二、工作流程和工艺流程

1、印刷电路板图设计基础以手机设计为例,6.1 印制电路板概述 6.2 新建PCB文件 6.3 PCB编辑器 6.4 PCB电路参数设置 6.5 设置电路板工作层 6.6 规划电路板和电气定义 思考与练习6,6.1 印制电路板概述,印制电路板简称为PCB（Printed Circuit Board），又称印制版，是电子产品的重要部件之一。电路原理图完成以后，还必须设计印制电路板图，最后由制板厂家依据用户所设计的印制电路板图制作出印制电路板。印制电路板通过一定的工艺，在绝缘性能很高的基材上覆盖一层导电性能良好的铜薄膜，就构成了生产印制电路板所必需的材料覆铜板。按电路要求，在覆铜板上刻蚀出导电图形，并

2、钻出元件引脚安装孔、实现电气互连的过孔以及固定整个电路板所需的螺丝孔，就获得了电子产品所需的印制电路板。,6.1.1 印制板种类及结构 印制板种类很多，根据导电层数目的不同，可以将印制板分为单面电路板（简称单面板）、双面电路板（简称双面板）和多层电路板；根据覆铜板基底材料的不同，又可将印制板分为纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板两大类。此外，采用挠性塑料作基底的印制板称为挠性印制板，常用做印制电缆。,1单面板 一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板。单面板只能在敷铜的一面焊接元件和布线，适用于简单的电路设计。,图6.1 单面印制电路板剖面,2双面板 双面板包括顶层（Top Layer）和底层（Bo

3、ttom Layer）两层，两面敷铜，中间为绝缘层，两面均可以布线，一般需要由过孔或焊盘连通。双面板可用于比较复杂的电路，是比较理想的一种印制电路板。,图6.2 双面印制电路板剖面,3多层板 多层板一般指3层以上的电路板。它在双面板的基础上增加了内部电源层、接地层及多个中间信号层。随着电子技术的飞速发展，电路的集成度越来越高，多层板的应用也越来越广泛。但由于多层电路板的层数增加，给加工工艺带来了难度，同时制作成本也很高。 多层板中导电层的数目一般为4、6、8、10等，例如在四层板中，上、下面（层）是信号层（信号线布线层），在上、下两层之间还有电源层和地线层，如图6.3所示。,图6.3 多层印制

4、电路板剖面,6.1.2 印制板材料 根据覆铜板基底材料的不同，可以将印制板分为纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板两大类。它们都是使用粘结树脂将纸或玻璃布粘在一起，然后经过加热、加压工艺处理而成。 目前常用的粘结树脂主要有酚醛树脂、环氧树脂和聚四氟乙烯树脂三种。 使用酚醛树脂粘结的纸质覆铜箔层压板称为覆铜箔酚醛纸质层压板，其特点是成本低，主要用作收音机、电视机以及其他电子设备的印制电路板。 使用环氧树脂粘结的纸质覆铜箔层压板称为覆铜箔环氧纸质层压板。覆铜箔环氧纸质层压板的电气性能和机械性能均比覆铜箔酚醛纸质层压板好，也主要用在收音机、电视机以及其他低频电子设备中。,6.1.3 元件封装（Foo

5、tprint） 元件封装是指实际元件焊接到电路板时所指示的外观和焊盘位置。 不同的元件可以共用同一个元件封装，同种元件也可以有不同的封装，元件的封装可以在设计电路原理图时指定，也可以在引进网络表时指定。,在 PCB编辑器中，可以选择英制（单位为mil）或公制（单位为mm）两种长度计量单位，彼此之间的换算关系如下： 1 mil=0.0254 mm 10 mil=0.254 mm 100 mil=2.54 mm 1000 mil（1英寸）=25.4 mm,图6.4 针脚式元件封装,1元件封装的分类 （1）针脚式元件封装，如图6.4所示。针脚类元件焊接时先将元件针脚插入焊盘导通孔，然后再焊锡。由于针

6、脚式元件封装的焊盘导孔贯穿整个电路板，所以其焊盘的属性对话框中，“Layer”板层属性必须为“Multi Layer”（多层）。,（2）表面贴装式元件封装，如图6.5所示。这类元件在焊接时元件与其焊盘在同一层。故在其焊盘属性对话框中，Layer属性必须为单一板层（如Top layer 或Bottom layer）。,图6.5 表面贴装式元件封装,2元件封装的编号 元件封装的编号规则一般为： “元件类型+焊盘距离（焊盘数）+元件外形尺寸”。 可以根据元件封装编号来判别元件的封装。如AXIAL0.4表示此元件封装为轴状的，两焊盘间距为400mil（约等于10mm）；DIP16表示双列直插式引脚的器

7、件封装，两列共16个引脚。,3.几种常见元件的封装 （1）电阻 针脚式电阻：封装系列名为“AXIALxxx”，其中“AXIAL”表示轴状的包装方式；AXIAL后的“xxx”（数字）表示该元件两个焊盘间的距离。后缀数越大，其形状越大。如图6.6所示。 图6.6 轴状元件封装,贴片式电阻： 0402=1.0mmx0.5mm 0603=1.6mmx0.8mm 0805=2.0mmx1.2mm 1206=3.2mmx1.6mm,（2）无极性电容 常用“RADxxx”作为无极性电容元件封装，如图6.7所示。 图6.7 扁平元件封装,（3）筒状封装 常用“RBx/x”作为有极性的电解电容器封装，“RB”后

8、的两个数字，分别表示焊盘之间距离和圆筒的直径，单位是in（英寸），如图6.8所示。 图6.8 筒状封装,（4）二极管类元件 常用封装系列名称为“DIODExxx”，其中“xxx”表示焊盘间距，如图6.9所示。 图6.9 二极管类元件封装,（5）三极管类元件 常用封装系列名称为“TOxxx”，其中“xxx”表示三极管类型，如图6.10所示。 图6.10 三极管类元件封装,图6.11 元件封装图,6.1.4 印制电路板图的基本元素 1铜膜导线 简称导线，用于连接各个焊盘，是印制电路板最重要的部分。印制电路板设计都是围绕如何布置导线来进行的。,图6.12 铜膜导线,另外有一种线为预拉线，常称为飞线，

9、飞线是在引入网络表后，系统根据规则生成的，用来指引布线的一种连线。 飞线与导线有本质的区别，飞线只是一种形式上的连线。它只是形式上表示出各个焊盘间的连接关系，没有电气的连接意义。导线则是根据飞线指示的焊盘间的连接关系而布置的，是具有电气连接意义的连接线路。,图6.13 飞线,图6.14,图6.15,2助焊膜和阻焊膜 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浅色圆。 阻焊膜是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焊锡，因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡。可见，这两种膜是一种互补关系。,3焊盘和过孔 焊盘的作用

10、是放置焊锡、连接导线和元件引脚。 选择元件的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。,图6.16 常见焊盘的形状,过孔的作用是连接不同板层的导线。 过孔有3种，即从顶层贯通到底层的穿透式过孔、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲过孔以及内层间的隐蔽过孔。,穿透式过孔,盲过孔,图6.17,4丝印层 为方便电路的安装和调试，需要在印制板的上下两表面印制上所需要的标志图案和文字代号，例如元件标号、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等，这就是丝印层(Silkscreen Top/Bottom Overlay)。,5层 Protel的“层”是印制板材料本身实实在在的

11、铜箔层。目前，一些较新的电子产品中所用的印制板不仅上下两面可供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔。上下位置的表面层与中间各层需要连通的地方用“过孔（Via）”来沟通。 注意：一旦选定了所用印制板的层数，务必关闭那些未被使用的层，以免布线出现差错。,PCB图例,Pad,Via,Clearance,6.2 新建PCB文件,执行菜单命令“FileNew”,图6.18 新建文件对话框,PCB管理器,文件标签,工作层标签,浮动工具栏,图6.19,预览窗口,当前工作层及颜色,6.3 PCB编辑器,6.3.1 PCB工具栏 Protel 99 SE为PCB设计提供了4个工具栏: Main Tool

12、bar（主工具栏） Placement Tools（放置工具栏） Component Placement（元件布置工具栏） Find Selections（查找选取工具栏）。,图6.20 视图菜单,Main Toolbar Placement Tools Component Placement Find Selections,1主工具栏 该工具栏为用户提供了缩放、选取对象等命令按钮，如图6.21所示。 图6.21 主工具栏,2放置工具栏 执行“ViewToolbarsPlacement Tools”菜单命令来进行打开或关闭的,该工具栏主要提供图形绘制以及布线命令。 图6.22 放置工具栏,3元

13、件布置工具栏 元件布置工具栏是通过执行“ViewToolbarscomponent Placement”菜单命令，来进行打开或关闭的。打开的元件布置工具栏如图所示。该工具栏方便了元件排列和布局。 图6.23 元件布置工具栏,4查找选取工具栏 查找选取工具栏是通过执行“ViewToolbarsFind Selections”选项来进行打开或关闭的。打开的查找选取工具栏如图所示。该工具栏方便选择原来所选择的对象。 图6.24 查找选取工具栏,6.3.2 PCB设计管理器 1启动PCB设计管理器 单击“Browse PCB”标签，即可进入PCB设计管理器。,2PCB设计管理器的组成,图6.25,网络

14、 元件 元件库 网络组 元件组 违反规则信息 设计规则,图6.26,图6.27不同浏览对象对应的浏览窗,6.3.3 添加元件封装库 选择“Browse”下拉列表中 “Libraries（库）”。最后单击左下方的“Add/Remove（添加/删除）”按钮,图6.28 Browse PCB标签页,图6.29 添加/删除库文件的对话框,添加的库文件,图6.30 已装入的库文件,6.4 PCB电路参数设置,Protel 99 SE提供的PCB工作参数包括Option（特殊功能）、Display（显示状态）、Color（工作层面颜色）、Show/ Hide（显示/隐藏）、Default（默认参数）、Si

15、gnal Integrity（信号完整性）共6部分。 执行菜单Tools/Preferences命令，屏幕将出现系统参数对话框，其中包括6个标签页，可对系统参数进行设置。,图6.31 系统参数对话框,Online DRC：在线规则检查 Snap To Center：选取元件时光标的位置 Extend Selection ：扩展选定 Remove Duplicates：删除重复 Confirm Global Edit：确认整体编辑 Protect Locked Object：保护锁定对象,1“Options”设置特殊功能选项标签页 （1）“Editing Options”编辑选项区域 Onlin

16、e DRC：在线规则检查 Snap To Center：选取元件时光标的位置 Extend Selection ：扩展选定 Remove Duplicates：删除重复 Confirm Global Edit：确认整体编辑 Protect Locked Object：保护锁定对象,（2） “Autopan Options”自动移动选项区域,图6.32 设置自动移动方式,Style： Adaptive Disable Re-Center Fixed Size Jump Shift Accelerate Shift Decelerate Ballistic,（3）“Polygon Repour”

17、（多边形填充的绕过）区域 用于设置交互布线中的避免障碍和推挤布线方式。如果选Always，则可以在已敷铜的PCB中修改走线，敷铜会自动重铺。,（4）“Component Drag”元件拖动区域 Mode右边的下拉列表，其中包括两个选项： “None（没有）”和“Component Tracks（连接导线）” 选择None，在拖动元件时，只拖动元件本身 选择Connected Track，则在拖动元件时，该元件的连线也跟着移动。,（6）“Interactive routing”交互式布线模式选择区域 1）Mode选项：单击“Mode（模式）”右边的下拉按钮，可看到如图6.33所示对话框。其中有以

18、下3个选项可供选择。,图6.33 交互式布线模式选择,“Ignore Obstacle（忽略障碍）”：选中表示在布线遇到障碍时，系统会忽略遇到的障碍，直接布线过去。 “Avoid Obstacle（避免障碍）”：绕过遇到的障碍 “Push Obstacle（清除障碍）”：清除障碍,2）Plow Through Polygon选项：表示在布线的整个过程中，导线穿过多边形布线。该项 只有在“Avoid Obstacle”选项中有效。 3）Automatically Remove选项：表示在布线的整个过程中，在绘制一条导线以后，如果系统发现还有一条回路可以取代此导线的作用，则会自动删除原来的回路。,

19、（6）“Other”其它区域,（6）“Other”其它区域 1) Rotation Step选项：用于设置在放置元件时，每次按动空格键元件旋转的角度。设置的单位为度，系统默认值为90 2）Undo/redo选项：用于设置最大保留的撤销/重做操作的次数，默认值为30次。 3）Cursor Type选项：用于设置光标的形状。 其中包括三种光标形状： “ Large 90 （大光标）” “ Small 90 （小光标）” “ Small 45 （交叉45光标）”,2“Display”显示标签页 单击Display即可进入Display选项标签页，如图6.34所示，有四个区域。 图6.34 显示标签页

20、,Show（PCB板显示设置） Pad Nets Pad Numbers Via Nets Test Point Origin Marker Status Info,3 “Colors”颜色标签页 Colors用于设置各种板层和系统对象的颜色。 要设置某一层的颜色，单击该层名称旁边的颜色块，在弹出的Choose Color（选择颜色）对话框中，拖动滑块来选择给出的颜色，也可自定义工作层的颜色。,图6.36 颜色标签页,系统对象颜色,Default Color,Classic Color,4“Show/Hide”显示/隐藏标签页 “Show/Hide” 用于设置各种图形的显示模式。标签页中的每一

21、项都有相同的3种显示模式，即Final（精细显示模式）、Draft（粗略显示模式）和Hidden（隐藏显示模式）。,图6.37 显示/隐藏标签页,Arcs Fills Pads Polygons Dimensions Strings Tracks Vias Coordinates Rooms,“All Final” “All Draft” “All Hidden”。,5“Defaults”默认标签页 单击Defaults即可进入默认标签页 ，如图6.38所示。Defaults 用于设置各个电路板对象的系统默认值。 图6.38 默认标签页,“Permanent复选框”,“Reset”,“Edit

22、 Values”,基本类型列表框,6“Signal Integrity”信号完整性标签页 可以设置元件标号和元件类型之间的对应关系，为信号完整性分析提供信息。信号完整性标签页如图6.39所示。 图6.39 信号完整性标签页,单击 “Add”按钮，系统将弹出元件标号设置对话框，如图6.40所示。在该对话框中，可以输入所用的元件标号标头，然后在“Component Type（元件类型）”下拉列表选择一个元件类型，其中包括Resistor（电阻）、IC（集成电路）、Diode（二极管）、Connector（连接插头）等。 *注意，所有没有归类的元件会被视为IC类型 。,图6.40 元件标号设置对话框

23、,6.5 设置电路板工作层,Protel 99 SE有32个信号层，即顶层，底层和30个中间层、16个内部电源层/接地层和16个机械板层。在实际的设计过程中，几乎不可能打开所有的工作层，这就需要用户设置工作层，将自己需要的工作层打开。 6.5.1 工作层的类型 菜单中Design/Options命令。就可以看到工作层设置对话框。,图6.41 工作层设置对话框,“Layers”,丝印层,信号层,内部电源/接地层,机械层,阻焊层 助焊层,禁止布线层 多层 钻孔层,系统设置,1.“Signal Layers”信号板层 信号板层主要用于放置与信号有关的电气元素。如Top Layer（顶层）是电路板主要

24、用于放置元件和布线的一个表面 ；Bottom Layer（底层）是电路板主要用于布线和焊接的另一个表面 ；Mid Layer为中间工作层于顶层与底层之间，用于布置信号线，在实际的电路板中是看不见的,2“Internal Plane”内部板层 内部板层主要是用于布置电源和接地线的层。该类型的层仅用于多层板，主要用于布置电源线和接地线。我们称双层板、四层板、六层板，一般指信号层和内部电源/接地层的数目。 信号层内需要与电源或地线相连的印制导线可通过元件引脚焊盘或过孔与内电源/地线层相连，从而极大地减少了电源/地线的连线长度。另一方面，在多层电路板中，充分利用内地线层对电路板中容易产生辐射或受干扰部

25、分进行屏蔽。,3“Mechanical Layers”机械板层 它一般用于设置电路板的外形尺寸、数据标记、对齐标记、装配说明以及其它的机械信息。这些信息因设计公司或PCB制造厂家的要求而有所不同。执行菜单命令Design/Mechanical Layer能为电路板设置更多的机械层。另外，机械层可以附加在其它层上一起输出显示。,4“Masks” 助焊层及阻焊层 Protel 99 SE提供： Top Solder Mask(顶层阻焊膜)、 Bottom Solder Mask（底层阻焊膜）、 Top Paste Mask(顶层助焊膜)、 Bottom Paste Mask（底层助焊膜）。 5“S

26、ilkscreen”丝印层 丝印层主要用于绘制元件外形轮廓以及标识元件标号等，主要包括顶层丝印层（Top）、底层丝印层（Bottom）两种。一般，各种标注字符都在顶层丝印层，底层丝印层可关闭。,6“Other”其他工作层 Other有4个复选框，各复选框的意义如下： Keepout（禁止布线层）：用于设定电气边界，即电路板上能够有效放置元件和布线的区域。在该层绘制一个封闭区域作为布线有效区，在该区域外是不能自动布局和布线的。 Multi layer（多层）：选中表示打开多层（通孔层）；若不选择此项，焊盘、过孔将无法显示出来。 Drill guide（钻空方位层）：主要用来选择绘制钻孔指示图。

27、Drill drawing（钻空绘图层）：主要用来选择绘制钻孔图。,7. “System”系统设置 系统设置设计参数的各选项如下： DRC Errors：用于设置是否显示自动布线检查错误信息。 Connections：用于设置是否显示飞线，在绝大多数情况下都要显示飞线。 Pad Holes：用于设置是否显示焊盘通孔。 Via Holes：用于设置是否显示过孔的通孔。 Visible Gird1：用于设置是否显示第一组栅格。 Visible Grid2：用于设置是否显示第二组栅格。,6.5.2 工作层的设置 1信号板层和内部板层的设置 在设计窗口直接执行“DesignLayer Stack Ma

28、nager”命令,就可以看到层堆栈管理器对话框，在层堆栈管理器中可以定义层的结构，看到层栈的立体效果，对电路板的工作层进行管理。,图6.42 层堆栈管理器对话框,（1）添加层的操作 选取TopLayer，用鼠标单击对话框右上角的Add Layer（添加层）按钮，就可在顶层之下添加一个信号层的中间层（MidLayer），如此重复操作可添加30个中间层。单击Add Plane按钮，可添加一个内部电源/接地层，如此重复操作可添加16个内部电源/接地层。 （2）删除层的操作 先选取要删除的中间层或内部电源/接地层，单击Delete按钮，在确认之后，可删除该工作层。 （3）层的移动操作 先选取要移动的层

29、，单击Move Up（向上移动）或Move Down（向下移动）按钮，可改变各工作层间的上下关系。,TopLayer,Add Layer Add Plane Delete Move Up Move Down Properties,Menu,图6.43,（4）层的编辑操作 先选取要编辑的层，单击Properties（属性）按钮，弹出如图所示的Edit Layer（工作层编辑）对话框，可设置该层的Name （名称）和 Copper thickness （覆铜厚度）。,图6.44,2机械板层的设置 选择菜单 “Design Mechanical Layers” 菜单命令，获得 “Mechanical

30、 Layers”设置机械层对话框。,图6.45 设置机械板层对话框,6.5.3 工作层参数的设置 选择菜单Design/Options命令就可以看到如图6.46所示的文档选项对话框。在该对话框中可以进行相关参数的设置：,图6.46 文档选项对话框,1“Grids”栅格设置 （1）Snap X、Snap Y： 设定光标每次移动的最小间距。 （2）Component X、Component Y： 设定对元器件移动操作时，光标每次在X方向、Y方向移动的最小间距。 （3）Visible Kind：设定栅格显示方式。其中有两种方式选择：即Lines（线状）和Dots（点状）。,2“Electrical

31、Grid”电气栅格设置 电气栅格就是在走线时，当光标接近焊盘或其他走线一定距离时，即被吸引而与之连接，同时在该处出现一个记号。 如果选中“Electrical Grid”，表示具有自动捕捉焊盘的功能。Range（范围）用于设置捕捉半径。若取消该功能，只需将“Electrical Grid”前的对号去掉。 建议使用该功能。,3“Measurement Unit”度量单位 系统提供了两种度量单位，即Imperial(英制)和Metric（公制），系统默认为英制。 公制单位的选择为我们在确定印制电路板尺寸和元件布局上提供了方便。 度量单位的选择方法是：单击“Measurement Unit”右边的下

32、拉式按钮，然后在下拉菜单中选择需要的度量单位即可。,6.6 规划电路板和电气定义,规划电路板有两种方法：一种是手动设计规划电路板和电气定义，另一种是利用“电路板向导”。 6.6.1 手动规划电路板 手动规划电路板就是在禁止布线层（Keep Out Layer）上绘制出一个封闭的多边形（一般情况下绘制成一个矩形），多边形的内部即为布局的区域。,规划电路板并定义电气边界的一般步骤： （1）单击编辑区下方的标签Keep Out Layer, 将禁止布线层设置为当前工作层,如图6.47所示。,图6.47 当前工作层设置为禁止布线层,（2）单击放置工作栏上的按钮，也可以执行“Place KeepoutT

33、rack”命令。,图6.48,图6.49 电路板形状,6.6.2 使用向导生成电路板 使用向导生成电路板就是系统自动对新PCB文件设置电路板的参数，形成一个具有基本框架的PCB文件。 执行“File New” 命令，在弹出的对话框中选择“Wizard”选项卡，如图6.50所示。,图6.50 Wizard选项卡,Printed Circuit Board Wizard,图6.51 生成电路板先导,单击“Next”按钮，系统弹出如图所示选择预定义标准板对话框，就可以开始设置印制板的相关参数。 图6.52 选择预定义标准板对话框,如果选择了Custom Made Board，则单击“Next”按钮，

34、系统将弹出如图所示设定板卡的相关属性对话框。 图6.53 自定义板卡的参数设置对话框,设置完毕后，系统将弹出如图所示对话框，此时可以设置板卡的一些相关的产品信息，而所填写的资料将被放在电路板的第四个机械层里。 图6.54 板卡产品信息对话框,如果前面选择了标准板，则单击“Next”按钮后系统会弹出如图所示对话框，此时可以选择自己需要的板卡类型。设置完后单击“Next”按钮也会弹出如图6.55所示对话框。 图6.55 选择印制电路对话框,单击“Next”按钮后，系统弹出如图所示对话框，可以设置电路板的工作层数和类型，以及电源/地层的数目等。 图6.56 选择电路板工作层,单击“Next”按钮后，系统将弹出如图所示对话框，此时可以设置过孔类型。其中“Thruhole Vias only”表示过孔穿过所有板层，“Blind and Buried Vias only”表示过孔为盲孔，不穿透电路板。 图6.57 设置过孔类型,单击“Next”按钮后，系统弹出如图所示对话框，此时可以指定该电路板上以哪种元器件为主，其中“Surface-mount components”选项是以表面粘贴式元器件为主，而“Through-hole components”选项是以针脚式元器件为主。 图6. 58 选择哪种元器件,单击“Next”按钮，系统将弹出如图对话框，此时可以设置最小的导线尺寸、过孔直径和