《印制电路板的设计与制作》PPT课件.ppt

印制电路板设计与制作 主编孙广江 语文教育出版集团 1 2 3 4 任务一印制电路板的概念及作用 图1 1单层印制电路板元件面 图1 2双层印制电路板 2 印制电路板的主要功能 1 为电路中的各种元器件提供必要的机械支撑 2 提供电路的电气连接 3 用标记符号将各个元器件标注出来 便于插装 检查及调试 1 印制电路板PrintedCricuitBoard PCB 印制板也称为印制线路板或印制电路板 通过印制板上的印制导线 焊盘及金属化过孔实现元器件引脚之间的电气连接 5 3 印制电路板发展历史 1 早期电路板 2 双面板 3 多层电路板 4 印制电路板应用的范围 1 民用印制板 2 工业用印制板 3 军用印制板及航空航天用印制板 5 印制电路板的分类 6 7 任务二印制电路板的组成 单面板单面板是一种一面有敷铜 另一面没有敷铜的电路板 用户只可在敷铜的一面布线并放置元件 图1 8单面板剖面图图1 9单面板实物图 2 双面板双面板包括顶层 TopLayer 和底层 BottomLayer 8 图1 10双面板剖面图图1 11双面板实物图 3 多层板多层板是包含了多个工作层的电路板 图1 12多层板剖面图图1 13多层板实物图 9 10 任务三印制电路板制作工艺流程 1 印制电路板制作流程 图1 14印制电路板制作流程图 11 2 单面印制板的工艺流程 3 多层印制板的工艺流程 下料 丝网漏印 腐蚀 去除印料 孔加工 印标记 涂助焊剂 成品 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 印外层图形 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 涂助焊剂 成品 4 具体流程 1 下料 2 钻孔 3 沉铜 4 全板镀铜 5 线路 6 图形电镀 7 蚀刻 8 退锡 9 丝印阻焊油墨 11 化金 喷锡 12 冲压 成型 10 印字符 13 电测 14 出货前的检验 12 13 任务四ProtelDXP2004SP2特点 1 ProtelDXP包含电路原理图设计 电路原理图仿真测试 印制电路板设计 自动布线器和FPGA CPLD设计 覆盖了以PCB为核心的整个物理设计 2 ProtelDXP提供了进行层次原理图设计的环境 支持 自上而下 和 自下而上 的层次电路设计 能够完成更加大型 更为复杂的电路设计 3 ProtelDXP提供了丰富的元件原理图库和PCB封装库 并且库的管理和编辑功能更加完善 操作更加简便 4 ProtelDXP提供了元件集成库的概念 5 ProtelDXP提供了电路原理图的混合仿真功能 可以十分方便地检查电路原理图中各个设计模块的正确性 6 ProtelDXP提供了丰富的设计检查功能 7 ProtelDXP全面兼容TANGO以及Protel的先前版本 8 ProtelDXP中同一设计的电路原理图和PCB之间具有动态连接功能 9 ProtelDXP同样也提供了丰富的快捷键支持以及连续操作功能 使得电路设计人员能够快速有效地完成电路设计工作 10 ProtelDXP提供了全新的FPGA CPLD设计功能 并且支持VHDL设计和混合设计模式 如FPGA SITUS拓扑布线技术 14 15 16 任务一原理图设计环境 17 启动ProtelDXP2004SP2原理图开发环境方法 1 在Windows操作系统的桌面上选择 开始 所有程序 Altium DXP2004 即可启动ProtdDXP 2 在菜单命令中选择 文件 新建 原理图文件 18 任务二印制电路板设计环境 19 启动ProtelDXP2004SP2PCB板开发环境方法 在菜单命令中选择 文件 新建 PCB文件 20 21 任务三电路仿真设计环境 启动ProtelDXP2004SP2仿真开发环境方法 在菜单命令中选择 设计 仿真 MixedSim 22 23 任务四工作窗口切换 1 文件标签切换 2 工作窗口面板的操作 Project工程面板 用于管理各种打开的文件 如原理图文件 PCB文件 库文件等 元件库面板 用于查找和放置各种元器件 如电阻 电容等 Files文件面板 用于打开项目 新建项目等操作 PCB面板 用于封装元件的管理 24 25 26 27 任务一设置原理图纸参数 1 原理图编辑环境 1 菜单栏 2 工具栏和状态栏 文件 菜单项 编辑 菜单项 查看 菜单项 项目 菜单项 放置 菜单项 设计 菜单项 工具 菜单项 报告 菜单项 视窗 菜单项 28 工具栏 状态栏及命令行 2 原理图纸的设置 3 原理图优先选项 29 1 General 选项卡 2 raphicalEditing 选项卡 3 Compiler 选项卡 4 工作面板 1 Projects 工作面板 2 元件库 工作面板 30 3 Files 工作面板 4 PCB 工作面板 5 SCHLibrary 工作面板 6 PCBLibrary 工作面板 31 5 工作面板的操作 1 工作面板的打开和关闭 2 工作面板的三种显示状态 6 原理图设计流程 32 7 创建原理图文件步骤 1 创建一个新的PCB项目 2 创建一个新的原理图图纸 33 34 任务二放置元器件及编辑元件 1 放置元件 1 利用菜单命令放置元件 2 使用工具栏放置元件 3 使用快捷键P P放置元件 操作方法同上 4 利用 元件库 工作面板放置元件 5 使用右键菜单的方法放置元件 2 编辑元件属性方法 35 36 任务三元件的复制 剪切 粘贴和删除 1 单个元件的选择 2 多个元件的选择 3 元件的取消 4 元件的复制 5 元件的剪切 6 元件的粘贴 7 元件的删除 37 38 任务四元件排列和对齐 1 元件排列 1 纵向对齐命令 2 水平对齐命令 2 旋转和翻转 1 快捷键Space Shift Space实现旋转 2 快捷键X Y实现水平翻转 3 移动和拖动 39 40 41 任务一导线绘制 42 1 导线绘制环境 1 使用电路图工具栏 2 执行菜单 放置 下的各个命令 2 启动绘制导线命令 3 导线属性设置 4 绘制总线 5 绘制总线分支 43 任务二放置电路节点 44 1 启动放置电路节点命令启动放置电路节点命令有两种方式 1 执行主菜单命令 放置 节点 2 单击画电路图工具栏中的放置节点图标 2 放置电路节点 1 在导线的交叉处自动加入节点 2 删除多余的节点 3 节点属性对话框 45 任务三放置电源和接地符号 46 1 电源和接地符号工具栏执行主菜单命令 查看 工具栏 2 放置电源和接地符号放置电源和接地符号主要有两种方法 1 单击绘制电路图工具栏中放置电源和接地符号的图标 2 执行主菜单命令 放置 电源端口 3 放置电源和接地符号的步骤 1 启动放置电源和接地符号命令后 光标变成十字形 同时一个电源和接地符号悬浮在游标上 2 在适合的位置单击鼠标或按Enter键 放置电源和接地符号 3 右击鼠标退出电源和接地放置状态 4 放置电源与接地符号实例 47 任务四放置网络标签 48 1 启动执行网络名称命令启动放置网络名称命令 有两种方法 1 执行菜单命 放置 网络标签 光标变成十字形 一个虚线框悬浮在游标上 2 单击绘图工具栏中的放置网络标签图标 2 放置网络名称的步骤 1 启动放置网络标签命令后 光标将变成十字形 并出现一个虚线方框悬浮在光标上 此方框的大小 长度和内容由上一次使用的网络名称决定的 2 将光标移动到放置网络名称的位置 导线或总线 光标上出现红色的 X 单击鼠标就可以放置一个网络标签了 但是一般情况下 为了避免以后修改网络名称的麻烦 在放置网络名称前 按Tab键 设置网络名称属性 3 移动鼠标到其它位置继续放置网络标签 放置完第一个网路标号后 不按鼠标右键 在放置网络标签的过程中如果网络名称的末尾为数字 那么这些数字会自动增加 49 4 右击鼠标或按Esc键退出放置网络名称状态 3 网络标签属性对话框启动放置网络标签命令后 按Tab键打开网络标签对话框 或者在放置网络标签完成后 双击网络标签打开网络标签属性对话框 50 任务五放置输入输出端口 51 1 启动制作输入输出端口命令启动制作输入输出端口命令主要有两种方法 1 利用工具栏上输入输出端口命令 2 执行主菜单命令 放置 端口 命令 2 放置输入输出端口 3 输入输出端口属性设置在制作输入输出端口状态下 按Tab键 或者在退出制作输入输出端口状态后 双击制作的输入输出端口符号 将弹出输入输出端口属性设置对话框 52 4 放置忽略ERC方法 1 启动放置忽略ERC测试点命令启动放置忽略ERC测试点命令 主要有两种方法 单击绘制电路图工具栏中的放置忽略ERC测试点命令图标 执行主菜单命令 放置 指示符 忽略ERC测试点 2 放置忽略ERC测试点的步骤启动放置忽略ERC测试点命令后 光标变成十字形 并且在光标上悬浮一个红叉 将光标移动到需要放置NOERC的节点上 单击鼠标完成一个忽略ERC测试点的放置 右击鼠标退出放置忽略ERC测试点状态 3 NOERC属性设置在放置NOERC状态下按Tab键 弹出NOERC属性设置对话框 主要设置NOERC的颜色和坐标位置 采用默认设置即可 53 54 55 任务一绘图工具应用 56 1 绘制直线 1 启动画直线命令 单击图形工具栏直线按钮 如图5 1所示 执行菜单命令 放置 画图工具 直线 2 绘制直线 3 设置直线属性 4 修改直线形状 2 画多边形 1 启动画直线命令 单击图形工具栏上的多边形按钮 执行菜单命令 放置 描图工具 多边形 2 绘制多边形 3 设置多边形属性 57 3 绘制椭圆弧与圆弧 1 启动画椭圆弧命令绘制一个椭圆弧有5个要素 即圆心 长轴半径 短轴半径 圆弧起点 圆弧终点 单击图形工具栏上的画圆弧命令 执行菜单命令 放置 画图工具 椭圆弧 2 绘制椭圆弧 3 设置椭圆弧的属性 4 绘制贝塞尔曲线 5 绘制其它图形DXP还提供了另外几种绘图工具 如矩形 圆角矩形 椭圆 圆 饼图 58 6 插入图片 1 启动插入图片命令 单击图形工具栏上的插入图片按钮 执行菜单命令 放置 画图工具 图片 2 插入图片 3 设置插入图片的属性 59 任务二放置单行文字及区块文字 60 1 放置文字 1 启动添加文字命令 单击图形工具栏上的添加文字标注按钮 执行菜单命令 放置 文本字符串 2 添加文字标注 3 设置文字标注的属性 2 在原理图中添加文本框当在绘制的电路原理图上需要有大段的文字说明时 就需要用到文本框了 放置文本框的方法与放置文字标注的方法一样 1 启动添加文本框命令 单击图形工具栏上的添加文本框按钮 执行菜单命令 放置 文本框 2 放置文本框 3 设置文本框的属性 61 62 63 任务一层次式电路设计 64 1 层次原理图的设计方法通常层次原理图的设计有两种方法 即自顶向下的设计方法和自底向上的设计方法 1 自顶向下设计层次原理图 65 2 自顶向下设计层次原理图 66 执行菜单命令 文件 新建 项目 PCB项目 在工作区而板的 Projects 选项卡中 新创建了一个名称为 PCB Projectl PrjPCB 的PCB项目文件 保存项目 名称为 单片机电路 执行菜单命令 文件 新建 原理图 保存原理图 名称为 单片机电路 1 启动放置方块图命令 单击布线工具栏上的放置方块电路按钮 执行菜单命令 放置 图纸符号 2 绘制方块电路 3 图纸符号属性对话框 4 放置方块电路端口 5 用导线连接方块电路 6 绘制对应方块电路的子图 67 任务二多通道电路设计 68 所谓多通道设计 是指对于多个完全相同的模块 不必进行重复设计 只要绘制一个图形符号和底层电路 直接设置该模块的重复引用次数即可 系统在进行项目编译时会自动创建正确的网络表 69 70 71 任务一原理图电气检査 72 1 电气检查规则的设置方法执行菜单命令 项目管理 项目管理选项 打开 项目管理选项 对话框 1 ErrorReporting 选项卡 设置原理图的电气检测法则 2 ConnectionMatrix 选项卡 设置电路连接方面的检测法则 3 Comparator 选项设置比较器 当两个文档进行比较时 系统将根据此选项卡中的设置进行检查 4 ECOGeneration 选项卡 设置工程变更命令 5 Options 选项卡 对文件输出 网络报表和网络标志符的应用范围等进行详细的设置 73 6 Multi Channel 选项卡 多通道设计的相关设置 7 DefaultPrints 选项卡 设置缺省的打印输出 8 SearchPaths 选项卡 搜索路径设置 9 Parameters 选项卡 项目文件参数的设置 2 ErrorReporting 选项卡中各种规则设置 3 错误等级的修改各种规则的设置直接影响着原理图文件的编译进程 4 ConnectionMatrix 选项卡的设置 在该选项卡中 通过改变颜色块的颜色可以进行各种错误等级的设置 这些错误通常是指与管脚 端口以及方块电路端口有关的电气特性错误 单击即可改变颜色块的颜色 各种颜色所代表的错误等级在左下角被标出 74 任务二原理图编译 75 1 原理图编译方法单击菜单 项目管理 再单击 编译文档 或单击菜单 编译项目 项即可完成当前的原理图文件或者整个项目文件的编译操作 2 打开 Messages 面板的3种方法 1 单击 查看 工作区面板 System Messages 菜单项 2 在工作窗口中单击右键 然后在弹出的快捷菜单中选择 工作区面板 System Messages 菜单项 3 单击工作窗口右下角的 System 标签 然后选择 Messages 菜单项 3 原理图错误显示的设置在工作区右击空白处选择 选项 原理图优先设定 菜单项 在打开的对话框中切换到 Compiler 选项卡上 76 任务三创建网络表 77 1 单张原理图文件网络表的生成 1 打开该原理图文件 2 单击菜单命令 设计 文档创建网络表 Protel 2 多张原理图文件网络表的生成 1 打开需要创建网络表文件的项目文件 并任意打开其中的一个原理图文件 2 在原理图编辑工作环境下单击菜单命令 设计 从项目创建网络表 Protel 进入项目文件的网络表文件创建状态 系统将自动创建一个网络表文件 78 任务四生成元器件列表 79 1 元器件列表设置该对话框大体上可以分为以下4个部分 1 左上角的 分组的列 栏 2 左下角的 其它列 栏 3 右侧的元件信息栏 80 2 对话框下方按钮以及复选框的使用 1 菜单按钮 2 报告控钮 用于生成元件釆购列表 单击该按钮即可进入 报告预览 3 输出按钮 导出并保存生成的元件采购列表 如果我们同时选中 打开输出 复选框 系统将接着打开刚刚保存的元件釆购列表 4 Escel X 控钮 生成Excel电子表格格式的采购列表 然后我们即可在Excel的环境中编辑元件釆购报表 81 82 83 任务一设置原理图图纸及其工作环境 84 1 新建项目和原理图以设计一个稳压电源电路为例 1 执行 文件 新建 PCB项目 命令 创建电路图设计工程 新建的工程被Protel2004默认命名为 PCB Project1 PrjPCB 2 执行 文件 保存项目 命令 命名为 稳压电源电路 3 工程文件建立好后 建立原理图设计文档 选中工程文件 然后执行 文件 新建 原理图 命令 新建了原理图设计文档 默认文件名为 Sheet1 SchDoc 4 执行 文件 保存 命令 命名为 稳压电源电路 2 启动原理图编辑器 1 执行 设计 文档选项 命令 弹出文档选项对话框 2 在 标准风格 栏内选择原理图文档纸张类型 85 3 图纸明细表 复选框用来切换是否在图纸上显示标题栏 4 在 网格 栏内可以选择网格特性 5 还可以改变原理图设计图纸的底色 6 同样执行 工具 原理图优先设定 命令 同样进行环境设置 86 任务二放置元器件 87 1 打开元件库面板 2 查找元件 3 设置元件属性 4 连接元件 88 任务三编译项目 89 1 打开 项目管理选项 执行菜单命令 项目管理 项目管理选项 2 编译文档单击菜单 项目管理 再单击 编译文档稳压电源电路 3 形成网络表单击菜单命令 设计 文档创建网络 Protel 4 原理图打印输出和生成报表 90 91 92 任务一元器件库编辑器 93 1 元器件库编辑器 1 新建一个原理图库文件 执行菜单命令 文件 新建 原理图库 2 保存并命名该原理图库文件然后进入原理图库文件的编辑环境 3 执行菜单中命令 查看 工作区面板 原理图 原理图元器件库 2 绘图工具 94 任务二创建元器件库 95 1 建一个新的元器件执行菜单命令 工具 新元件 建一个新的元器件 2 重新命名元器件元器件库管理器中 选中元器件 Component 执行菜单命令 工具 重新命名元件 3 将图纸原点调整到设计窗口的中心执行菜单命令 编辑 跳转到 原点 4 绘制元器件外形采用非电气绘图工具来绘制 5 给元器件添加引脚 在绘图区中执行菜单中命令 放置 引脚 6 引脚属性设置放置引脚时 按TAB键弹出引脚属性设置对话框 7 放置引脚 96 8 设置元器件的属性 9 元器件进行封装设置 97 任务三元器件报表 98 1 报表输出为自己创建的元器件库中自建的元器件 集成块 元件进行报表输出 1 执行菜单命令 文件 打开 打开自己创建的元器件库 原理图库文件 2 打开 SCHLibraiy 面板 从 元件 选项中选择要输出元器件报表的器件 集成块 3 执行菜单命令 报告 生成报告 4 在打开的 元件库报告设置 对话框中设置相应的项目 然后确认 5 生成元器件报表 2 元器件规则检查报表 1 执行菜中 文件 命令 打开 2 打开 SCHLibrary 面板 3 执行菜单 报告 元件规则检查 99 任务四创建集成元器件库 100 新建项目执行菜单命令 文件 创建 项目 2 保存项目 3 添加原理图库文件 4 添加封装库文件 5 保存项目 6 编译集成元器件库项目文档 101 102 103 任务一印制电路板专业术语 104 1 印制电路板印制电路板也称为印刷电路板或印制板 就是通常所说的PCB板 2 过孔 Via 主要完成不同铜箔层之间的电气连接 也可以用于元件的固定或者定位 过孔通常由两部分组成 焊盘和钻孔 1 为连通各层之间的线路 2 过孔是用来连接不同层之间铜箔导线的 它的作用与铜箔导线一样 是用来连接元器件之间的引脚的 105 3 焊盘 Pad 1 焊盘用于焊接元件 以实现电气连接并起到固定元件的作用 2 焊盘形状 圆形 方形 八角形 4 铜膜导线铜膜导线是覆铜板经过加工后在PCB板上的铜膜布线 又简称为导线 处于所有的导电层 用于连接各个焊点 5 飞线飞线 也叫预拉线 飞线是PCB系统在装入网络表后自动生成的 用来指引布线的一种连线 6 层电路板除了顶层和底层走线外 在电路板的中间还设有铜箔夹层 7 丝印层丝印层 Overlay 为方便电路的安装和维修等 在PCB的上 下两个表面印刷上所需要的标志图案和文字代号等 如组件标号和标称值 生产曰期等 106 8 网格状填充区和填充区 9 安全距离在电路板设计过程中 为了避免导线 焊盘 过孔等因为距离太小而形成电磁干扰等问题 在他们之间设置适当的间隔距离 即称为安全距离 10 SMD元件Protel封装库内有大量SMD封装 即表面焊装器件 11 元件封装元件封装是定义实际电子器件或集成芯片的外型尺寸 管脚的直径及间距等物理性质的元件模型 107 任务二印制电路板结构 108 1 PCB板的结构PCB根据其结构可分为单面板 双面板和多层板3种 1 单面板 Single SidedBoards 也称单层板单层板即只有一个导电层 在这个层中有焊盘和铜膜导线 这一层也称为焊接面 另外一面则称为元件面 2 双面板 Double SidedBoards 双面板是一种包括顶层和底层的PCB 双面都有覆铜 均可以布线 3 多层板 Multi LayerBoards 多层板包括顶层 底层 机械层 电源层 接地层 InternalPlane 等 109 2 PCB的工作层面在ProtelDXP2004的PCB编辑器中 采用层管理模式 无论是多层板 双面板还是单面板都包含多个工作层 不同的工作层有不同的用途 并以不同的颜色加以区分 1 信号层 2 电源 接地层 3 机械层 4 防护层 5 丝印层 6 禁止布线层 7 钻孔层 110 111 112 任务一创建PCB文件方法 113 1 利用菜单来创建PCB文件 执行命令 文件 新建 PCB文件 2 通过向导生成PCB文件 3 利用模板生成PCB文件 1 打开 Files 面板 然后单击 根据模板新建 栏中的 PCBTemplates 选项即可 2 选择所需的模板文件 例如A4 然后单击 打开 按钮即可生成一个PCB文件 生成的文件会出现在工作窗口中 114 任务二电路板设计环境设置 115 1 PCB编辑器的功能特点Protel2004具有强大的PCB设计功能 它支持74个扳层设计 2 PCB界面介绍 1 菜单栏 2 工具栏 3 PCB编辑环境参数设置优先设定对话框用于设置与系统有关的参数 如光标显示 板层显示 系统默认设置以及PCB设置等 116 1 General 选项卡 2 Display 选项卡 3 Show Hide 选项卡 4 Defaults 选项卡 4 图纸参数设置单击菜单 设计 PCB板选择项 PCB板选择项 对话框 1 网格的种类 2 图纸位置 3 快速实现捕获网格的设置 5 PCB板层设置实物的电路板是由不同的层压制处理而成的 而软件设计中的工作层面与实际电路板的压层是有区别的 117 单击 设计 板层和颜色 菜单项 弹出 板层和颜色 对话框 1 板层 2 板层设置这里所说的层主要是指实物电路板所能看到的各个板层 118 主要包括 signallayers 信号层 internalplanelayers 电源层和地线层 以及 insulation substrate layers 绝缘层 的设置 6 电路板物理边框 板形 的设置 1 板形的设置 单击工作窗口下方的 Mechanicall 标签 使该层面处于当前的工作窗口中 单击 放置 线 菜单项 与原理图中放置线的操作基本相同 通过按 空格 快捷键在几种模式之间切换 双击某一个边框线来打开其编辑对话框 2 板形的修改通过 设计 PCB形状 下的一系列菜单项来完成 119 任务三在PCB中放置对象 120 1 放置圆弧 1 中心法绘制圆弧 2 绘制90 圆弧 3 任意角度绘制圆弧 2 绘制圆 121 3 放置矩形填充 4 放置直线 5 放置铜区域 6 放置字符串 7 放置焊盘 122 8 放置过孔 9 放置交互式布线 导线 10 放置元器件 11 放置坐标 12 放置尺寸 123 任务四PCB布局与布线 124 1 载入网络表和元器件在完成PCB编辑环境的设置并规划了PCB后 就可以对PCB绘图区的元器件进行布局和布线等操作了 1 建立项目 模拟两级放大电路 PrjPCB 并建立 模拟两级放大电路 SchDoc 和 模拟两级放大电路 PcbDoc 两个文件 2 在 模拟两级放大电路 PcbDoc 文件上规划PCB物理边界与电气边界 125 3 在工作区面扳上选择 Projects 选项卡中的 模拟两级放大电路 SchDoc 文件 在原理图文件编辑界而下 执行 设计 UpdatePCBDocument模拟两级放大电路 SchDoc 系统弹出 工程变化订单 ECO 对话框 4 在 工程变化订单 ECO 对话框中 单击使 变化生效 按钮 对原理图进行检査 5 在 工程变化订单 ECO 对话框 中单击 执行变化 按钮 126 6 系统自动转到PCB编辑界面 2 元件自动布局 1 自动布局规则设置 2 元件自动布局规则设置完毕后 就可以进行自动布局了 3 元器件的手动调整布局 127 4 PCB布线规则设置 5 PCB布线 128 129 130 任务一元器件封装库设计环境 131 1 创建PCB元件封装库文件 执行菜单命令 文件 创建 库 PCB库 2 自制PCB元件引脚封装的方法 1 利用向导的方法制作 2 另一种采用手工绘制的方法 3 第三种方法对封装库中原有的引脚封装进行编辑修改 使其符合实际的需要 3 利用向导的方法制作PCB封装 132 任务二手工创建PCB元件封装 133 我们以按键开关为例讲解手工绘制元件封装的具体步骤 按键开关的