PCB印刷电路板设计

1、 5.pcb印刷电路板设计初步 5.1相关知识 1.印刷电路板 在覆铜板上用腐蚀的方法 除去多余的铜箔而得到的可焊 接电子元件的电路板。 腐蚀后留 下的可焊 接元件的 铜箔电路 绝缘基板 其分为： 单面板 双面板 多层板 2.层（layers） 顶层 top 中间层 mid 绝缘层 底层 bottom 过孔 via 层layer 的概念与许多软件中为实现图文色彩的嵌套与合 成而引入的层的概念有所不同，protel 中的层不是虚拟的 而是印刷板材料本身实实在在的铜箔层,现今由于电子线 路的元件密集,一些较新的电子产品中所用的印刷板不仅 有上下两面供走线,在板的中间还设有能被特殊加工的夹 层铜箔例

2、如计算机主板所用的印板材料多在4 层以上,这 些层因加工相对较难而大多用于设置走线较为简单的电 源布线层ground layer 和power layer。 3.丝印层（overlay） 丝印层overlay 为方便电路的安装和维修 等在印刷板的上下两表面印刷上所需要 的标志图案和文字代号等例如元件标号 和标称值元件外廓形状和厂家标志生产 日期等等 丝印层 4。焊盘（pad ） 焊盘pad 焊盘是pcb 设计中最常接触也是最 重要的概念。焊盘类型要综合考虑该元件的形 状大小、布置形式、振动和受热情况、受力方 向等因素来进行设计。protel 在封装库中给出 了一系列不同大小和形状的焊盘如圆、方

3、、八 角和定位用焊盘等，但有时这还不够用，需要 自己编辑，例如对发热且受力较大电流较大的 焊盘可自行设计成泪滴状的焊盘。 各种焊盘 5.各种膜mask层 各类膜mask 不仅是pcb 制作工艺过程中必不可少的而且更 是元件焊装的必要条件按膜所处的位置及其作用膜可分为 元件面top或焊接面bottom阻焊膜 soldermask 元件面top或焊接面bottom助焊膜 paste mask 顾名思义，助焊膜是涂于焊盘上提高可焊性能的一层膜也就 是在绿色板子上比焊盘略大的各浅色圆斑，阻焊膜的情况正 好相反，为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式要求板子 上非焊盘处的铜箔不能粘锡因此在焊盘以外的各部位

4、都要涂 覆一层涂料用于阻止这些部位上踢。 焊盘 阻焊膜（solder mask） 丝印膜（silkscreen） 助焊膜（past mask） 各种膜（mask）示意图 5.2 电路板制作流程图 单面印板的手工设 计流程如下： 新建pcb文件 载入元件封装库 调出电路元件(网络表) 手工元件布局 手工布线 pcb板打印输出 pcb板外形尺寸设计 印刷电路板可手 工设计，也可自动设 计，对一些简单的电 路板，手工设计比较 方便。 5.2.1 新建pcb文件 不论是手工设计还是自动设计pcb板，都必 须先新建一个或多个pcb板设计文件，新建 的方法与新建电路设计文件一样，在文件管 理器中依次按一下

5、f/n键，在打开的编辑器 管理窗口中，双击 标签，将pcb板编辑 器载入当前文件夹管理器中，给其命名后， 双击，便进入到pcb板编辑器窗口。 5.2.2 pcb板外形尺寸设计 1。对pcb编辑环境进行设置 按d/o键，进入编辑器设置窗口，其下有两个标签页， options标签页主要对各种栅格进行设置，它帮助我们在电路 板中移动元件，确定元件的位置。对元件较少，尺寸较小的 电路板，栅格大小可参考下图进行设置。 5.2.2 pcb板外形尺寸设计 2.可视栅 格与可视 层的设置, 这里，我 们只对可 视栅格进 行设置， 如图所示。 5.2.3 pcb编辑器的层标签页 在进行pcb板设计之前，必须清楚

6、当前所在设计层面， 和它的作用，如元件层主要放置元件符号，焊接层主要 放置元件焊盘，连接线，机械层主要放置机械加工孔， 如定位孔等。一般，绘制不同的内容，应将其切换至相 应的层面。 顶层底层 机械加工层 丝印层 禁止布线层 复合层 5.3 pcb板外形尺寸设计 此项操作在禁止布线层keepoutlayer进行，需 将层标签页切换至该层，再按如下步骤进行： 1。显示坐标原点：依次按下t/p键，打开pcb属性设 置窗口，单击display标签页，勾选origin marker（原 点标记）项，点ok确定。 2。重定坐标原点：单击绘图工具条上的 图标，鼠 标成十字形，将其在绘图窗口左下脚适当位置单击

7、， 此处便成为新的坐标原点。 3。单击绘图工具条上的 图标，以新建原点为起点， 根据实际要求，绘制出电路板的外框图。 5.4 载入元件封装库 元件的封装就是元件管脚的安装结构尺寸，它与电路中的元 件符号是不一样的，两者之间是一个对应关系，同一个元件 符号，可以有几个不同尺寸的封装。第一次设计pcb图，需 先载入元件封装库，方法是：单击窗口左边pcb浏览器的下 拉箭头，在下拉列表中双击libraries，之后再单击下面的 add/remove按钮，在弹出的 对话框中，按右图的方法， 打开所须的pcb 元件封装图 库，最后点ok确定。 双击载入此通用图库 5.5 调出封装元件 单击绘图工具条上的

8、图标，将弹出封装元件放置对话框， 再单击browse按钮，弹出封装元件浏览窗口，一方面，可通 过滑动条查找所需元件封装，也可在make窗口的*号前键入所 需元件封装的首字母，ok后，可快速查找到所需元件，如查 电阻，键入a，电容，键入r，三极管，键入t等，在元件列表 中，通过元件封装显示窗口，选中需要的元件，单击close按 钮，回到放置元件对话框，在相应位置填入元件序号和元件参 数，如下图，单击ok，该元件即被调入设计窗口。 如果一次放入几个相同元件，元 件序号会自动递增，无须每次填入。电容封装 填入元件序号 填入元件参数 5.5.1常用元件封装图 三极管 电阻 电容 二极管 单列插座 双列

9、插座 5.5.2 手工元件布局 元件布局就是把元件封装按一定要求布置在电路板上。手工元件 布局与在电路图中调整元件的方法基本相同，主要有： 1.选取元件： 点选（按住左键不放）、框选； 2.移动元件： 点拖移动一个元件，框选移动多个元件 3.旋转元件： 点选元件，然后按空格键； 4.翻转元件： 点选元件，按y键-上下翻转，x键-左右翻转； 5.删除元件 ： 框选元件后，按ctrl+delete键； 6.复制、粘贴元件 ： 框选元件后，执行edit/copy命令，并单击 该元件。单击工具条上的 图标，可将复制的元件粘贴到当前 的pcb设计窗口中。 7.撒消选取状态： 单击工具条上的 图标即可。

10、元件封装布局练习 参考下图，完成元件封装布局设计 边框45x50 新建原点 布局操作时注意： 1.不同操作应在不同 层面进行。 2元件标注位置和方 向的调整与元件的调 整方法相同。 3 布局结束后，pcb 板的整体效果应整洁 美观，查看方便。 里面的 三个定 位孔暂 时不画 出。 5.6 手工布线 手工布线基本操作（切换至bottomlayer层）： 1。画连接导线：单击图标 ，鼠标变成十字形，可进行布线操作，单击左键确定 导线起点，拖动鼠标就可画出线段，拐弯时单击左键，线段结束时单击右键，结 束画线，双击右键。 2。编辑导线：要加粗或减细导线，双击该导线， 在弹出的对话框中，改变width值

11、即可，如图1： 3。移动导线： 单击导线，导线出现编辑节点， 此时，可用鼠标移动该导线，图2： 依次按下e/m/d键，光标变成十字形，若点击导线端点， 可拉长导线，图3： 点击导线中间，可在不断线的情况下，移动导线，图4： 5。删除导线：依次按下e/d键，光标成十字形，用其 单击要删除的线段既可，删除操作结束后，单击右键， 结束删除操作。 1 2 4 3 5.7 pcb设计中的其他操作 1。放置焊盘 单击 图标，光标自动粘贴上一焊盘， 在合适位置单击左键，就将其放置在该 处。 2。编辑焊盘 改变x、y方向尺寸，可改变焊盘的大 小。改变shape的选项，可改变焊盘的 形状。 x方向尺寸y方向尺寸

12、 园形 方形 八角形 3。放置图件（切换至 层） 画圆心弧：单击 图标，光标成十字形，在 要画弧的地方单击，确定圆心位置，移动光标，拉 出一个圆，大小合适后，单击左键定出半径 ， 再移动光标至圆弧的起点处单击 ，确定出圆弧 的起点，然后逆时针移动光标到合适位置单击 ， 确定圆弧的终点 。 画边缘弧：单击 图标，光标成十字形，确定 圆弧的起点 后，单击左键，移动光标到合适 位置单击，确定圆弧的终点 。 结束画弧时，单击鼠标右键，结束画弧操作。 5.7 pcb设计中的其他操作 1. 放置尺寸：单击 图标，光标成 形，在需标注尺寸的起始 端单击，拖动光标至尺寸终点 ，单击，结束此处标 注，若双击，结

13、束尺寸标注 操作。 2.放置坐标点：单击 图标，出现带坐标的十字形光标 ，移动光标，坐标 随之改变，将其 放在合适位置，单击，即 可显示该点的坐标，双击，则退出坐标点放置操作。 3. 改变尺寸标注方式：双击标注好的尺寸，在弹出的对话框中，改变尺寸 类型的选项可改变尺寸标注的方式，如图： 5.7 pcb设计中的其他操作 pcb设计综合练习 pcb设计综合练习 参考下图，按要求完成pcb板的布线设计： 0. 5mm 1.线宽：正负电源线：1mm， led支路：见图中箭头标注， 其余0.35mm。 2.电路板圆角半径：3.5mm。 3.定位孔直径：5mm，定位孔 位置见图中坐标点的标注。 4.不同的

14、操作一定要在不同的 层面进行，如画板框在 层，布线在 层，画 定位孔在 层等。 5.8 pcb 板的输出 5.8.1 输出元件清单 执行菜单命令rrport/bill of materials，系统弹出材料清 单生成向导，单击next按钮，在下一页向导中，点选 group，再单击next按钮进入下一页向导，在这一页向 导中，勾选 后按next按钮，进入最后一页向导， 单击 ，系统生成扩展名为“.bom”的元件清单列 表，如图： 5.8 pcb 板的输出 5.8.2 元件清单的编辑处理： 1。为方便阅读，先将清单第一行用汉字取代，方法与表 格处理方法相同。 2。画表格框线，先选中表格，单击右键，

15、在弹出的下拉 菜单中，执行format/border命令，在弹出的对话框中， 将borders栏的勾全部去掉，再全部添上，按ok后，材料 清单如图所示： 去勾之前 重新勾选 之后 5.8 pcb 板的输出 5.8.2 pcb板的打印输出 1. 打印输出焊接面印板图 ： 单击工具条上的 图标，弹出 分层打印 组合打印 打印选项对话框，如图1，选组合打印， 接着按 按钮，在打印设置对话框 中，点选 （显示孔）项和 （单色打印）选项 ，其余默认。用此打 印输出焊接面印板图，以上设置完成后， 按ok回到上层窗口，再按 按钮， 进入打印层设置对话框，勾选 （底层）和 （禁止布线层）， （复合层）然后按o

16、k按钮返回， 全部设置完成后，按打印按钮 就可进行打印输出，输出效果见图2。 焊接面印 板图，此 图是从元 件面看过 去的，做 印制板时， 应使用其 镜像图！ 1 2 将 选项设置中的单色 项改为彩色 打印选项 ，在 的选项设置中增选 （丝印顶层）的选项，设置改变 后，打印出的效果如图所示： 5.8 pcb 板的输出 2. 打印输出组合pcb印板图 把pcb设计的各个层面组合在一张图中输出，将给电路 板的焊接安装带来很大方便，该组合图只在上图设置的 基础上，稍加改动即可。 6 元件封装图的修改和创建 以上pcb设计中我们看到，尽管protel99的元件封装库十分庞大，但 经常找不到我们需要的元

17、件封装，或不合我们的要求，如上述电路中， 我们就未找到适合发光二极管的封装图，这就需要我们自己修改或创建 适合我们需要的元件封装图，在这方面，protel99有着十分强大的功能， 操作起来也十分简单方便。 1.修改元件封装图 以修改电容封装为例，通过pcb设计窗口左边的元件封装浏览器找 到要修改的元件封装，这里，我们找一个封装为rb.4/.8的电容为修改对 象，单击下面的edit按钮，进入封装图形编辑器，发现其两焊盘间的距 离为10mm，与我们所用电容管脚的间距2.5mm相差较大，需对其进行调 整，可直接用光标拖动焊盘2至焊盘1 2.5mm处，此时，两焊盘因直径较 大，碰在一起，双击任一个焊盘

18、，在弹出的焊盘编辑对话框中，将焊盘 x、y方向尺寸改为2mm，按一下 （通用）按钮，再按ok键， 焊盘修改完成。接着将圆圈改小一点，双击圆圈边缘，在弹出的对话框 中将圆的半径修改为4mm，按ok确定。最后，还应将其重命名为 rb2.5/8，保存后退出。 2。创建元件封装 以创建发光二极管封装为例，先进入元件封装编辑窗口，执行菜单命 令tools/new component 系统将弹出一新建元件向导，按next，进入 向导第二页，进行相关设置后，再按next按钮，进入第二页、第三 页最后按firs按钮，完成创建。有关设置见示图： 6 元件封装图的修改和创建 选中二极管 选用公制尺寸 焊盘尺 寸设

19、置 2mm 0.8mm 焊盘距 离设置 2.5mm 输入新建元件封 装名“dled” 右图1是完成创建后得到的发光二极管封装图， 显然不是我们所需要的，还需对其进行编辑 修改，方法和前面修改元件的方法是一样的， 先删除掉除焊盘外的所有 图件，然后用画线 工具 重画发光二极管图形，完成后如图2。 这一步的操作一定要切换到 （ 丝印 顶层）进行，另一个需要我们特注意的地方 是，新建元件封装的管脚名称一定要与原理图中的元 件管脚名称严格对应相同，否则将无法进行pcb设计 的自动布线操作，当然，若不进行自动布线，可不理 会这个问题。 图1.完成创建 后的封装图 图2.编辑修改 后的封装图 6 元件封装图的修改和创建 7新建元件封装库 在原理图设计中，我们介绍了一种新建元件库的方法，这种方法可 在同一个设计编辑器中新建一个专用的图库，我们