《电子CAD项目化教程》课件 项目1 电子CAD设计准备

电子产品制图与制版1.1.1印刷电路板的概念及种类主讲人：卢孟常项目1电子CAD设计准备“互联网+”代表一种新的经济形态，即充分发挥互联网在生产要素配置中的优化和集成作用，将互联网的创新成果深度融合于经济社会各领域之中，提升实体经济的创新力和生产力，形成更广泛的以互联网为基础设施和实现工具的经济发展新形态。“互联网+”行动计划将重点促进云计算、物联网、大数据为代表的新一代信息技术与现代制造业、生产性服务业等的融合创新，发展壮大新兴业态，打造新的产业增长点，为大众创业、万众创新提供环境，为产业智能化提供支撑，增强新的经济发展动力，促进国民经济提质增效升级。国家发改委《关于2014年国民经济和社会发展计划执行情况与2015年国民经济和社会电子产品制图与制版在日常生活中，几乎我们能见到的电子设备都离不开印刷电路板，小到电子手表、计算器、电脑，大到电子设备、军用武器系统，只要有集成电路等电子元器件，它们之间的电气互连都要用到印刷电路板。下面我们来介绍下印刷电路板的一些基础知识。项目1电子CAD设计准备印刷电路板，又称印制电路板，简称印制板，常使用英文缩写称之为PCB，它是以绝缘板为基材，切成一定的尺寸，板上至少附有一层导电走线，并布有焊盘、孔（如元件孔、紧固孔、金属化孔等）等，用来安装电子元器件，并实现电子元器件之间的相互连接。由于这种板是采用电子印刷术制作的，故被称为印刷电路板。1.1印刷电路板的概念及种类1.1印刷电路板的概念及种类1.1印刷电路板的概念及种类1、印刷电路板的作用：

（1）为元器件、零部件等提供固定和装配的机械支撑点。

（2）实现元器件、零部件等之间的电气连接，满足电气特性要求。

（3）便于电子设备的集成化、微型化、生产的自动化。2.印刷电路板的种类

印刷电路板的信号传导基本上都是通过板上的铜箔来实现，铜箔通过加热和压力作用粘附在衬底层上，PCB按不同的分类方式有以下几种：（1）按电路板的绝缘基材分类树脂印刷电路板、玻璃纤维印刷电路板、陶瓷印刷电路板、金属印刷电路板等几种类型。其中，环氧树脂印刷板是最常用的一种基材。1.1印刷电路板的概念及种类2.印刷电路板的种类

按印刷电路板的强度可分为：刚性印刷电路板、柔性（挠性）印刷电路板、刚柔结合印制电路板等，如图所示。其中，我们指的印刷电路板一般多为刚性印刷电路板。（2）按电路板的强度分类柔性印刷电路板刚柔结合印制电路板1.1印刷电路板的概念及种类2.印刷电路板的种类单面印制电路板、双面印制电路板和多层印制电路板。（3）按电路板的导电层分布分类单面印制电路板正反面1.1印刷电路板的概念及种类双面印刷电路板实物及结构1.1印刷电路板的概念及种类多层印刷电路板实物及结构一般为4层、6层板，多的有10层，甚至32层板的，具体看实际电路的需要。1.1印刷电路板的概念及种类双面印刷电路板实物及结构1.1印刷电路板的概念及种类双面印刷电路板实物及结构1.1印刷电路板的概念及种类

一块完整的PCB板，不仅有用于作为载体的绝缘基板和用于电气连接的线路，还有许多用于完成其他功能的组件，如图所示的是一块PCB板中包含的最基本的组件，下面介绍几种基本的组成元素。PCB板中的基本组成元素1.1印刷电路板的概念及种类电子产品制图与制版1.1.2印刷电路板设计的基本步骤1.1.2印刷电路板设计基本流程设计电原理图创建PCB文件、规划电路板设置参数装入元器件封装及网络表元器件的布局元器件布线手工调整文件保存及输出

这是电路板设计的先期工作，主要是使用设计软件完成电路原理图的绘制，包括生成网络表。当然，有时也可以不进行原理图的绘制，而直接进入PCB设计系统。（1）设计原理图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（单面板还是双面板），各元器件采用何种封装形式及其安装位置等。这是一项极其重要的工作，是确定电路板设计的框架。（2）创建PCB文件、规划电路板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。因此这一步也是非常重要的环节。只有将网络表装入之后，才可能完成对电路板的自动布线。元器件的封装就是元器件的外形，对于每个装入的元器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）装入元器件封装及网络表元器件的布局可以让AltiumDesigner自动布局。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器件，并自动将元器件布置在电路板边框内。AltiumDesigner也可以让用户手工布局。元器件的布局合理，才能进行下一步的布线工作。（5）元器件的布局AltiumDesigner采用世界最先进的无网格、基于形状的对角线自动布线技术。只要将有关的参数设置得当，元器件的布局合理，自动布线的成功率几乎是100%。（6）元器件的布线可以看到，自动布线后的电路板走线并不十分合理，双联电位器还有两根飞线没有布通，因此需要进行手动调整。单击菜单命令“放置”→“交互式布线”，按如图所示调整走线方向，同时在电源和扬声器接线处补上焊盘和导线。（7）手工调整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，如打印机或绘图仪输出电路板的布线图。（8）文件保存及输出在实际生产制造中，在批量生产或产品试制打样中，则需要生成生产文件。用于向生产厂家提供制造和生产PCB的文件组合，其中包括了光绘文件、数控钻文件、插置文件、材料表和测试点文件，通常这些文件一般由生产厂家生成，无需设计者提供。（8）文件保存及输出电子产品制图与制版1.1.3印刷电路板的制造生产工艺主讲人：卢孟常同学们，经过前面的学习，我们了解了印刷电路板的基本概念以及设计的基本流程，那么，印刷电路板是怎样被制造出来的呢，下面就跟我来一起学习下吧。1.1.3印刷电路板的制造生产工艺工业上生产印刷电路板比较复杂，一般要经过数十道工序才能最终完成。其中，普通单面、双面印制线路板及多层板因电路复杂程度不同而制造工艺流程会所不同，但其大致的制造工艺流程如下：1.1.3印刷电路板的制造生产工艺在印制电路板设计完成后，就要绘制照相底图，可采用手工绘制或计算机辅助设计（CAD），按1:1、2:1或4:1比例绘制，它是制作印制板的依据。然后再由照相底图获得底图胶片，确定印制电路板上要配置的图形。获得底图胶片是利用计算机辅助设计系统和激光绘图机直接绘制出来。（1）底图制版印制电路板的外形和各种用途的孔（如引线孔、中继孔、机械安装孔等）都是通过机械加工完成的。机械加工可在蚀刻前进行，也可在蚀刻后进行。（2）机械加工

孔的金属化就是在孔内电镀一层金属，形成一个金属筒，与印制导线连接起来。双面和多层印制电路板两面的导线和焊盘的连接就是通过金属化孔来实现的，如果是单面板的话，因为不需要过孔，就没有这个加工过程。（3）孔的金属化

图形转移就是将电路图形由照相底版转移到覆铜板上去。常见的方法有丝网漏印法和光化学法。（4）图形转移

蚀刻就是将电路板上不需要的铜箔腐蚀掉，留下所需的铜箔线路。常用的蚀刻溶液有三氯化铁、酸性氯化铜、碱性氯化铜、过硫酸铵、氨水等。（5）蚀刻（6）金属涂覆

在印制板的铜箔上涂覆一层金属，可提高印制电路的导电性、可靠性、耐磨性，延长印制板的使用寿命。金属镀层的材料有：金、银、锡、铅锡合金等，方法有电镀和化学镀两种。涂覆阻焊层的作用是限定焊接区域，防止焊接时造成短路，防止电路腐蚀，常见的阻焊剂颜色为绿色或蓝色，也有黑色等其他颜色。丝印字符就是将元器件的图形符号等印在电路板上，以便于电路板元器件的装配和维修。（7）丝印阻焊油墨、丝印字符（8）涂助焊剂、检验

在印制电路板上，特别是焊盘的表面喷涂助焊剂，可以提高焊盘的可焊性。检验是最后的工序，是检验加工印制电路板质量并包装，成品出厂。2.印刷电路板的手工制作方法（1）雕刻法

此法适合制作一些铜箔走线比较平直、走线简单的小电路板。将设计好的PCB图用铅笔画在覆铜板的铜箔面上，使用特殊雕刻刀具或者美工刀，直接在覆铜板上用力刻画，去除并撕去图形以外不需要的铜箔，保留电路图的铜箔走线。（2）手工描绘法

先将设计好的PCB图用复写纸复写到覆铜板的铜箔面，然后按照线路部分用记号笔、涂改液或者油漆等在线路上覆盖一层保护层。待保护层晾干后将覆铜板放入三氯化铁溶液中进行腐蚀，由于线路部分涂有保护层而被保留了下来，然后打上孔，除去保护层后再涂抹上酒精松香水，就是一块PCB成品了。2.印刷电路板的手工制作方法在其具体方法是：（3）热转印法此法与计算机CAD设计相结合使用，制作工艺简单、速度快、精度高，是目前电子爱好者最常采用的手工制作方法之一。其原理是先用激光打印机把设计好的电路图打印在一种特殊的热转印纸上，然后通过加温和加压的方式将打印在热转印纸上的电路图转移到电路板上，从而使电路板上覆盖一层电路图形的碳粉，然后再采用腐蚀法将电路板不需要的部分去掉。2.印刷电路板的手工制作方法（4）感光法此法也是电子爱好者常采用的手工制作方法之一。是采用一种具有感光特性材料的感光膜贴覆在电路板上，再将经过黑白反转处理后的电路图打印在透明胶片上，然后将透明胶片覆盖在电路板上用紫外线曝光机进行曝光，最后用显影剂将未曝光的部分去除，就可得到留有带膜线路的电路板了。曝光机过塑机感光膜显影剂透明胶片2.印刷电路板的手工制作方法（5）PCB雕刻机制作法PCB雕刻机PCB雕刻机又称电路板刻制机，如图所示。即采用机械雕刻技术直接用刀具刻制电路图形，制作电路板的设备。可根据PCB线路设计软件设计生成的线路文件，自动、精确地制作。用户只需在计算机上完成PCB文件设计并据其生成加工文件后，通过通讯接口传送给雕刻机的控制系统，雕刻机就能快速的自动完成雕刻、钻孔、隔边的全部功能，制作出一块精美的线路板来，实现了低成本、高效率的自动化制板。但也存在制作时间较长，精度不够等缺点。2.印刷电路板的手工制作方法电子产品制图与制版1.2.1AltiumDesigner概述AltiumDesigner（AD）系列软件，是澳大利亚Altium公司开发的一款功能强大的电子EDA设计软件，具有完整的板级全方位电子设计系统。主要用于原理图、PCB、FPGA设计以及嵌入式开发，AltiumDesigner软件是目前国内最流行的电子设计自动化软件之一，因其功能强大、简单易学已成为电子设计工作者以及电路板生产厂家的首选。目前，我国各大中专院校相关专业均开设有该课程，同时也是各类电子设计竞赛的常用软件。1.AltiumDesigner的特点AltiumDesigner启动界面（1）集成元器件库。（2）具有人工智能的自动布线器。（3）丰富而又灵活的编辑功能。（4）多通道的设计。（5）支持FPGA设计。（6）支持双显示器进行设计。（7）支持层次原理图设计。（8）设计校验（DRC）。（9）多样的输入输出形式。（10）超强的电路仿真功能。（11）高频电路信号完整性分析功能的增强。1.AltiumDesigner的特点1985年，NickMartin成立Protel国际有限公司，并推出ProtelforDOS1991年，Protel公司推出ProtelforWindows1998年，Protel公司推出Protel981999年，Protel公司推出Protel992000年，Protel公司推出Protel99SE2001年，Protel公司更名为Altium公司2002年，Altium公司推出ProtelDXP2004年，Altium公司推出Protel2004，对ProtelDXP进行了完善2006年，Altium公司推出AltiumDesigner6.0，要求win7以上系统。2008年，Altium公司推出AltiumDesigner09之后，Altium公司陆续推出AltiumDesigner10、13、14、15、16、17等版本。2.AltiumDesigner发展史Protel99se启动界面ProtelDXP启动界面3.系统配置需求为了充分发挥AltiumDesigner的强大功能，Altium公司对安装AltiumDesigner的计算机系统提供了具体的要求，推荐系统配置如下：Windows7、Windows8、Windows10操作系统≥英特尔酷睿双核/四核2.66GHz处理器≥2G内存≥10G硬盘空间≥1680x1050屏幕分辨率≥256MB显存4、其他常用电子EDA软件（1）Allegro软件Allegro是Cadence推出的先进PCB设计布线工具。Allegro提供了良好且交互的工作接口和强大完善的功能，和它前端产品Cadence、OrCAD、Capture的结合，为当前高速、高密度、多层的复杂PCB设计布线提供了最完美解决方案。Allegro主打高速高密多层pcb设计，但也有明显的缺点，上手较难，资料全齐有人较的情况下都需要数周时间，且价格昂贵，对于大多中小企业性价比不高。--------------------------------------------------------------------------------------------------------4、其他常用电子EDA软件（2）PADS软件PADS是MentorGraphics公司研发的一款软件，中低端产品中相比易上手，适合大多数中小型企业的需求。PADSLayout（PowerPCB）提供了与其他PCB设计软件、CAM加工软件、机械设计软件的接口，方便了不同设计环境下的数据转换和传递工作。----------------------------------------------------------------------------------------------------（3）立创EDA软件立创EDA是一款纯国产、基于网页的在线电子设计工具，这款软件为中文界面，而且无需购买，号称永久免费。它沿用国内大多软件的使用方法，注册即用，界面美观。可以实现在线绘制原理图、在线仿真、在线PCB设计，PCB实物定制以及网上商城元器件购买等一站式电子工程设计解决方案。上手程度完全符合国内用户习惯，可以说是目前最易上手且零成本的pcb软件了，但功能较为单一，适合中小企业及个人制作。4、其他常用电子EDA软件电子产品制图与制版1.2.2AltiumDesigner软件的安装（1）将AltiumDesigner安装盘放入光驱，系统自动弹出安装向导界面，如图所示，单击“Next”按钮进入下一步。如果光驱没有自动执行，可以允许安装盘下Setup目录中的Setup.exe进行安装。1.2.2AltiumDesigner软件的安装（2）选择安装时的语言，如图所示。选中“Iaccepttheagreement”，同意许可协议。1.2.2AltiumDesigner软件的安装（3）单击“Next”按钮，屏幕弹出图所示的“选择设计功能”对话框，选择需要安装的组件功能，一般选择“PCBDesign”和“Importers/Exporters”两项即可。1.2.2AltiumDesigner软件的安装（4）单击“Next”按钮，屏幕弹出图所示的对话框，提示用户指定软件的安装路径和共享文件路径，单击“programfiles”可以设置路径。1.2.2AltiumDesigner软件的安装（5）设置完毕，单击“Next”按钮，弹出“准备安装”软件对话框，如图所示。1.2.2AltiumDesigner软件的安装（6）单击“Next”按钮，向导程序会继续引导安装，系统安装结束，屏幕弹出图1-18所示的对话框，提示安装完毕，此刻先不要勾选“RunAltiumDesigner”，单击“Finish”按钮结束安装，至此AltiumDesigner软件安装完毕。1.2.2AltiumDesigner软件的安装2.激活AltiumDesigner（2）双击“DXP.EXE”文件或者执行“开始”→“程序”→“AltiumDesigner”，打开AltiumDesigner，屏幕弹出“Licensemanagement”软件许可窗口，如图1-19所示，此时安装完的AltiumDesigner还未激活，无法正常使用。AltiumDesigner软件未激活状态（3）单击“Addstandalonelicensefile”按钮，屏幕弹出图1-20所示的选择协议文件窗口，选择公司提供的用户使用授权协议文件（*.alf）后，单击“打开”按钮，弹出图1-21所示界面，至此，AltiumDesigner软件激活成功，可以正常使用。选择协议文件2.激活AltiumDesigner2.激活AltiumDesigner3.AltiumDesigner中英文界面切换启动程序后，系统会自动加载完编辑器、编译器、元器件库等模块后进入设计主窗口，如图1-21所示。AltiumDesigner17.0.6默认的设计界面为英文，但它支持中文菜单方式，可以在“Preferences”（优先设定）中进行中英文菜单切换。AltiumDesigner英文设计界面3.AltiumDesigner中英文界面切换在图1-21所示的主界面中，单击左上角的“DXP”菜单，屏幕出现一个下拉菜单，如图1-22所示，选择“Preferences”子菜单，屏幕弹出“Preferences”对话框，在“System”下选择“General”选项，在对话框正下方“Localization”区中，选中“Uselocalizedresources”前面的复选框，单击“OK”按钮完成界面转换，如图所示。设置完毕，关闭AltiumDesigner并重新启动后，系统的界面就切换为中文界面。DXP菜单设置中文界面电子产品制图与制版1.2.3

AltiumDesigner主界面介绍AltiumDesigner17主窗口1.工作区面板Files选项卡界面用鼠标左键点住工作区面板状态栏不放，拖动光标在窗口中移动，可以将工作区面板移动到所需的位置。工作区面板通常有系统“System”、