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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如计算机主板所用的印板材料
2、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、八角和定位用焊盘等，但有时这还不够用，需要自己
3、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都要涂覆一层涂料用于阻止这些部位上踢。,焊盘,阻焊膜（Solde
4、r 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
5、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
6、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，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
7、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 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
8、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
9、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。,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
10、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
11、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,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
12、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
13、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,线宽：正负电源线：1mm，LED支路：见图中箭头标注，其余0.35mm。电路板圆角半径：3.5mm。定位孔直径：5mm，定位孔位置见图中坐标点的标注。不同的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
14、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，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
15、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OK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
16、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
17、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，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
18、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
19、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，我们再介绍另一种新建图库的方法，这种图库调用起来很方便：1.先关闭Protel99窗口，从根目录进入其PCB库文件夹中，新建一个文件夹，起名my.pcb，在同一窗口打开通用元件封装库文件夹，然后把 封装库复制到新建的 my.pcb库文件夹中，可复制多份，每份都要重新命名，命名后双击文件夹，进入PCB文件理器中，再对封装库文件夹重命名，然后退出，如下图。特别注意，在重命名之
20、前，千万不要打开该文件夹，否则将无法给文件夹重命名！,复制并重命名后的PCB文件夹,双击后打开的PCB文件管理器,封装库文件夹重命名,7新建元件封装库,2.新建库文件的完善与载入 继续以上的操作，在对封装库文件重命名后，双击该文件夹，便进入封装文件编辑器中，在这里，按文件名的要求，将不需要的封装全部删除，如在通用元件封装库里，只保留电阻、电容、二极管、三极管的封装，其余删掉不要，而在集成电路封装库里，则只保留集成电路的封装。操作的方法是：选中要删除的封装，按Remove按钮，如图1。接下来，对一些不合要求的封装要进行修改，还要根据自己的需要新建一些库中缺少的元件封装，以上操作完成后，要先保存，再退出。,载入其封装文件的方法和载入其他封装文件的方法一样，打开一个PCB设计文档，在PCB浏览器的窗口下单击 按钮在弹出的加载PCB封装库文件的对话框里，找到my.pcb文件夹的存放路径（如图2），打开、双击、OK！载入后的PCB库文件浏览窗口如图3。,1,2,3,
