【正文】 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 印制板設(shè)計(jì)基礎(chǔ) Protel99 SE PCB的啟動及界面認(rèn)識 手工設(shè)計(jì)單面印制板 —— Protel99 SE PCB基本操作 習(xí)題 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 印制板設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 印制板種類及結(jié)構(gòu) 印制板種類很多 ， 根據(jù)導(dǎo)電層數(shù)的不同 ， 可將印制板分為單面電路板 (簡稱單面板 )、 雙面電路板 (簡稱雙面板 )和多層電路板；根據(jù)覆銅板基底材料的不同 ，又可將印制板分為紙質(zhì)覆銅箔層壓板和玻璃布覆銅箔層壓板兩大類 。 此外 ， 采用撓性塑料作基底的印制板稱為撓性印制板 ， 常用做印制電纜 ， 主要用于連接可移動部件 ， 例如 DVD機(jī)內(nèi)激光頭與電路板之間就通過撓性印制電纜連接 。 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 單面板的結(jié)構(gòu)如圖 51(a)所示，所用的覆銅板只有一面敷銅箔，另一面空白，因而也只能在敷銅箔面上制作導(dǎo)電圖形。單面板上的導(dǎo)電圖形主要包括固定、連接元件引腳的焊盤和實(shí)現(xiàn)元件引腳互連的印制導(dǎo)線，該面稱為“焊錫面” ——在 Protel99/99 SE PCB編輯器中被稱為“ Bottom”(底 )層。沒有銅膜的一面用于安放元件，因此該面稱為“元件面” ——在 Protel99 PCB編輯器中被稱為“ Top”(頂 )層。由于單面板結(jié)構(gòu)簡單，沒有過孔，生產(chǎn)成本低，因此，線路相對簡單、工作頻率較低的電子產(chǎn)品，如收錄機(jī)、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器等電路板一般采用單面板。 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 盡管單面板生產(chǎn)成本低，但單面板布線設(shè)計(jì)難度最大，原因是只能在一個(gè)面上布線，布通率比雙面板、多面板低；可利用的電磁屏蔽手段也有限，電磁兼容性指標(biāo)不易達(dá)到要求。理論上，對于平面網(wǎng)孔電路，在單面板上布線時(shí)，布通率為 100%；對于非平面網(wǎng)孔電路，在單面板上，無法通過印制導(dǎo)線連接的少量節(jié)點(diǎn)可使用“飛線”連接，但飛線數(shù)目必須嚴(yán)格限制在一定范圍內(nèi)，否則電路性能會下降。 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 雙面板結(jié)構(gòu)如圖 51(b)所示 ， 基板的上 、 下兩面均覆蓋銅箔 。 因此 ， 上 、 下兩面都可以印制導(dǎo)電圖形 。 導(dǎo)電圖形中除了焊盤 、 印制導(dǎo)線外 ， 還有用于使上 、 下兩面導(dǎo)電圖形互連的 “ 金屬化過孔 ” 。 在雙面板中 ， 元件也只能安裝在其中的一個(gè)面上 ， 該面同樣稱為 “ 元件面 ” ， 另一面稱為 “ 焊錫面 ” 。 在雙面板中 ， 需要制作連接上 、 下面印制導(dǎo)線的金屬化過孔 ， 生產(chǎn)工藝流程比單面板多 ， 成本高 。但由于可以兩面走線 ， 因而布線相對容易 ， 布通率高 。 借助與地線相連的敷銅區(qū)即可較好地解決電磁干擾問題 ， 因此應(yīng)用范圍很廣 ， 多數(shù)電子產(chǎn)品 ， 如 VCD機(jī) 、 單片機(jī)控制板等均采用雙面板結(jié)構(gòu) 。 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 元件面基底銅箔膜 焊錫面 焊點(diǎn)引線孔安裝的電阻元件元件引線(a) 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 基底銅箔膜 焊錫面 焊點(diǎn)引線孔安裝的電阻元件 元件引線金屬化過孔元件面銅箔膜 (b) 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 元件面電源層地線層焊錫面元件引腳焊盤引線孔元件面導(dǎo)線與電源層相連的金屬化過孔元件面導(dǎo)線與地線層相連的金屬化過孔元件面導(dǎo)線與焊錫面導(dǎo)線相連的金屬化過孔焊錫面導(dǎo)線與電源層相連的金屬化過孔焊錫面導(dǎo)線與地線層相連的金屬化過孔絕緣層(c) 圖 51 單面、雙面及多面印制電路板剖面 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展 ， 元器件集成度越來越高 ， 引腳數(shù)目迅速增加 ， 電路圖中元器件連接關(guān)系越來越復(fù)雜 。 此外 ， 器件工作頻率也越來越高 ， 雙面板已不能滿足布線和電磁屏蔽要求 ， 于是就出現(xiàn)了多層印制板 。 在多層印制板中 ， 導(dǎo)電層的數(shù)目一般為 10等 ， 例如在四層板中 ， 上 、 下面 (層 )是信號層 (信號線布線層 )， 在上 、下兩層之間還有內(nèi)電源層 、 內(nèi)地線層 ， 如圖 51(c)所示 。 在多層印制板中 ， 可充分利用電路板的多層結(jié)構(gòu)解決電磁干擾問題 ， 提高了電路系統(tǒng)的可靠性 。 多層印制板可布線層數(shù)多 ， 走線方便 ， 布通率高 ， 連線短 ， 印制板面積也較小(印制導(dǎo)線占用面積小 )。 目前 ， 計(jì)算機(jī)設(shè)備 ， 如主機(jī)板 、 內(nèi)存條 、 顯示卡等均采用 4或 6層印制電路板 。 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 在多層電路板中 ， 層與層之間的電氣連接通過元件引腳焊盤和金屬化過孔實(shí)現(xiàn) ， 除了元件引腳焊盤孔外 ， 用于實(shí)現(xiàn)不同層電氣互連的金屬化過孔最好貫穿整個(gè)電路板 (經(jīng)特定工藝處理后 ， 不會造成短路 )， 以方便鉆孔加工 。 圖 51(c)所示的四層板中 ， 給出了五種不同類型的金屬化過孔 。 例如 ， 用于元件面上印制導(dǎo)線與電源層相連的金屬化過孔中 ， 為了避免與地線層相連 ， 在該過孔經(jīng)過的地線層上少了一個(gè)比過孔大的銅環(huán) (很容易通過刻蝕工藝實(shí)現(xiàn) )， 這樣該金屬化過孔就不會與地線層相連 。 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 印制板材料 根據(jù)覆銅板基底材料的不同 ， 可以將印制板分為紙質(zhì)覆銅箔層壓板和玻璃布覆銅箔層壓板兩大類 。 使用粘結(jié)樹脂將紙或玻璃布粘在一起 ， 然后經(jīng)過加熱 、加壓工藝處理就形成了紙質(zhì)覆銅箔層壓板和玻璃布覆銅箔層壓板 。 目前 ， 常用的粘結(jié)樹脂主要有酚醛樹脂 、 環(huán)氧樹脂和聚四氟乙烯樹脂三種 。 使用酚醛樹脂粘結(jié)的紙質(zhì)覆銅箔層壓板稱為覆銅箔酚醛紙質(zhì)層壓板 ， 其特點(diǎn)是成本低 ， 主要用作收音機(jī) 、 電視機(jī)以及其他電子設(shè)備的印制電路板 。 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 使用環(huán)氧樹脂粘結(jié)的紙質(zhì)覆銅箔層壓板稱為覆銅箔環(huán)氧紙質(zhì)層壓板 。 覆銅箔環(huán)氧紙質(zhì)層壓板的電氣性能和機(jī)械性能均比覆銅箔酚醛紙質(zhì)層壓板好 ， 也主要用作收音機(jī) 、 電視機(jī)以及其他低頻電子設(shè)備的印制電路板 。 使用環(huán)氧樹脂粘結(jié)的玻璃布覆銅箔層壓板稱為覆銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板 。 這是目前使用最廣泛的印制電路板材料之一 ， 它具有良好的電氣和機(jī)械性能 ， 耐熱 ， 膨脹系數(shù)小 ， 尺寸穩(wěn)定 ， 可在較高溫度下使用 ，可廣泛用作各種電子設(shè)備 、 儀器的印制電路板 。 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 使用聚四氟乙烯樹脂粘結(jié)的玻璃布覆銅箔層壓板稱為覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板 。 覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板介電性能好 (介質(zhì)損耗小 、 介電常數(shù)低 )， 耐高溫 (工作溫度范圍寬 )， 耐潮濕 (可以在潮濕環(huán)境下使用 )， 耐酸 、 堿 (即化學(xué)穩(wěn)定性高 )， 是制作高頻 、 微波電子設(shè)備印制電路板的理想材料 ， 只是價(jià)格較高 。 此外 ， 對防火有特殊要求的電子設(shè)備 ， 如計(jì)算機(jī)主機(jī)電源 ， 使用的印制板材料還必須具有阻燃或自熄性能 。 覆銅箔層壓板有時(shí)也簡稱為覆銅板 ， 主要性能指標(biāo)有基板厚度 、 銅箔厚度 、 銅膜抗剝強(qiáng)度 、 翹曲度 、 介電常數(shù) 、 介質(zhì)損耗角正切等 ， 常用紙質(zhì) 、 玻璃布覆銅箔層壓板厚度為～ mm， 銅箔厚度為 35～ 50?μm。 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 Protel99 SE PCB的啟動及界面認(rèn)識 啟動 PCB編輯器 1． 創(chuàng)建新的 PCB文件 在 Protel99 SE狀態(tài)下 ， 可通過如下方式之一創(chuàng)建新的 PCB文件 ， 進(jìn)入 PCB編輯狀態(tài)： ● 任何時(shí)候，單擊“ File”菜單下的“ New”命令，在圖 16所示窗口內(nèi)直接雙擊“ PCB Document”(PCB文檔 )文件圖標(biāo)，即可創(chuàng)建新的、空白的 PCB文件，進(jìn)入印制板編輯狀態(tài)，如圖 52所示。 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 圖 52 Protel99 SE PCB編輯器窗口 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 ● 通過上述方式創(chuàng)建的 PCB文件沒有自動生成印制板的邊框 ， 只適用于創(chuàng)建非標(biāo)準(zhǔn)尺寸印制板 。 對于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格印制板 ， 如對于 ISA、 PCI總線擴(kuò)展卡來說 ，最好通過 “ Printed Circuit Board Wizard”(印制板向?qū)?)創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)尺寸的 PCB文件 ， 然后通過原理圖編輯器窗口內(nèi)的 “ Update PCB… (更新 PCB)”命令 ， 把原理圖中元件封裝圖 、 電氣連接直接裝入 PCB文件內(nèi) 。 有關(guān)通過 “ Printed Circuit Board Wizard”(印制電路板向?qū)?)創(chuàng)建新 PCB文件的操作過程在第 6章中將做詳細(xì)介紹 。 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 PCB編輯器界面 Protel99 SE印制板編輯窗口如圖 52所示 ， 菜單欄內(nèi)包含了 “ File”(文件 )、 “ Edit”(編輯 )、 “ View”(瀏覽 )、“ Place”(放置 )、 “ Design”(設(shè)計(jì) )、 “ Tools”(工具 )、 “ Auto Route”(自動布線 )等 ， 這些菜單命令的用途隨后會逐一介紹 。 與原理圖編輯器相似 ， 在印制板編輯 、 設(shè)計(jì)過程中 ， 除了可使用菜單命令操作外 ， PCB編輯器也將一系列常用的菜單命令以工具 “ 按鈕 ” 形式羅列在 “ 工具欄 ” 內(nèi) ， 用鼠標(biāo)單擊 “ 工具欄 ” 上的某一 “ 工具 ” 按鈕 ， 即可迅速執(zhí)行相應(yīng)的操作 ， 使用起來方便 、 快捷 。 PCB編輯器提供了主工具欄(Main Toolbar)、 放置工具 (Placement Tools)欄 (窗 )。 必要時(shí)可通過 “ View”菜單下的 “ Toolbars”命令打開或關(guān)閉這些工具欄 (窗 )。 缺省時(shí)這兩個(gè)工具欄均處于打開狀態(tài) 。 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 主工具欄 (窗 )內(nèi)各工具的作用與 SCH編輯器主工具欄相同或相近 ， 在此不再介紹 。 放置工具欄內(nèi)的工具名稱如圖 53所示 。 啟動后 ， PCB編輯區(qū)內(nèi)顯示的柵格線是第二柵格線 ， 大小為 1000?mil(即 1英寸 )， 即 ?mm。 在編輯區(qū)下方列出了目前已打開的工作層和當(dāng)前所處的工作層 。 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 字符串坐標(biāo) 注標(biāo)尺寸設(shè)置坐標(biāo)原點(diǎn)粘貼內(nèi)置電源 / 地線層敷銅區(qū)填充區(qū)圓弧 ( 從中心畫 )圓弧 ( 從邊沿畫 )元件過孔焊盤印制導(dǎo)線圖 53 放置工具欄內(nèi)的工具 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 啟動后 ， PCB編輯區(qū)內(nèi)顯示的柵格線是第二柵格線 ， 大小為 1000?mil(即 1英寸 )， 即 ?mm。 在編輯區(qū)下方列出了目前已打開的工作層和當(dāng)前所處的工作層 。 PCB瀏覽窗 (Browse PCB)內(nèi)顯示的信息及按鈕種類與當(dāng)前瀏覽對象有關(guān) ， 如圖 54所示 ， 單擊 “ Browse”欄內(nèi)的下拉按鈕 ， 即可選擇相應(yīng)的瀏覽對象 ， 如“ Library”(元件封裝庫 )、 “ Components”(元件 )、“ Nets”(節(jié)點(diǎn) )、 “ Net Classes”(節(jié)點(diǎn)組 )、 “ Component Classes”(元件組 )、 “ Violations”(違反設(shè)計(jì)規(guī)則 )、“ Rules”(設(shè)計(jì)規(guī)則 )等 。 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 圖 54 不同瀏覽對象對應(yīng)的瀏覽窗 第 5章 印制電路板設(shè)計(jì)初步 瀏覽對象的選擇又與當(dāng)前操作狀態(tài)有關(guān) ， 例如在手工放置元件封裝圖時(shí) ， 可選擇 “ Library”(元件封裝圖庫 )作為瀏覽對象 (如圖 52所示 )；在手工調(diào)整元件布局過程中 ， 可選擇“ Components”(元件 )作為瀏覽對象；在手工調(diào)整布線過程中 ，可選擇 “ Nets”(節(jié)點(diǎn) )作為瀏覽對象；在元件組管理操作 (如在組內(nèi)增加或刪除元件 )過程中 ， 可選擇 “ Component Classes”(元件組 )作為瀏覽對象；在節(jié)點(diǎn)組管理操作 (如在組內(nèi)增加或刪除節(jié)點(diǎn) )過程中 ， 可選擇 “ Net Classes”(節(jié)點(diǎn)組 )作為瀏覽對象；而在瀏覽 、 糾正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤時(shí) ， 可選擇 “ Violations”(違反設(shè)計(jì)規(guī)則 )作為瀏覽對象 。 第 5章