；电源线在上面，地线在下面，或者电源线与地线平行走。（2）原理图的绘制设置原理图选项绘制电路原理图时，首先要设置电路图纸，即设置电路图纸的图纸方向、幅面尺寸、标题栏、边框底色和文件信息等各种参数和相关信息。设置图纸参数可按照以下步骤进行。执行菜单命令Design| Document Options，出现如图8.2.16所示的设置图纸属性对话框。图8.2.16 设置图纸属性对话框在图8.2.16中，Snap项的设置将影响放置原理图中移动的最小步长。设定值的默认单位是mil，1000mil=2.54cm。Visible设置图纸上实际显示的栅格的距离，默认单位为mil。设置填写图纸设计信息，点击图中对话框顶部的Parameters标签，即可打开设置图纸设计信息对话框，如图8.2.17所示。图8.2.17 设置图纸信息对话框放置元器件在菜单中选择View|Workspace Panels|System|libraries调出元件库面板，如图8.2.18所示。在元件库中选定所需元件，将其放置到工作平面即可。图8.2.18 元件库面板元器件的删除执行菜单命令Edit | Delete后，将光标移动所要删除的元件上，单击鼠标左键即可。如果想退出删除命令状态，单击鼠标右键。也可选中该元件，然后按键盘上的Del键即可完成删除工作。编辑元件属性放置好元器件后，还要对元器件的属性进行编辑。主要包括元器件的序号、封装形式、管脚定义等。双击放置好的元器件，得到如图8.2.19所示的对话框。图8.2.19 元件属性编辑对话框连接线路在已经放置好的各个元器件之间，按照设计要求建立电气连接关系。可利用菜单中的Place来选取，也可用快捷键来选取。原理图布线工具栏如图8.2.20所示。图8.2.20 原理图布线工具栏具体操作：鼠标左键单击放置导线图标，代表进入画导线状态，移开到需要连接的起始点，左键单击，移动鼠标，要转折时，再点击鼠标左键，一直到连接的终止端，左键单击；如果还要继续画，继续移动鼠标，如果要结束画线状态，右键单击，则结束连线状态。自此，电路原理图的设计就完成了，如图8.2.21和图8.2.22所示。图8.2.21 单面板的电路原理图图8.2.22 双面板的电路原理图3.生成各种报表（1）生成网络表网络表的内容主要为原理图中各元件的数据（流水号、元件类型和封装信息）以及元件之间网络连接的数据。执行菜单命令Design| Netlist for Project | Protel，在项目管理器中会自动生成一个以“.NET”为扩展名的文件。（2）生成元器件报表元件的列表主要用于整理一个电路或一个项目文件中的所有元件。主要包括元件的名称、标注、封装等内容。执行菜单命令Reports | Bill of Material。从中可以得到每个元件的标识、库名称、元件类型描述、封装名称和元件参数等信息，单击对话框下方各按钮，可以生成各种元件报表。4.印制电路板的设计步骤这里以图8.2.21所示的单面板的原理图为例，来说明PCB板的具体设计过程。（1）创建好一个新工程项目，将绘制好的原理图添加到该工程项目中，并检查原理图的每个元件都有封装名称。（2）将原理图的内容传输到PCB板在已有的工程中新建PCB文件，再将已生成的网络表导入到PCB，执行原理图编辑环境下的菜单命令Design | Import Change From POWER.PCB，出现如图8.2.23所示对话框。图8.2.23 设计工程变化对话框点击 Execute Changes 按钮，将网络和元件封装载入PCB文件，单击 Close 按钮关闭该对话框，相应的网络和元件封装已经载入到PCB文件中肋，如图8.2.24所示。其中斜线框表示的是Room，可以看到元件间的引脚有虚线相连，称之为预拉线或者叫鼠线，代表了原理图连接的逻辑关系。图8.2.24 已装入网络和元件的PCB图（3）元件布局自动布局在PCB编辑器中执行菜单命令Tools | Auto Placemengt |Auto Placer，弹出如图8.2.25所示的对话框。其中，Cluster Placer是成组布局方式，Statistical Placer是统计布局方式。选中Cluster Placer方式，并选中 Quick Component Placement后单击 OK 按钮，即开始元件的自动布局。图8.2.25 元件自动布局对话框自动布局结束后，可以执行菜单命令Edit | Delete，点击剩余的Room区域，删除Room。手工调整元件布局一般自动布局的效果往往不能令人满意，还需要进行手工调整。如图8.2.26就是手工调整后的效果图。图8.2.26 手工调整后的效果图按Page Up,Page Down可以对画面进行放大和缩小，缩小到一定程度，鼠标左键拉出一个框，选中所有器件，鼠标放在所选区域内，当鼠标变成十字型时，拖动鼠标，同时按Page Down，移动所有器件到深黑色画布内。鼠标左键选中器件，拖动，对器件进行布局，尽量使预拉线少交叉，参照原理图的走线形式，一般布局成长方形。（4）PCB布线自动布线自动布线就是PCB编辑器内的自动布线系统根据使用者设定的有关布线参数和布线规则，依照一定的拓扑算法，按照事先生成的网络自动在各个元件之间连线，从而完成印制电路的布线工作。自动布线的方式灵活多样，既可以进行全局布线，也可以指定区域、指定网络、指定元件或指定连接等进行布线，要根据实际情况确定。如无特殊要求，可以直接对电路进行全局布线。执行菜单命令Auto Route | All，弹出布线对话框，如图8.2.27所示。图8.2.27 设置布线对话框选择正确的布线策略后，单击 Route All 按钮即进入自动布线状态。手动调整布线对地线或电源线的加粗处理、连线拐角的处理、安全间距不足的连线处理，布线严重不合理的连线处理、焊盘连接的泪滴处理，高频信号线的屏蔽处理。选择菜单View |Toolbars |Wiring，显示Wiring工具栏，和原理图绘制类似，左键单击放置导线小图标，进入画导线状态，鼠标箭头变为一个十字型，左键单击要绘制导线的起点，移动鼠标，到绘制终点，左键点击绘制，右键单击退出该段绘制，如果再右键单击，退出画线状态，如果还要画，就要继续左键单击放置导线小图标；如果起点和终点距离较长，要拐弯，每次拐弯，单击一下鼠标左键。单面板布完线的情形如图8.2.28所示。图8.2.28 单面板手工调整后的最终布线图另外，图8.2.22的双面板的最终布线图如图8.2.29所示。图8.2.29 双面板的最终布线图（5） 鼠标左键单击画布下方Keep-Out Layer，切换层到Keep-Out Layer，此为禁止层，是专门用来画边框的。选择菜单Place| Line画出一个框，把元件包括进去。（6）进行一些后期处理，例如补泪滴（Tools | TearDrops)、敷铜（Place | Polygon Plane)和做螺丝孔等，这些都不是必须的，视情况而定。（7）将印制板打印出来。8.3印制电路板的制造工艺随着电子工业的发展，尤其是微电子技术的飞速发展，对印制电路板的制造工艺、质量和精度也提出新的要求。印制板的品种从单面板、双面板发展到多层板和挠性板；印制线条越来越细、间距也越来越小。目前，不少厂家都可以制造线宽和间距在0.2mm以下的高密度印制板。但现阶段应用最为广泛的还是单、双面印制板，本节重点介绍这类印制板的制造工艺。8.3.1单面印制板的快速制作单面板只有一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板，仅在它敷铜的一面布线和焊接元件。这种方法适用于单件制作，常用于科研、电子设计比赛、电子课程设计、毕业设计、创新制作等环节。它具有成本低廉，约0.02元/cm2；制作速度快，约20分钟；精度可满足一般需求，线宽0.2mm，线间距0.2mm。印制板快速制作简单易行的制作方法是热转印法，是最常见的制板方法。热转印法工艺流程图如图8.3.1所示，具体步骤如下：（1）下料：按照实际设计尺寸用裁板机裁剪覆铜板，去除四周毛刺。（2）打印：将设计好的印制电路板布线图通过激光打印机打印到热转印纸上。该步骤有两点需要注意：a、布线图应该镜像打印；b、布线图必须打印在热转印纸的光面；（3）转印：将步骤（2）的热转印纸转印到覆铜板上。该步的作用是将热转印纸上的图形转移到覆铜板上。操作方法如下：将打印好的热转印纸覆盖在覆铜板上，送入热转印机来回压几次，使熔化的墨粉完全吸附在覆铜板上。待覆铜板冷却后，揭去热转印纸；（4）修版：检查步骤（3）的覆铜板热转印效果，是否存在断线或沙眼，若是，用油性笔进行描修。若无，则跳过此步，进入步骤（5）；（5）蚀刻：蚀刻液一般使用三氯化铁水溶液（或双氧水+盐酸+水，比例为2：1：2），浓度在28%42%之间，将描修好的印制电路板完全浸没到溶液中，蚀刻印制图形；（6）水洗：把蚀刻后的印制板立即放在流水中清洗3分钟，清洗板上残留的溶液；（7）钻孔：对印制板上的焊盘孔、安装孔、定位孔进行机械加工，采用高速精密台钻打孔。钻孔时注意钻床转速应取高速，进刀不宜过快，以免将铜箔挤出毛刺；（8）涂助焊剂：先用碎布沾去污粉后反复在板面上擦拭，去掉铜箔氧化膜，露出铜的光亮本色。冲洗晾干后，应立即涂助焊剂（可用已配好的松香酒精溶液）。助焊剂有以下两点作用：a、保护焊盘不氧化；b、助焊。图8.3.1 热转印法工艺流程图8.3.2小型工业制板双面板对于复杂的电路，由于单面板只能一个面上走线，并且不允许交叉，布线难度很大，布通率往往较低，因此通常只有电路比较简单时才采用单面板的布线方案。对于复杂的电路，通常采用双面板的布线方案。双面板是一种包括顶层（Top Layer）和底层（Bottom Layer）的电路板，顶层一般为元件面，底层一般为焊接面。双面板两面都敷上铜箔，因此PCB图中两面都可以布线，并且可通过导孔在不同工作层切换走线，相对于多层板而言，双面板的成本不高。对于一般的应用电路，在给定一定面积时通常都能100%布通，因此目前一般的印制板都是双面板。这里，我们将介绍如何使用小型工业制板设备制作具有工业水准的双面板。该套设备具有如下特点：（1） 制板速度较快（批量生产）；（2） 制作精度较高；（3） 具备镀锡、阻焊及字符工艺，焊接容易。 工业制板可分为六大块：底片制作、金属过孔、线路制作、阻焊制作、字符制作、OSP。工业制板流程图如图8.3.2。图8.3.2 工业制板流程图一、 底片制作底片制作是图形转移的基础，根据底片输出方式可分为底片打印输出和光绘输出，本节将介绍采用光绘输出方法制作光绘底片。1、 Gerber数据导出之前，我们已经完成了印制电路板（PCB）的设计。现在用Protel DXP 2004打开该PCB后，执行如下步骤：（1） 产生Gerber文件。执行命令：File/Fabrition Outputs/Gerber Files，跳