【正文】 第 4章 認識印刷電路板與元件封裝 項目背景 要進行 PCB設(shè)計 ， 首先要了解印刷電路板的結(jié)構(gòu) 、 板中的各種對象及其用途 ， 了解這些對象在Protel軟件中的表示 ， 這是進行 PCB設(shè)計的基礎(chǔ) 。 項目要點 印刷電路板的結(jié)構(gòu)；印刷電路板圖在 PCB文件中的表示；元件封裝的概念；元件封裝在 PCB文件中的表示；元件封裝庫的使用 。 任務(wù)一 認識印刷電路板 印刷電路板結(jié)構(gòu) 印刷電路板簡稱 PCB （ Printed Circuit Board）。 是通過一定的制作工藝，在 絕緣度非常高的基材上覆蓋一層導(dǎo)電性能良好的銅箔構(gòu)成覆銅板，按照 PCB圖的要求，在覆銅板上蝕刻出相關(guān)的圖形，再經(jīng)鉆孔等后處理制成，以供元器件裝配所用。 印刷電路板可按板材的不同分類，也可按結(jié)構(gòu)不同分類。 印刷電路板根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可分為單面板、雙面板和多層板。 單面板 是只在一面覆銅的電路板，只可在覆銅的一面布線。制作成本簡單，但由于只能在一面布線且不允許交叉，布線難度較大，適用于比較簡單的電路。 雙面板 是兩面覆銅，兩面均可布線。制作成本低于多層板，由于可以兩面布線，布線難度降低，因此是最常用的結(jié)構(gòu)。 印刷電路板的分類 多層板 一般指 3層以上的電路板。多層板不僅兩面覆銅，在電路板內(nèi)部也包含銅箔，各銅箔之間通過絕緣材料隔離。多層板布線容易，而且可以把中間層專門設(shè)置為電源層和接地層，提高了抗干擾能力，減少了 PCB的面積，但制作成本較高，多用于電路布線密集的情況。 印刷電路板的分類 焊盤 過孔 銅膜導(dǎo)線其上覆蓋阻焊劑 元件符號輪廓 字符 圖 ，另一面與其相似。 圖 印刷電路板 印刷電路板中的各種對象 從圖 ，印刷電路板上的對象主要有： 銅膜導(dǎo)線： 用于各導(dǎo)電對象之間的連接，由銅箔構(gòu)成，具有導(dǎo)電特性。 焊盤： 用于放置焊錫、連接導(dǎo)線和元件引腳，由銅箔構(gòu)成，具有導(dǎo)電特性。 過孔： 用于連接印刷電路板不同板層的銅膜導(dǎo)線，由銅箔構(gòu)成，具有導(dǎo)電特性。 元件符號輪廓： 表示元件實際所占空間大小，不具有導(dǎo)電特性。 圖 字符： 可以是元件的標號、標注或其他需要標注的內(nèi)容，不具有導(dǎo)電特性。 阻焊劑： 為防止焊接時焊錫溢出造成短路，需在銅膜導(dǎo)線上涂覆一層阻焊劑。阻焊劑只留出焊點的位置，而將銅膜導(dǎo)線覆蓋住，不具有導(dǎo)電特性。 圖 樣品 印刷電路板上的各種對象在 Protel軟件中都有表 示，本節(jié)只介紹一些主要對象的表示方法。 工作層 工作層是 PCB設(shè)計中一個非常重要的概念。在Protel軟件中，主要以工作層表示印刷電路板中的不同對象。 任務(wù)二 印刷電路板圖在 Protel軟件中的表示 1． 信號層（ Signal Layer） 用于表示銅膜導(dǎo)線所在的層面。包括頂層 Top Layer、底層 Bottom Layer和 30個中間層MidLayer。 2． 內(nèi)部電源 /接地層（ Internal plane Layer） 共 16個內(nèi)部電源 /接地層。用于在多層板中布置電源線和接地線。 工作層 3． 機械層（ Mechanical Layer） 共 16個機械層。用于設(shè)置電路板的外形尺寸、數(shù)據(jù)標記、對齊標記、裝配說明以及其他機械信息。這些信息因設(shè)計公司或 PCB制造廠家的要求而有所不同。 4． 阻焊層（ Solder mask Layer） 用于表示阻焊劑的涂覆位置。包括頂層阻焊層Top Paste和底層阻焊層 Bottom Paste。 工作層 5． 絲印層（ Silkscreen Layer） 用于放置元件符號輪廓、元件標注、標號以及各種字符等印制信息。包括頂層絲印層 Top Overlay和底層絲印層 Bottom Overlay。 6． 多層（ Multi Layer） 用于顯示焊盤和過孔。 7． 禁止布線層（ Keep out Layer） 用于定義在電路板上能夠有效放置元件和布線的區(qū)域，主要用于 PCB設(shè)計中的自動布局和自動布線。 工作層 圖 頂層 Top Layer的布線 頂層 Top Layer的布線 各種工作層通過 PCB編輯器下方的工作層標簽顯示（如圖 ～圖 ），標簽在最上面的表示當前層。 圖 底層 Bottom Layer的布線 底層 Bottom Layer布線 圖 頂層絲印層 Top Overlay 頂層絲印層 圖 底層絲印層 Bottom Overlay 底層絲印層 Bottom Overlay 圖 ，這是因為 PCB編輯器中的圖形都是從頂層方向看去的，底層的所有圖形包括字符都是從頂層透視的結(jié)果。 圖 多層顯示的焊盤與過孔 多層顯示的焊盤與過孔 1． 銅膜導(dǎo)線（ Track） 銅膜導(dǎo)線 Track必須繪制在信號層。即頂層Top Layer、底層 Bottom Layer和中間層MidLayer。 2． 焊盤（ Pad） 焊盤 Pad分為兩類，針腳式和表面粘貼式，分別對應(yīng)具有針腳式引腳的元件和表貼式元件。 銅膜導(dǎo)線、焊盤、過孔、字符等的表示 圖 針腳式焊盤尺寸 圖 表面粘貼式焊盤 圓形焊盤 方形焊盤 八角形焊盤 焊盤 過孔 Via也稱為導(dǎo)孔。過孔分為三種。即從頂層到底層的穿透式過孔、從頂層到內(nèi)層或從內(nèi)層到底層的盲過孔和層間的隱藏過孔。 一般過孔的孔壁需要鍍銅稱為電鍍，用于連接不同板層的導(dǎo)線。 3． 過孔（ Via） 圖 穿透式過孔 圖 盲過孔 字符必須寫在頂層絲印層 Top Overlay和底層絲印層 Bottom Overlay，切不可寫在信號層。 5． 安全間距（ Clearance） 進行印刷電路板圖設(shè)計時，為了避免導(dǎo)線、過孔、焊盤及元件間的相互干擾，必須在它們之間留出一定間隙，即安全間距如圖 。 圖 安全間距 4． 字符（ String） 任務(wù)三 認識元件封裝 元件封裝 1．元件封裝的概念 電路原理圖中使用的是元件的電氣符號， PCB設(shè)計中使用的是元件的封裝。 元件封裝 是指實際的電子元器件焊接到電路板時所指示的輪廓和焊點的位置，它保證了元件引腳與電路板上的焊盤一致。 元件封裝實際上只是一個空間的概念，不同的元件可以有相同的封裝，同一個元件也可以有不同的封裝，所以在進行 PCB設(shè)計時，其元件封裝必須以實際元件為準。 根據(jù)焊接方式不同，元件封裝可分為兩大類：針腳式和表面粘貼式。 針腳式元件封裝 ：焊接時需先將元件的引腳插入焊盤通孔中再焊錫，如圖 （ a）圖。 2．元件封裝分類 圖 元件封裝的分類 （ a）針腳式元件 表貼式元件封裝 ：此類封裝的焊盤只限于表層，即頂層 Top Layer和底層 Bottom Layer，中間無孔，如圖 （ b）圖 。 圖 元件封裝的分類 （ b）表面粘貼式元件 元件封裝分類 元件封裝的編號規(guī)則一般為元件類型 +焊盤距離（或焊盤數(shù)） +元件外形尺寸。如 示該元件封裝為軸狀，兩個管腳焊盤的間距為 英寸（ 400mil）； 封裝，兩個管腳焊盤的間距為 （ 200mil），元件封裝符號直徑為 (400mil)； DIP14表示雙列直插式元件封裝，兩列共 14個引腳。 3．元件封裝編號 1． 電容類封裝 電容可分為無極性和有極性電容，圖 性電容封裝 ，圖 。 圖 有極性電容封裝 常用元件封裝 圖 無極性電容封裝 電阻類常用的封裝為 AXIAL系列，圖 阻封裝 。 3． 晶體管類封裝 圖 TO92A。 圖 電阻封裝 圖 小功率三極管封裝 2． 電阻類封裝 4． 二極管類封裝 圖 ，其中帶有標志的一端為二極管負極。 圖 二極管封裝 圖 雙列直插式封裝 DIP14 集成電路封裝有針腳式元件的雙列直插式（ DIP系列）和單列直插式（ SIP系列）封裝，表貼式元件封裝 SO系列。 5． 集成電路封裝 圖 表貼式元件封裝 SO14 圖 單列直插式封裝 SIP8 在 Protel99 SE中提供了大量元件封裝，這些元件封裝都分門別類地存放在不同的元件封裝庫中。 元件封裝庫的存放路徑是 C:\Program Files\Design Explorer 99 SE\Library\Pcb 在 Pcb文件夾下包含 3個文件夾，其中： Connectors文件夾： 主要存放各種連接件的元件封裝庫； Generic Footprints文件夾： 存放各種常用的元件封裝庫； IPC Footprints文件夾： 存放各種表貼式元件封裝庫。 元件封裝庫的擴展名是 .ddb。 元件封裝庫 在以上 3個文件夾下，分別存放著多個擴展名為 .ddb的元件封裝庫。 最常用的是 Generic Footprints文件夾下的，該元件庫中存放了大多數(shù)常用元件封裝。 Connectors、 Generic Footprints 、 IPC Footprints 自動布局與自動布線的基本步驟 項目背景 利用 PCB編輯器的自動布局、自動布線功能可以方便地將原理圖轉(zhuǎn)換為印刷電路板圖，本章主要介紹自動布局、自動布線的基本步驟以及轉(zhuǎn)換前對原理圖的要求。 項目要點 對原理圖的要求；根據(jù)原理圖產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表文件；新建、打開 PCB文件；創(chuàng)建機械層；自動布局和自動布線的基本步驟；單面板與雙面板的設(shè)置；原理圖元件符號和 PCB元件封裝引腳的對應(yīng)問題。 要求： 繪制圖 ，利用自動布局、自動布線方法將其轉(zhuǎn)換為雙面印刷電路板圖。 電路板尺寸：寬 2022mil，高 1200mil。 圖 可控多諧振蕩器電路 任務(wù)一 學(xué)習(xí)自動布局與自動布線的基本步驟 表 可控多諧振蕩器電路元件屬性列表 Lib Ref （元件名稱） Designator （元件標號） Part Type （元件標柱） Footprint （元件封裝） 74LS00 U1 74LS00 DIP14 74LS32 U2 74LS32 DIP14 RES2 R R2 Cap C C2 U U2在 Protel DOS Schematic 其余元件在 Miscellaneous 元件封裝庫： 表 可控多諧振蕩器電路元件屬性列表 要順利地將原理圖轉(zhuǎn)換為印刷電路板圖，關(guān)鍵是正確繪制原理圖。 對原理圖的要求是：所有元件都要有標號且不能重復(fù)、所有元件都要有元件封裝、所有電氣對象之間都要使用導(dǎo)線規(guī)范正確的連接。 ～ 自動布線的操作順序和操作步驟。 原理圖轉(zhuǎn)換為印刷電路板圖 。 。 網(wǎng)絡(luò)表文件是表示電路原理圖或印刷電路板圖元件連接關(guān)系的文本文件，是原理圖設(shè)計軟件Advanced Schema