电子产品印刷电路板设计与制作（第二版）-3单面板PCB图绘制

电子产品印刷电路板设计与制作（第二版）大连理工大学出版社学习单元3单面板PCB图绘制2020目录3.1学习内容与学习目标3.2基本知识3.4任务2创建PCB元器件封装库及元器件封装3.3任务1绘制恒流源电路单面板PCB图3.5任务3绘制门铃电路单面板PCB图3.1学习内容与学习目标本单元的学习内容与学习目标学习项目主要学习与训练内容能力目标知识目标学习方法单面板PCB图绘制1.单面板的结构；2.单面板PCB设计中的常用工作层面；3.单面板PCB设计的步骤；4.建立PCB设计文档；5.设置单面板PCB设计环境参数；6.单面板PCB手工设计；7.单面板PCB自动设计；8.元器件封装库的建立与元器件封装的修改与新建；9.PCB设计文档输出。1.能正确设置单面板PCB设计环境；2.能正确进行单面板PCB人工元件布局布线；3.能正确进行单面板PCB自动布局人工调整、自动布线；4.能对PCB设计文档进行后处理；5.能创建新元器件封装或对已有元器件封装进行编辑处理；6.能创建新元器件封装库或对已有元器件封装库进行编辑处理。1.了解单面板PCB的基本知识；2.了解AltiumDesigner设计单面板PCB的基本流程；3.理解单面板PCB人工布局布线的基本方法；4.理解单面板PCB自动布局布线的基本方法；5.理解元件封装库的创建方法和元件封装的创建和修改方法。教学做一体化实操实训为主3.2基本知识单面板PCB的结构单面板只有一面有覆铜，也即只有底层（BottomLayer）一个覆铜层，用于焊接元器件引脚，一般也称为焊锡层面（SolderSide）。没有覆铜的另一面，也即顶层（TopLayer），用于安装元器件，也称为元器件安装面（ComponentSide）。图3-3单面板PCB顶面图（焊接前）图3-3单面板PCB底面图（焊接前）图3-3单面板PCB顶面图（焊接后）图3-3单面板PCB底面图（焊接后）单面板PCB设计中常用工作层面（1）TopLayer（顶层）（2）BottomLayer（底层）（3）TopOverlay（顶面丝印层）（4）MechanicalLayers（机械层）（5）KeepoutLayer（禁止布线层）（6）Multilayer（多层）图3-6开关电源小功放单面板PCB设计图单面板PCB中的图件（1）焊盘（2）导线（3）填充或铺铜（1）丝印文字和图形符号（2）封装导电图件非导电图件单面板PCB设计步骤（1）绘制电路原理图主要任务是绘制电路原理图，通过编译确保无错误，同时生成网络表，用于PCB设计时的自动布线，对于比较简单的电路，也可以不绘制原理图，而直接进入PCB设计。（2）规划PCB主要完成确定PCB的物理边界、电气边界、印制板的层数、各种元件的封装形式和布局要求等任务，有时也称定义板框。（3）设置参数与规则主要是设置软件中PCB工作层的参数、PCB编辑器的工作参数、自动布局和自动布线的规则等。（4）装入网络表及元件封装网络表是PCB自动布线的核心，也是电路原理图设计与PCB设计系统的桥梁。只有正确装入网络表及元件封装后，才能进行PCB的自动布局和自动布线的操作。（5）元器件布局元器件的的布局包括自动布局和手动调整。常用的方式是先执行自动布局操作，然后再对不满意的地方或特殊元件进行手动调整，争取达到设计美观、使用方便、抗干扰性强等目的。（6）自动布线系统根据网络表中的连接关系和设置的布线规则进行自动布线，只要元件的布局合理，布线参数设置得当，AltiumDesigner自动布线的布通率几乎是100%。（7）调整自动布线成功后，可对不太合理的地方进行调整。如调整导线的走向、导线的粗细、标注字符和添加输入/输出焊盘、安装孔等。（8）文件保存及输出将绘制好的PCB图保存，然后利用打印机或绘图仪输出。也可利用E-mail等方式将文件传给生产厂家进行加工生产。PCB设计环境系统工作面板工作层标签文件标签工作窗口浮动工具栏执行File|New|PCB菜单命令，即可在当前项目内建立一个新的PCB文档。文件名自动设为PCB1.PcbDoc，同时自动打开PCB编辑器。PCB编辑器的主菜单栏与工具栏（1）主菜单栏主菜单栏显示了供用户操作选用的菜单，在PCB设计过程中，通过使用菜单栏中的菜单命令，可以完成各项操作。（2）工具栏与原理图设计系统一样，PCB也提供了各种工具栏。在实际工作过程中我们往往根据需要将这些工具栏打开或关闭，其操作方法与原理图基本相同。PCB中共有6个工具栏，包括Filter（过滤器工具栏）、Navigation（导航工具栏）、PCBStandard（PCB标准工具栏）、Utilities（实用工具栏）、Variants（变量工具栏）和Wiring（布线工具栏），手动布线下面以制作一个简单电路的单面印制电路板为例，演示手动布线流程。简单并联型稳压电源电路种类注释位号元器件名称封装名元器件库电阻器200R1、R2Res2AXIAL-0.4MiscellaneousDevices.Intlib1KR3Res2AXIAL-0.4微调电阻器10KRWRPotVR5有极性电容器100μFC3CapPol2POLAR0.8稳压二极管12VDDZenerDIODE-0.7桥堆1A/100VBBridge1D-38元器件清单Step1设置PCB工作参数（1）PCB板层的设置（2）工作层的打开与关闭（3）栅格和计量单位设置（4）设置PCB系统环境参数LayerStackManager（板层管理器）对话框ViewConfiguration对话框栅格和计量单位设置对话框PCB（优选项）Preferences对话框Step2绘制印制板边界（1）设置相对原点（2）绘制物理边界（3）绘制电气边界绘制完成的物理边界和电气边界电气边界（内框）物理边界（外框）相对原点Step3导入数据（1）添加PCB封装库（2）载入网络与元器件封装EngineeringChangeOrder（工程更改命令）对话框ValidateChanges（变更验证）检查结果装入网络表后的PCB图Step4元器件布局

由于本例电路中的元器件数量比较少，所以采用手动方式。PCB中元件选取、移动、旋转、排列、排齐等操作与原理图中操作基本相同。并联型稳压电路PCB元器件参考布局Step5手动布线（1）布线的一般原则①相邻导线之间要有一定的绝缘距离。②信号线在拐弯处不能走成直角。③电源线和地线的布线要短、粗且避免形成回路。（2）手动布线的方法将PCB的当前工作层面切换为底层也就是焊接面，执行菜单命令Place|InteractiveRouting，或单击布线工具栏的图标。并联型稳压电路PCB参考布线Step5手动布线（3）电源和接地线加宽为了提高抗干扰能力，增加系统的可靠性，往往需要将电源线、接地线和一些通过电流较大的导线加宽。（4）调整元器件的标注调整方法与原理图中元件标注的调整方法相同。（5）补泪滴设置泪滴可使走线与元件焊盘之间的连接趋于平稳过渡化，可以避免焊盘多次焊接后容易剥落的现象，也可以防止电路板在受到巨大外力的冲撞时，导线与焊盘或者导线与导孔的接触点因应力过大而断裂。最终完成的并联型稳压电路PCB布线效果3.3任务1绘制恒流源电路单面板PCB图任务1——绘制恒流源电路单面板PCB图任务描述本任务是根据图3-47所示的恒流源电路图，按照下列设计要求，设计恒流源电路对应的单面板PCB图。（1）恒流源电路图中元器件清单参见表3-3所示；（2）电路板最大尺寸大小为：50mm（宽）×60mm（高），如图3-48所示；（3）板边2mm之内不能布线及放置元器件；（4）距离板边5mm，在电路板的四角设置四个直径3mm的安装孔；（5）布线规则设置：单面板焊接面布线，地线宽度1mm，电源线宽度为1mm，导线宽度为0.5mm，导线间安全距离0.5mm；（6）布线优先规则设置：先布电源线，其次地线，最后导线；（7）焊盘设置：插头插座的焊盘通孔孔径1mm，其余通孔直径0.7mm，焊盘大小原则上不小于2mm；（8）对元件进行布局要考虑基本工艺要求及人性化因素；（9）用手动布线方式完成PCB图的布线。图3-47恒流源电路图任务1——绘制恒流源电路单面板PCB图主要步骤（1）使用PCB向导创建PCB文件（2）设置工作界面参数（3）导入原理图设计（4）手动布局（5）修改焊盘（6）设计规则设置（7）手工布线（8）调整元件标注（9）打印输出最终完成的PCB布线效果图打印设置对话框打印预览图3.4任务2创建PCB元器件封装库及元器件封装PCB封装的基本知识在PCB设计时，元器件是以封装的形式放置在PCB上的。常用的元器件封装在AltiumDesigner自带封装库中可以找到，在有些情况下需自行根据元器件的资料绘制元器件的封装。元器件的封装主要有三部分组成：元器件轮廓、焊盘、注释字符。元器件轮廓尺寸、焊盘间距必需保证与元器件的实际尺寸一致，焊孔或焊盘大小合适。AltiumDesigner系统中，元件轮廓及注释字符必须在顶丝印层TopOverlay中进行绘制，焊盘放置在Multilayer中。常用元器件的封装手工绘制发光二极管的封装发光二极管在原理图中的元件符号，如图3-92所示。手工绘制如图3-93所示的发光二极管封装，命名为FGEJG。其中两个焊盘之间的距离为2.5mm，焊盘尺寸：X-Size为1.8mm，Y-Size为2mm，焊盘通孔孔径为0.7mm，阳极的焊盘为方形，编号为1，阴极的焊盘为圆形，编号为2，外形轮廓为圆弧，半径为3mm，线段长2.4mm。图3-92发光二极管的元件图形符号图3-93发光二极管的封装图形符号Step1新建PCB封装库文件新建PCB封装库文件。执行菜单命令File|New|Library|PCBLibrary，当前项目中即新建了Libraries\PCBLibraryDocuments文件夹，并在此文件夹下自动新建了一个PCB封装库文件，文件名由系统默认为PcbLib1.Pcblib（文件名可更改）。Step1新建PCB封装库文件新建PCB封装库文件。执行菜单命令File|New|Library|PCBLibrary，当前项目中即新建了Libraries\PCBLibraryDocuments文件夹，并在此文件夹下自动新建了一个PCB封装库文件，文件名由系统默认为PcbLib1.Pcblib（文件名可更改）。Step1新建PCB封装库文件新建PCB封装库文件。执行菜单命令File|New|Library|PCBLibrary，当前项目中即新建了Libraries\PCBLibraryDocuments文件夹，并在此文件夹下自动新建了一个PCB封装库文件，文件名由系统默认为PcbLib1.Pcblib（文件名可更改）。Step2设置栅格和相对原点执行菜单命令Tools|LibraryOptions…，打开BoardOption对话框，设置单位为公制。单击Grids…按钮，在弹出的GridManager对话框中双击“GlobalBoardSnapGrid”，打开CartesianGridEditor对话框，设置Fine栅格为点状、Coarse栅格为线状、Multiplier为10xGridStep、X与Y方向的步进均为0.1mm，并在PCB封装库编辑窗口界面中设置相对原点。Step3在原点放置第一个焊盘执行菜单命令Place|Pad，在相对原点处放置1号焊盘（阳极），按下〈Tab〉键，弹出焊盘的属性对话框，设置参数如下：X-Size：1.8mm；Y-Size：2mm；HoleSize:0.7mm，Shape：Rectangular；Designator：1；Layer：Multi-Layer；其它默认。退出对话框后，将光标移动到原点，单击鼠标左键，将1号焊盘放下。Step4放置其余焊盘同样方法，在（2.5,0）坐标处放置2号焊盘（阴极）。设置参数如下：Shape：Round；Designator：2；其余参数和1号焊盘一致。Step5绘制外形轮廓（1）放置半径3mm的圆弧，如图3-101所示。（2）放置长度为2.4mm的直线段，如图3-102所示。（3）移动线段与圆相交，如图3-103所示。（4）激活圆弧，如图3-104所示。（5）拖动修改圆弧端点与线段端点相接，如图3-105所示。图3-101图3-102图3-104图3-105图3-103Step6修改封装名双击图PCBLibrary面板中的PCBCOMPONENET_1封装，弹出PCBLibraryComponent[mm]对话框，将封装名修改为FGEJG。用PCB元件生成向导绘制SOP封装用PCB元件生成向导绘制SOP封装。元件命名为SOP12，如图3-94所示。相关尺寸要求如图3-95所示。图3-94元件封装SOP12图3-95SOP1元件相关尺寸要求Step1启动PCB封装向导在刚完成新建发光二极管的封装库中，执行菜单命令Tools|ComponentWizard…，系统弹出创建封装向导。Step2选择封装模板单击Next按钮进入封装设计向导（若单击Cancel按钮则会退出向导进入手动设计封装状态），在弹出的页面中选中的为小型封装（SOP），对话框下方的下拉列表框用于设置使用的计量单位，这里使用默认值（英制mil）。Step3设置焊盘大小选定封装模板后，单击Next按钮，用于设定焊盘的大小，可在对话框中直接修改焊盘的长宽尺寸。这里已根据任务要求修改为：X-Size＝205mil，Y-Size＝72mil。Step4设定焊盘的间距单击Next按钮，屏幕弹出图3-111所示的对话框，用于设定焊盘的间距，这里已根据任务要求修改为：X-Size＝670mil，Y-Size＝104mil。Step5用于设置封装轮廓边框的线宽定义好焊盘间距后，单击Next按钮，用于设置封装轮廓边框的线宽，图中设置为5.8mil。Step6设置封装的管脚数定义好线宽后，单击Next按钮，用于设置封装的管脚数，图中设置为12。Step7设置封装名定义管脚数后，单击Next按钮，用于设置封装名，图中设置为SOP12。Step8点击Finish按钮结束封装设计封装名称设置完毕，单击Next按钮，屏幕弹出设计结束对话框，单击Finish按钮结束封装设计，这样封装库中新增了一个名为SOP12的新封装，编辑窗口自动显示刚设计好的封装。3.5任务3绘制门铃电路单面板PCB图任务描述本任务是根据图3-116所示的门铃电路图，按照下列设计要求，设计对应的单面板PCB图。（1）门铃电路图中元器件清单参见表3-12；（2）电路板最大尺寸大小为：50mm（宽）×40mm（高），如图3-117所示；（3）板边2mm之内不能布线及放置元器件；（4）距离板边5mm，在电路板的四角设置四个直径3mm的安装孔；（5）布线规则设置：单面板焊接面布线，地线宽度1mm，电源线宽度为1mm，导线宽度为0.5mm，导线间安全距离0.5mm；（6）布线优先规则设置：先布电源线，其次地线，最后导线；（7）焊盘设置：焊盘通孔孔径0.7mm，焊盘大小原则上不小于2mm；（8）对元件进行布局要考虑基本工艺要求及人性化因素；（9）用手动布线方式完成PCB图的布线。图3-116门铃电路原理图门铃电路图中元器件清单种类CommentDesignatorPhysicalComponentFootPint元器件库电阻器150R4Res2AXIAL-0.4Miscel