单层和双层板(PCB图设计)

1Protel99SEPCB设计入门（单层、双层板）RevisedbyInhaulXu,2009-3-182什么是PCB？PCB是PrintedCircuitBoard的简称，即印刷电路板，或者叫作印制电路板。PCB的主要功能是固定各种零件，并提供其上各个零件的相互电气连接，实现电路功能。PCB是由绝缘介质隔开的各敷铜层组成，在敷铜层上利用化学或物理的方法蚀刻制作出铜布线图案，板上制作出内壁镀有/不镀金属的通孔用于焊接零件引脚、连通位于不同敷铜层的铜线、机械固定等。PCB两面的覆盖在敷铜层上的绿色或是棕色，是阻焊漆的颜色。这层是绝缘的防护层，阻焊漆可以阻止焊锡附着在敷铜上，也可以保护铜线免受其它侵蚀。在阻焊层上另外会印刷上一层丝(网)印(刷)面（silkscreen）。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色漆），以标示出各零件在板子上的位置，便于装配、焊接和调试等。丝印面也被称作overlay，如topoverlay、bottomoverlay。丝印层覆盖在其它所有物理层之上，一块板最多有两个丝印层。3PCB的种类1.单面板、单层板（Single-SidedBoard）：只有一层敷铜2.双面板、双层板（Double-SidedBoard）：有两层敷铜3.多层板（Multi-LayerBoard）板内部夹有由绝缘介质隔开的若干个铜箔层，例如作为信号层（Signal）、电源层（Power）、地线层（Ground）。用于增强信号质量、减小电路板占用面积等。直插(throughhole)元件、穿孔元件：使用时，元件引脚穿过电路板上的通孔，元件主体位于板一侧，引脚焊接点(焊盘)位于板另一侧。表贴(SMTSurfaceMountedTechnology)元件、贴片元件(SMD)：使用时，元件主体和引脚焊接点(焊盘)位于板同一侧。丝印层均位于元件主体一侧，便于指导装配。4零件安装技术1.插入式、穿孔式（ThroughHoleTechnology）针对直插式封装的元件，这种方式需要占用大量的空间，并且要为每只引脚钻一个孔。引脚其实占掉两面的空间，而且焊点也比较大。安装的时候，元件引脚从孔中穿过，在元件的另一侧将引脚焊接到板上。2.表面黏贴式（SurfaceMountedTechnology）针对表面黏贴式封装的元件，元件引脚焊在元件的同一面。钻孔数量较少，体积小，占用空间少。5ProtelPCB设计中常见的各种“层”在Protel中专指顶层信号层和底层信号层1.信号层（SignalLayers）：敷铜层，主要用于绘制信号线，放置在上面的任何对象（线、矩形敷铜区、多边形平面、焊盘、过孔、文字、圆、圆弧等）将会被处理为PCB布线图中的有铜区。信号层包括：顶层（TopLayer）——元件面或焊接面信号层中间层（MidLayer）——内部信号层（可有中间层1~中间层30）底层（BottomLayer）——元件面或焊接面信号层2.内平面（InternalPlanes）层：敷铜层，存在于在多层板内部。主要用作大面积的电源或地。可以给内平面赋予网络名（如GND），这样所有经过内平面的有相同网络名的焊盘、过孔均被认为是连接到内平面上。一个内平面层也可以被分成若干个具有不同网络名的区域。为了提高效率，这些层是负显示的，放置在上面的任何对象将会被处理为PCB布线图中的无铜区。3.丝印层（SilkscreenLayers、OverlayLayers）：非铜层，一般印上白色漆。主要用于绘制元件轮廓、元件标识、元件型号或其它注释用文字和图形。板的两面可各有一个丝印层，为顶层丝印层（TopOverlay）和底层丝印层（BottomOverlay）。64.机械层（MechanicalLayers）：非铜层，主要用于提供电路板的制造、装配信息，如板的物理尺寸。最多可有16个机械层。5.掩膜层（MaskLayers）：非铜层，覆盖在板两面的敷铜层上，用于阻焊、阻锡。掩膜包括：焊接掩膜（SolderMasks）——用于波峰焊工艺，包括TopSolderMask层和BottomSolderMask层，掩膜覆盖的区域将不会在波峰焊时着锡。掩膜是软件自动生成的，通常覆盖了除元件焊盘和过孔（也可设置成覆盖过孔）外的几乎全部区域。为了提高效率，焊接掩膜层是负显示的。锡膏掩膜（PasteMasks）——用于SMT工艺，提供板上应刷锡膏的区域信息。包括TopPasteMask层和BottomPasteMask层，掩膜覆盖的区域将不会被刷上锡膏。掩膜是软件自动生成的，通常覆盖了除贴片元件焊盘外的几乎全部区域。为了提高效率，锡膏掩膜层是负显示的。6.KeepOutLayer：非铜层，用于指定元件放置和布线的允许区域，对所有的敷铜层有效。Keepout层的基本规则是：元件不能被放置在Keepout层的对象上面；布线不能跨过Keepout层的对象。7.MultiLayer：放置在该层的对象将会出现在所有的敷铜层上，插入式元件引脚的焊盘通常放置在该层。71.先由原理图生成网络表文件，网络表中除了描述了电路各元件间如何连接，还包含了各元件的标识、型号、封装形式等在绘制原理图时所指定的元件属性信息。然后新建一个PCB文件，在PCB编辑器中装载此网络表到该PCB中，在导入网络表时，Protel会根据网络表中各元件所指定的封装名，在用户设定的当前封装库列表中查找这些封装名，若找到则将其放置在PCB中。若装载网络表时指定的元件封装名不存在，则Protel会相应地提示错误。用户在PCB编辑器中完成各元件的布局和PCB布线等工作。2.若无原理图，可先新建一个PCB文件，然后用户直接在PCB编辑器中选取封装库中的封装，放置到PCB中，再完成各元件的布局和PCB布线等工作。PCB图的绘制方式我们这里使用第一种方式8生成原理图的网络表文件在原理图绘图页的环境下，执行菜单命令Design/CreateNetlist将弹出NetlistCreation对话框，如图所示，生成此原理图的网络表文件。在对话框中确定网络表的输出格式、网络标识符作用域及网络表包含的绘图页等。对于单页原理图，我们使用系统的缺省设置即可。点OK生成原理图相应的网络表，网络表文件是文本文件，其描述的内容很容易理解。9建立一个PCB文件（1）有两种方式创建PCB文件：PCB向导方式和直接创建方式。我们这里使用PCB向导方式，以一个矩形单面板为例进行示范。执行菜单命令File/New将弹出新建文档对话框。如图所示，切换到Wizards标签，选择PCB向导，确认后进入欢迎对话框。10建立一个PCB文件（2）有几种板型可选，同时可以选择度量方式为英制还是公制。我们这里选择定制板型，公制方式。11建立一个PCB文件（3）设置板的宽、高、形状等参数。缺省的布线线宽用于绘制板的物理边界线的线宽KeepOut区距板物理边界的距离（布线和元件放置区域一般比板物理区域略小）切去板的角部区域板的内部切除一块标出板的物理尺寸信息12建立一个PCB文件（4）板的预览图，可以修改宽度和高度。紫色区域为KeepOut区，黄色线条标示出板的物理边界(板的物理区域略大于KeepOut区)。13建立一个PCB文件（5）填写一些其它信息。14建立一个PCB文件（6）设置板的信号层数和内平面层数。对于单面板，我们可以按以下方式选定。孔壁金属化孔壁不镀金属15建立一个PCB文件（7）设置板的通孔仅为直通方式，还是可以有盲孔和埋孔（只对多层板有效）。16建立一个PCB文件（8）设置板上安装的是以表贴元件为主还是以插入式元件为主，对于后者，设置相邻焊盘之间允许通过的导线数目。17建立一个PCB文件（9）根据制板厂家工艺能力设置相应的最小线宽、最小孔径、最小焊盘直径和导线间最小间距。18建立一个PCB文件（10）设置好是否将该板型存为模板后，一个矩形单面板创建完成。1920设置PCB编辑器工作环境选择菜单项Design/Options…打开文档配置对话框。我们这里以单面板为例（假定采取元件放在顶层，仅在底层布线的方式）进行设置，将当前显示的层设置为左下图。Options标签下可设置背景栅格大小、元件移动的间隔、度量方式等内容。21设置当前所使用的封装库列表在绘制原理图时我们应当已经知道你所使用的各个封装名位于那些封装库中。在PCB编辑环境下，将用到的这些封装库添加到当前的封装库列表中。所有原理图中用到的封装名均应在当前封装库列表的某个库中能找到。而且同一个封装名不应出现在当前封装库列表的多个库中，因为不同封装库中的同名封装可能具体形式不同，这样容易导致错误。和原理图时类似，可通过此按钮添加/移除PCB元件封装库。此处是示意，实际情况因你的具体设计而定。22装载网络表执行菜单命令Design/LoadNet…将弹出装载网络表对话框，如图所示，按Browse按钮选择之前所生成的网络表文件。若无问题则按Execute命令执行网络表的装载。若有问题，Protel软件会提示。初学者常遇到的问题有：FootprintnotfoundinLibrary表示你在原理图中指定的某元件封装名在当前封装库列表中找不到。Componentnotfound常由上面的错误而引起。在导入网络表时，Protel会根据网络表中各元件所指明的封装名，在当前封装库列表中查找这些封装名，若找到则将其放置在PCB中。若装载网络表时指明的元件封装名不存在，则Protel无法将其放置在PCB中，并提示错误。Protel还会检查原理图中各元件的引脚编号(在原理图元件库中所设定)，在其指定的封装名中，是否有相同编号的焊盘(在PCB封装库中所设定)。23PCB元件布局执行完网络表的装载后，Protel会将所有元件摆放在板的右侧边界处(元件缺省被放在顶层)，用蓝色的虚拟线提示出具有两个相同网络名的位置。接着我们需对这些元件摆放到PCB的适当位置，这个步骤称为PCB的布局（Placement）。自动布局选择菜单命令Tools/AutoPlacement/AutoPlacer...，选择布局算法，自动完成元器件的布局。自动布局要达到较好的效果，需要事先设置合适的布局设计规则（菜单项Design/Rules…的Placement标签下）。手动布局（本次实训主要采用这种方式）以拖曳的方式分别将元件一个个地拖进电路板布线允许范围内，按照电路功能需求将元件在电路板内一一摆放合适。元件处于浮动状态时，按空格键可以旋转元件（虽然按X键和Y键也可以对元件镜像，但PCB元件的位置是要安装实物器件的，故很少使用）。24PCB布线自动布线选择菜单AutoRoute，在里面选择针对某个网络名、连接、元件、区域或全部内容，自动完成PCB的布线工作。自动布线要达到较好的效果，需要事先设置合适的布线设计规则。接着我们对各元件按照电路实际情况进行连线，这个步骤称为PCB的布线（Routing）。手动布线（本次实训主要采用此方式）选择工具栏中的布线工具完成布线工作。我们这里以单面板为例（假定采取元件放在顶层，仅在底层布线的方式）。25单击交互式布线连接按钮后进行手动连线，如示例所示由于需要在底层布线，所以先切换当前的工作层为BottomLayer。（应时刻注意你当前的工作层是哪一层）注意：在不同层放置“线”，会代表不同的实际意义。如在信号层放置的线是铜导线，在丝印层放置的线是用漆绘制的线条，在内平面层放置的线对应的是无铜的部分，在KeepOut层放置的线是用作提供允许布线区域边界的标记，在机械层放置的线用于指示板边界等信息。26布线技巧在手动布线的过程中，遇到布线需要拐弯的情况时，可以用Shift+Space键在以下拐角模式中进行切换：1.直线-45度线2.直线-小圆弧-45度线3.90度直角导线4.直线-小圆弧-直线5.任意角度直线6.45度弧线-直线27导线属性编辑处于拉线状态时按Tab键可对导线属性进行编辑。双击已经布好的导线可对其属性进行编辑。28放置焊盘焊盘主要用于焊接元件引脚或焊线等，选择工具栏中的放置焊盘按钮，或者选择菜单项Place/Pad，放置焊盘。焊盘