protel99se教程--第4章__印制電路板設(shè)計基礎(chǔ)

1、,,,第4章 印制電路板設(shè)計基礎(chǔ),4.1 印制電路板概述4.2 印制電路板布局和布線原則4.3 Protel99SE印制板編輯器4.4 印制電路板的工作層面本章小節(jié),,在實(shí)際電路設(shè)計中，完成原理圖繪制和電路仿真后，最終需要將電路中的實(shí)際元件安裝在印制電路板（Printed Circuit Board，簡稱PCB）上。原理圖的繪制解決了電路的邏輯連接，而電路元件的物理連接是靠PCB上的銅箔實(shí)現(xiàn)。 隨著中、大規(guī)模集

2、成電路出現(xiàn)，元器件安裝朝著自動化、高密度方向發(fā)展，對印制電路板導(dǎo)電圖形的布線密度、導(dǎo)線精度和可靠性要求越來越高。為滿足對印制電路板數(shù)量上和質(zhì)量上的要求，印制電路板的生產(chǎn)也越來越專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化和自動化，如今已在電子工業(yè)領(lǐng)域中形成一門新興的PCB制造工業(yè)。 印制電路板(也稱印制線路板，簡稱印制板)是指以絕緣基板為基礎(chǔ)材料加工成一定尺寸的板，在其上面至少有一個導(dǎo)電圖形及所有設(shè)計好的孔（如元件孔、機(jī)械安裝孔及金屬化孔等），以實(shí)現(xiàn)

3、元器件之間的電氣互連。,,4.1 印制電路板概述,,4.1.1 印制電路板的發(fā)展,印制電路技術(shù)雖然在第二次世界大戰(zhàn)后才獲得迅速發(fā)展，但是“印制電路”這一概念的來源，卻要追溯到十九世紀(jì)。 在十九世紀(jì)，由于不存在復(fù)雜的電子裝置和電氣機(jī)械，因此沒有大量生產(chǎn)印制電路板的問題，只是大量需要無源元件，如：電阻、線圈等。 1899年，美國人提出采用金屬箔沖壓法，在基板上沖壓金屬箔制出電阻器，1927年提出采用電鍍法制造電感、電容。

4、 經(jīng)過幾十年的實(shí)踐，英國Paul Eisler博士提出印制電路板概念，并奠定了光蝕刻工藝的基礎(chǔ)。 隨著電子元器件的出現(xiàn)和發(fā)展，特別是1948年出現(xiàn)晶體管，電子儀器和電子設(shè)備大量增加并趨向復(fù)雜化，印制板的發(fā)展進(jìn)入一個新階段。,五十年代中期，隨著大面積的高粘合強(qiáng)度覆銅板的研制，為大量生產(chǎn)印制板提供了材料基礎(chǔ)。1954年，美國通用電氣公司采用了圖形電鍍－蝕刻法制板。 六十年代，印制板得到廣泛應(yīng)用，并日益成為電子設(shè)備中必不可

5、少的重要部件。在生產(chǎn)上除大量采用絲網(wǎng)漏印法和圖形電鍍－蝕刻法（即減成法）等工藝外，還應(yīng)用了加成法工藝，使印制導(dǎo)線密度更高。目前高層數(shù)的多層印制板、撓性印制電路、金屬芯印制電路、功能化印制電路都得到了長足的發(fā)展。 我國在印制電路技術(shù)的發(fā)展較為緩慢，五十年代中期試制出單面板和雙面板，六十年代中期，試制出金屬化雙面印制板和多層板樣品，1977年左右開始采用圖形電鍍--蝕刻法工藝制造印制板。1978年試制出加成法材料--覆鋁箔板，并采用

6、半加成法生產(chǎn)印制板。八十年代初研制出撓性印制電路和金屬芯印制板。 在電子設(shè)備中，印制電路板通常起三個作用。 ⑴為電路中的各種元器件提供必要的機(jī)械支撐。,⑵提供電路的電氣連接。 ⑶用標(biāo)記符號將板上所安裝的各個元器件標(biāo)注出來，便于插裝、檢查及調(diào)試。 但是，更為重要的是，使用印制電路板有四大優(yōu)點(diǎn)。 ⑴具有重復(fù)性。 ⑵板的可預(yù)測性。 ⑶所有信號都可以沿導(dǎo)線任一點(diǎn)直接進(jìn)行測試，不會因?qū)Ь€接

7、觸引起短路。 ⑷印制板的焊點(diǎn)可以在一次焊接過程中將大部分焊完。 正因?yàn)橛≈瓢逵幸陨咸攸c(diǎn)，所以從它面世的那天起，就得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，現(xiàn)代印制板已經(jīng)朝著多層、精細(xì)線條的方向發(fā)展。特別是八十年代開始推廣的SMD（表面封裝）技術(shù)是高精度印制板技術(shù)與VLSI（超大規(guī)模集成電路）技術(shù)的緊密結(jié)合，大大提高了系統(tǒng)安裝密度與系統(tǒng)的可靠性,4.1.2 印制電路板種類,目前的印制電路板一般以銅箔覆在絕緣板（基板）上，故亦稱覆銅板。

8、 1.根據(jù)PCB導(dǎo)電板層劃分 ⑴單面印制板（Single Sided Print Board）。單面印制板指僅一面有導(dǎo)電圖形的印制板，板的厚度約在0.2～5.0mm，它是在一面敷有銅箔的絕緣基板上，通過印制和腐蝕的方法在基板上形成印制電路。它適用于一般要求的電子設(shè)備。 ⑵雙面印制板（Double Sided Print Board）。雙面印制板指兩面都有導(dǎo)電圖形的印制板，板的厚度約為0.2～5.0mm，它是在兩面敷有

9、銅箔的絕緣基板上，通過印制和腐蝕的方法在基板上形成印制電路，兩面的電氣互連通過金屬化孔實(shí)現(xiàn)。它適用于要求較高的電子設(shè)備，由于雙面印制板的布線密度較高，所以能減小設(shè)備的體積。,,⑶多層印制板（Multilayer Print Board）。多層印制板是由交替的導(dǎo)電圖形層及絕緣材料層層壓粘合而成的一塊印制板，導(dǎo)電圖形的層數(shù)在兩層以上，層間電氣互連通過金屬化孔實(shí)現(xiàn)。多層印制板的連接線短而直，便于屏蔽，但印制板的工藝復(fù)雜，由于使用金屬化孔，可靠

10、性稍差。它常用于計算機(jī)的板卡中。 對于電路板的制作而言，板的層數(shù)愈多，制作程序就愈多，失敗率當(dāng)然增加，成本也相對提高，所以只有在高級的電路中才會使用多層板。,圖4-1所示為四層板剖面圖。通常在電路板上，元件放在頂層，所以一般頂層也稱元件面，而底層一般是焊接用的，所以又稱焊接面。對于SMD元件，頂層和底層都可以放元件。元件也分為兩大類，插針式元件和表面貼片式元件（SMD）。,2.根據(jù)PCB所用基板材料劃分 ⑴剛性印制板（R

11、igid Print Board）。剛性印制板是指以剛性基材制成的PCB，常見的PCB一般是剛性PCB，如計算機(jī)中的板卡、家電中的印制板等。常用剛性PCB有：紙基板、玻璃布板和合成纖維板，后連者價格較貴，性能較好，常用作高頻電路和高檔家電產(chǎn)品中；當(dāng)頻率高于數(shù)百兆赫時，必須用介電常數(shù)和介質(zhì)損耗更小的材料，如聚四氟乙烯和高頻陶瓷作基板。 ⑵柔性印制板（Flexible Print Board，也稱撓性印制板、軟印制板）。柔性印制板是

12、以軟性絕緣材料為基材的PCB。由于它能進(jìn)行折疊、彎曲和卷繞，因此可以節(jié)約60％～90％的空間，為電子產(chǎn)品小型化、薄型化創(chuàng)造了條件，它在計算機(jī)、打印機(jī)、自動化儀表及通信設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。 ⑶剛-柔性印制板（Flex-rigid Print Board）。剛-柔性印制板指利用柔性基材，并在不同區(qū)域與剛性基材結(jié)合制成的PCB，主要用于印制電路的接口部分。,4.1.3 PCB設(shè)計中的基本組件,1.板層（Layer） 板層分為

13、敷銅層和非敷銅層，平常所說的幾層板是指敷銅層的層數(shù)。一般敷銅層上放置焊盤、線條等完成電氣連接；在非敷銅層上放置元件描述字符或注釋字符等；還有一些層面用來放置一些特殊的圖形來完成一些特殊的作用或指導(dǎo)生產(chǎn)。 敷銅層包括頂層（又稱元件面）、底層（又稱焊接面）、中間層、電源層、地線層等；非敷銅層包括印記層（又稱絲網(wǎng)層）、板面層、禁止布線層、阻焊層、助焊層、鉆孔層等。 對于一個批量生產(chǎn)的電路板而言，通常在印制板上鋪設(shè)一層阻焊劑，

14、阻焊劑一般是綠色或棕色，除了要焊接的地方外，其它地方根據(jù)電路設(shè)計軟件所產(chǎn)生的阻焊圖來覆蓋一層阻焊劑，這樣可以快速焊接，并防止焊錫溢出引起短路；而對于要焊接的地方，通常是焊盤，則要涂上助焊劑。,,,為了讓電路板更具有可看性，便于安裝與維修，一般在頂層上要印一些文字或圖案，如圖4-2中的R1、C1等，這些文字或圖案用于說明電路的，通常放在絲網(wǎng)層上，在頂層的稱為頂層絲網(wǎng)層（Top Overlay），而在底層的則稱為底層絲網(wǎng)層（Bottom O

15、verlay）。,2.焊盤（Pad） 焊盤用于固定元器件管腳或用于引出連線、測試線等，它有圓形、方形等多種形狀。焊盤的參數(shù)有焊盤編號、X方向尺寸、Y方向尺寸、鉆孔孔徑尺寸等。 焊盤分為插針式及表面貼片式兩大類，其中插針式焊盤必須鉆孔，表面貼片式焊盤無須鉆孔，圖4-3所示為焊盤示意圖。,3.過孔（Via） 過孔也稱金屬化孔，在雙面板和多層板中，為連通各層之間的印制導(dǎo)線，在各層需要連通的導(dǎo)線的交匯處鉆上一個公共孔，即

16、過孔，在工藝上，過孔的孔壁圓柱面上用化學(xué)沉積的方法鍍上一層金屬，用以連通中間各層需要連通的銅箔，而過孔的上下兩面做成圓形焊盤形狀，過孔的參數(shù)主要有孔的外徑和鉆孔尺寸。 過孔不僅可以是通孔，還可以是掩埋式。所謂通孔式過孔是指穿通所有敷銅層的過孔；掩埋式過孔則僅穿通中間幾個敷銅層面，仿佛被其它敷銅層掩埋起來。圖4-4為六層板的過孔剖面圖，包括頂層、電源層、中間1層、中間2層、地線層和底層。,4.連線（Track、Line） 連線

17、指的是有寬度、有位置方向（起點(diǎn)和終點(diǎn)）、有形狀（直線或弧線）的線條。在銅箔面上的線條一般用來完成電氣連接，稱為印制導(dǎo)線或銅膜導(dǎo)線；在非敷銅面上的連線一般用作元件描述或其它特殊用途。 印制導(dǎo)線用于印制板上的線路連接，通常印制導(dǎo)線是兩個焊盤（或過孔）間的連線，而大部分的焊盤就是元件的管腳，當(dāng)無法順利連接兩個焊盤時，往往通過跳線或過孔實(shí)現(xiàn)連接。圖4-5所示為印制導(dǎo)線走線圖，圖中為雙面板，采用垂直布線法，一層水平走線，另一層垂直走線，兩

18、層間印制導(dǎo)線的連接由過孔實(shí)現(xiàn)。,5.元件的封裝（Component Package） 元件的封裝是指實(shí)際元件焊接到電路板時所指示的外觀和焊盤位置。不同的元件可以使用同一個元件封裝，同種元件也可以有不同的封裝形式。 在進(jìn)行電路設(shè)計時要分清楚原理圖和印制板中的元件，電原理圖中的元件指的是單元電路功能模塊，是電路圖符號；PCB設(shè)計中的元件是指電路功能模塊的物理尺寸，是元件的封裝。 元件封裝形式可以分為兩大類：插針式元件

19、封裝（THT）和表面安裝式封裝（SMT），圖4-6所示為雙列14腳IC的封裝圖，主要區(qū)別在焊盤上。,6.安全間距（Clearance） 在進(jìn)行印制板設(shè)計時，為了避免導(dǎo)線、過孔、焊盤及元件的相互干擾，必須在它們之間留出一定的間距，這個間距稱為安全間距。,元件封裝的命名一般與管腳間距和管腳數(shù)有關(guān)，如電阻的封裝AXIAL0.3中的0.3表示管腳間距為0.3英寸或300mil（1英寸=1000mil）；雙列直插式IC的封裝DIP8中的8

20、表示集成塊的管腳數(shù)為8。元件封裝中數(shù)值的意義如圖4-7所示。,7.網(wǎng)絡(luò)（Net）和網(wǎng)絡(luò)表（Netlist） 從元件的某個管腳上到其它管腳或其它元件管腳上的電氣連接關(guān)系稱作網(wǎng)絡(luò)。每個網(wǎng)絡(luò)均有唯一的網(wǎng)絡(luò)名稱，有的網(wǎng)絡(luò)名是人為添加的，有的是計算機(jī)自動生成的，自動生成的網(wǎng)絡(luò)名由該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)兩個連接點(diǎn)的管腳名稱構(gòu)成。 網(wǎng)絡(luò)表描述電路中元器件特征和電氣連接關(guān)系，一般可以從原理圖中獲取，它是原理圖設(shè)計和PCB設(shè)計之間的紐帶。 8.

21、飛線（Connection） 飛線是在電路進(jìn)行自動布線時供觀察用的類似橡皮筋的網(wǎng)絡(luò)連線，網(wǎng)絡(luò)飛線不是實(shí)際連線。通過網(wǎng)絡(luò)表調(diào)入元件并進(jìn)行布局后，就可以看到該布局下的網(wǎng)絡(luò)飛線的交叉狀況，飛線交叉最少，布通率越高。 自動布線結(jié)束，未布通的網(wǎng)絡(luò)上仍然保留網(wǎng)絡(luò)飛線，此時可以可用手工連接的方式連通這些網(wǎng)絡(luò)。 9.柵格（Grid） 柵格用于PCB設(shè)計時的位置參考和光標(biāo)定位，有公制和英制兩種。,4.1.4 印制電路板制

22、作生產(chǎn)工藝流程,制造印制電路板最初的一道基本工序是將底圖或照相底片上的圖形，轉(zhuǎn)印到敷銅箔層壓板上。最簡單的一種方法是印制—蝕刻法，或稱為銅箔腐蝕法，即用防護(hù)性抗蝕材料在敷銅箔層壓板上形成正性的圖形，那些沒有被抗蝕材料防護(hù)起來的不需要的銅箔隨后經(jīng)化學(xué)蝕刻而被去掉，蝕刻后將抗蝕層除去就留下由銅箔構(gòu)成的所需的圖形。一般印制板的制作要經(jīng)過CAD輔助設(shè)計、照相底版制作、圖像轉(zhuǎn)移、化學(xué)鍍、電鍍、蝕刻和機(jī)械加工等過程，圖4-8為雙面板圖形電鍍－蝕刻法

23、的工藝流程圖。 單面印制板一般采用酚醛紙基覆銅箔板制作，也采用環(huán)氧紙基或環(huán)氧玻璃布覆銅箔板，單面板圖形較簡單，一般采用絲網(wǎng)漏印正性圖形，然后蝕刻出印制板，也有采用光化學(xué)法生產(chǎn)。 雙面印制板通常采用環(huán)氧玻璃布覆銅箔板制造，雙面板制造一般分為工藝導(dǎo)線法、堵孔法、掩蔽法和圖形電鍍－蝕刻法。,,多層印制板一般采用環(huán)氧玻璃布覆銅箔層壓板。為提高金屬化孔的可靠性，盡量選用耐高溫、基板尺寸穩(wěn)定性好、厚度方向熱線膨脹系數(shù)較小，并和銅鍍層

24、熱線膨脹系數(shù)基本匹配的新型材料。制作多層印制板，先用銅箔蝕刻法做出內(nèi)層導(dǎo)線圖形，然后根據(jù)要求，把幾張內(nèi)層導(dǎo)線圖形重疊，放在專用的多層壓機(jī)內(nèi)，經(jīng)過熱壓、粘合工序，制成具有內(nèi)層導(dǎo)電圖形的覆銅箔的層壓板。 目前已基本定型的主要工藝以下兩種。 ⑴減成法工藝。它是通過有選擇性地除去不需要的銅箔部分來獲得導(dǎo)電圖形的方法。減成法是印制電路制造的主要方法，它的最大優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟、穩(wěn)定和可靠。 ⑵加成法工藝。它是在未覆銅箔的層壓板

25、基材上，有選擇地淀積導(dǎo)電金屬而形成導(dǎo)電圖形的方法。加成法工藝的優(yōu)點(diǎn)是避免大量蝕刻銅，降低了成本；生產(chǎn)工序簡化，生產(chǎn)效率提高；鍍銅層的厚度一致，金屬化孔的可靠性提高；印制導(dǎo)線平整，能制造高精密度PCB。,返回,,,4.2 印制電路板布局和布線原則,有時電路從原理上是能實(shí)現(xiàn)的，但由于元件布局不合理或走線存在問題，致使設(shè)計出來的電路可靠性下降，甚至無法實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，因此印制板的布局和布線必須遵循一些原則。 為保證印制板的質(zhì)量，在設(shè)

26、計前的一般要考慮PCB的可靠性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性問題。 ⑴可靠性。印制板可靠性是影響電子設(shè)備的重要因素，在滿足電子設(shè)備要求的前提下，應(yīng)盡量將多層板的層數(shù)設(shè)計得少一些。 ⑵工藝性。設(shè)計者應(yīng)考慮所設(shè)計的印制板的制造工藝盡可能簡單。一般來說寧可設(shè)計層數(shù)較多、導(dǎo)線和間距較寬的印制板，而不設(shè)計層數(shù)較少、布線密度很高的印制板，這和可靠性的要求是矛盾的。 ⑶經(jīng)濟(jì)性。印制板的經(jīng)濟(jì)性與其制造工藝直接相關(guān)，應(yīng)考慮與通用的制造工藝方法相

27、適應(yīng)，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化的尺寸結(jié)構(gòu)，選用合適等級的基板材料，運(yùn)用巧妙的設(shè)計技術(shù)來降低成本。,,4.2.1 印制電路板布局原則,元件布局是將元件在一定面積的印制板上合理地排放，它是設(shè)計PCB的第一步。布局是印制板設(shè)計中最耗費(fèi)精力的工作，往往要經(jīng)過若干次布局比較，才能得到一個比較滿意的布局。 一個好的布局，首先要滿足電路的設(shè)計性能，其次要滿足安裝空間的限制，在沒有尺寸限制時，要使布局盡量緊湊，減小PCB設(shè)計的尺寸，減少生產(chǎn)成本。

28、 為了設(shè)計出質(zhì)量好、造價低、加工周期短的印制板，印制板布局應(yīng)遵循下列的一般原則。 1.元件排列規(guī)則 ⑴在通常條件下，所有的元件均應(yīng)布置在印制板的同一面上，只有在頂層元件過密時，才能將一些高度有限并且發(fā)熱量小的器件，如貼片電阻、貼片電容、貼片IC等放在底層。,⑵在保證電氣性能的前提下，元件應(yīng)放置在柵格上且相互平行或垂直排列，以求整齊、美觀，一般情況下不允許元件重疊，元件排列要緊湊，輸入和輸出元件盡量遠(yuǎn)離。 ⑶某

29、些元器件或?qū)Ь€之間可能存在較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免因放電、擊穿引起以外短路。 ⑷帶高壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時手不易觸及的地方。 ⑸位于板邊緣的元件，離板邊緣至少2個板厚。 ⑹元器件在整個板面上分布均勻、疏密一致。 2.按照信號走向布局原則 ⑴通常按照信號的流程逐個安排各個功能電路單元的位置，以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它進(jìn)行布局。 ⑵元件的布局應(yīng)便于信號流通，使

30、信號盡可能保持一致的方向。多數(shù)情況下，信號的流向安排為從左到右或從上到下，與輸入、輸出端直接相連的元件應(yīng)當(dāng)放在靠近輸入、輸出接插件或連接器的地方。,3.防止電磁干擾 ⑴對輻射電磁場較強(qiáng)的元件，以及對電磁感應(yīng)較靈敏的元件，應(yīng)加大它們相互之間的距離或加以屏蔽，元器件放置的方向應(yīng)與相鄰的印制導(dǎo)線交叉。 ⑵盡量避免高低電壓器件相互混雜、強(qiáng)弱信號的器件交錯在一起。 ⑶對于會產(chǎn)生磁場的元器件，如變壓器、揚(yáng)聲器、電感等，布局時

31、應(yīng)注意減少磁力線對印制導(dǎo)線的切割，相鄰元件的磁場方向應(yīng)相互垂直，減少彼此間的耦合。 ⑷對干擾源進(jìn)行屏蔽，屏蔽罩應(yīng)良好接地。 ⑸高頻下工作的電路，要考慮元器件間分布參數(shù)的影響。 4.抑制熱干擾 ⑴對于發(fā)熱的元器件，應(yīng)優(yōu)先安排在利于散熱的位置，必要時可以單獨(dú)設(shè)置散熱器或小風(fēng)扇，以降低溫度，減少對鄰近元器件的影響。,⑵一些功耗大的集成塊、大或中功率管、電阻等元件，要布置在容易散熱的地方，，并與其它元件隔開一定距

32、離。 ⑶熱敏元件應(yīng)緊貼被測元件并遠(yuǎn)離高溫區(qū)域，以免受到其它發(fā)熱元件影響，引起誤動作。 ⑷雙面放置元件時，底層一般不放置發(fā)熱元件。 5.提高機(jī)械強(qiáng)度 ⑴要注意整個PCB板的重心平衡與穩(wěn)定，重而大的元件盡量安置在印制板上靠近固定端的位置，并降低重心，以提高機(jī)械強(qiáng)度和耐振、耐沖擊能力，以及減少印制板的負(fù)荷和變形。 ⑵重15克以上的元器件，不能只靠焊盤來固定，應(yīng)當(dāng)使用支架或卡子加以固定。 ⑶為便于

33、縮小體積或提高機(jī)械強(qiáng)度，可設(shè)置“輔助底板”，將一些笨重的元件，如變壓器、繼電器等安裝在輔助底板上，并利用附件將其固定。,⑷板的最佳形狀是矩形（長寬比為3:2或4:3），板面尺寸大于200×150mm時，要考慮板所受的機(jī)械強(qiáng)度，可以使用機(jī)械邊框加固。 ⑸要在印制板上留出固定支架、定位螺孔和連接插座所用的位置。 6.可調(diào)節(jié)元件的布局 對于電位器、可變電容器、可調(diào)電感線圈或微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機(jī)的

34、結(jié)構(gòu)要求，若是機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相適應(yīng)；若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，則應(yīng)放置在印制板上能夠方便調(diào)節(jié)的地方。,,4.2.2 印制電路板布線原則,布線和布局是密切相關(guān)的兩項(xiàng)工作，布局的好壞直接影響著布線的布通率。布線受布局、板層、電路結(jié)構(gòu)、電性能要求等多種因素影響，布線結(jié)果又直接影響電路板性能。進(jìn)行布線時要綜合考慮各種因素，才能設(shè)計出高質(zhì)量的PCB圖。 ⒈基本布線方法 ⑴直接布線。傳統(tǒng)的印制板布線方法起源于最

35、早的單面印制線路板。其過程為：先把最關(guān)鍵的一根或幾根導(dǎo)線從始點(diǎn)到終點(diǎn)直接布設(shè)好，然后把其它次要的導(dǎo)線繞過這些導(dǎo)線布下，通用的技巧是利用元件跨越導(dǎo)線來提高布線效率，布不通的線可以通過短路線(飛線)解決，如圖4-9所示。 ⑵X－Y坐標(biāo)布線。X－Y坐標(biāo)布線指布設(shè)在印制板一面的所有導(dǎo)線與印制線路板邊沿平行，而布設(shè)在另一面的則與前一面的導(dǎo)線正交，兩面導(dǎo)線的連接通過金屬化孔實(shí)現(xiàn)，如圖4-10所示。,⒉印制板布線的一般原則 ⑴布線板層

36、選擇 印制板布線可以采用單面、雙面或多層，一般應(yīng)首先選用單面，其次是雙面，在仍不能滿足設(shè)計要求時才選用多層板。 ⑵印制導(dǎo)線寬度原則 ①印制導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的粘附強(qiáng)度和流過它們的電流值決定。一般選用導(dǎo)線寬度在1.5mm左右就可以滿足要求，對于IC，尤其數(shù)字電路通常選0.2～0.3mm就足夠。只要密度允許，盡可能用寬線，尤其是電源和地線。,②印制導(dǎo)線的線寬一般要小于與之相連焊盤的直徑。 ⑶

37、印制導(dǎo)線的間距原則 導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。導(dǎo)線越短、間距越大，絕緣電阻就越大，一般選用間距1～1.5mm完全可以滿足要求。對集成電路，尤其數(shù)字電路，只要工藝允許可使間距很小。 ⑷信號線走線原則 ①輸入、輸出端的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，平行信號線間要盡量留有較大的間隔，最好加線間地線，起到屏蔽的作用。 ②印制板兩面的導(dǎo)線應(yīng)互相垂直、斜交或彎曲走線，避免平行，減少寄生耦合

38、。 ③信號線高、低電平懸殊時，要加大導(dǎo)線的間距；在布線密度比較低時，可加粗導(dǎo)線，信號線的間距也可適當(dāng)加大。 ⑸地線的布設(shè) ①一般將公共地線布置在印制板的邊緣，便于印制板安裝在,僅便于安裝導(dǎo)軌和進(jìn)行機(jī)械加工，而且還提高了絕緣性能。 ②在印制電路板上應(yīng)盡可能多地保留銅箔做地線，這樣傳輸特性和屏蔽作用將得到改善，并且起到減少分布電容的作用。地線（公共線）不能設(shè)計成閉合回路，在高頻電路中，應(yīng)采用大面積接地方式。

39、 ③印制板上若裝有大電流器件，如繼電器、揚(yáng)聲器等，它們的地線最好要分開獨(dú)立走，以減少地線上的噪聲。 ④模擬電路與數(shù)字電路的電源、地線應(yīng)分開排布，這樣可以減小模擬電路與數(shù)字電路之間的相互干擾。 ⑹模擬電路布線 模擬電路的布線要特別注意弱信號放大電路部分的布線，特別是電子管的柵極、半導(dǎo)體管的基極和高頻回路，這是最易受干擾的地方。布線要盡量縮短線條的長度，所布的線要緊挨元器件，盡量不要與弱信號輸入線平行布線。

40、 ⑺數(shù)字電路布線,數(shù)字電路布線中，工作頻率較低的只要將線連好即可，一般不會出現(xiàn)太大的問題。工作頻率較高，特別是高到幾百兆赫時，布線時要考慮分布參數(shù)的影響。 ⑻高頻電路布線 ①高頻電路中，集成塊應(yīng)就近安裝高頻退耦電容，一方面保證電源線不受其它信號干擾，另一方面可將本地產(chǎn)生的干擾就地濾除，防止了干擾通過各種途徑（空間或電源線）傳播。 ②高頻電路布線的引線最好采用直線，如果需要轉(zhuǎn)折，采用45度折線或圓弧轉(zhuǎn)折，這樣可以

41、減少高頻信號對外的輻射和相互間的耦合。管腳間引線越短越好，引線層間過孔越少越好。 ⑼信號屏蔽 ①印制板上的元件若要加屏蔽時，可以在元件外面套上一個屏蔽罩，在底板的另一面對應(yīng)于元件的位置再罩上一個扁形屏蔽罩（或屏蔽金屬板），將這兩個屏蔽罩在電氣上連接起來并接地，這樣就構(gòu)成了一個近似于完整的屏蔽盒。,②印制導(dǎo)線如果需要進(jìn)行屏蔽，在要求不高時，可采用印制導(dǎo)線屏蔽。對于多層板，一般通過電源層和地線層的使用，既解決電源線和地線的布

42、線問題，又可以對信號線進(jìn)行屏蔽，如圖4-11所示。,⑽大面積銅箔的使用 印制導(dǎo)線在不影響電氣性能的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量避免采用大面積銅箔。如果必須使用大面積銅箔時，應(yīng)局部開窗口，以防止,長時間受熱時，銅箔與基板間的粘合劑產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體無法排除，熱量不易散發(fā)，以致產(chǎn)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象，如圖4-12所示，大面積銅箔上的焊盤連接如圖4-13所示。,⑾印制導(dǎo)線走向與形狀 ①印制導(dǎo)線的拐彎處一般應(yīng)取圓弧形，直角和銳角在高頻電路和布線

43、密度高的情況下會影響電氣性能。 ②從兩個焊盤間穿過的導(dǎo)線盡量均勻分布。,圖4-14所示為印制板走線的示例，其中（a）圖中三條走線間距不均勻；（b）圖中走線出現(xiàn)銳角；（c）、（d）圖中走線轉(zhuǎn)彎不合理；（e）圖中印制導(dǎo)線尺寸比焊盤直徑大。,返回,,,4.3 Protel99SE印制板編輯器,4.3.1 啟動PCB99SE 進(jìn)入Protel99SE的主窗口后，執(zhí)行菜單File→New建立新的設(shè)計項(xiàng)目，單擊OK按鈕，在出現(xiàn)的

44、新界面中指定文檔位置，再次執(zhí)行File→New，屏幕彈出新建文件的對話框，單擊圖標(biāo) ，系統(tǒng)產(chǎn)生一個PCB文件，默認(rèn)文件名為PCB1.PCB，此時可以修改文件名，雙擊該文件進(jìn)入PCB99SE編輯器，如圖4-15所示。 4.3.2 PCB編輯器的畫面管理 1.窗口顯示 在PCB99SE中，窗口管理可以執(zhí)行菜單View下的命令實(shí)現(xiàn)，窗口的排列可以通過執(zhí)行Windows菜單下的命令來實(shí)現(xiàn)，常用的命令如下。,執(zhí)行菜單Vi

45、ew→Fit Board可以實(shí)現(xiàn)全板顯示，用戶可以快捷地查找線路。 執(zhí)行菜單View→Refresh可以刷新畫面，操作中造成的畫面殘缺可以消除。 執(zhí)行菜單View→Board in 3D可以顯示整個印制板的3D模型，一般在電路布局或布線完畢，使用該功能觀察元件的布局或布線是否合理。 2.PCB99SE坐標(biāo)系 PCB99SE的工作區(qū)是一個二維坐標(biāo)系，其絕對原點(diǎn)位于電路板圖的左下角，一般在工作區(qū)的左下角附近

46、設(shè)計印制板。 用戶可以自定義新的坐標(biāo)原點(diǎn)，執(zhí)行菜單Edit→Origin→Set，將光標(biāo)移到要設(shè)置為新的坐標(biāo)原點(diǎn)的位置，單擊左鍵，即可設(shè)置新的坐標(biāo)原點(diǎn)。 執(zhí)行菜單Edit→Origin→Reset，可恢復(fù)到絕對坐標(biāo)原點(diǎn)。,3.單位制設(shè)置 PCB99SE有兩種單位制，即Imperial（英制）和Metric（公制），執(zhí)行View→Toggle Units可以實(shí)現(xiàn)英制和公制的切換。 單位制的設(shè)置也可以執(zhí)行菜

47、單Design→Options，在彈出的對話框中選中Options選項(xiàng)卡，在Measurement Units中選擇所用的單位制。 4.瀏覽器使用 執(zhí)行菜單View→Design Manager打開管理器，選中Browse PCB選項(xiàng)打開瀏覽器，在瀏覽器的Browse下拉列表框中可以選擇瀏覽器類型，常用的如下。 ⑴Nets。網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，顯示板上所有網(wǎng)絡(luò)名。如圖4-16所示，在此框中選中某個網(wǎng)絡(luò)，單擊Edit按鈕可

48、以編輯該網(wǎng)絡(luò)屬性；單擊Select按鈕可以選中網(wǎng)絡(luò)，單擊Zoom按鈕則放大顯示所選取的網(wǎng)絡(luò)，同時在節(jié)點(diǎn)瀏覽器中顯示此網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)。,選擇某個節(jié)點(diǎn)，單擊此欄下的Edit按鈕可以編輯當(dāng)前焊盤屬性；單擊Jump按鈕可以將光標(biāo)跳躍到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上，一般在印制板比較大時，可以用它查找元件。 在節(jié)點(diǎn)瀏覽器的下方，還有一個微型監(jiān)視器屏幕，如圖4-16所示，在監(jiān)視器中，虛線框?yàn)楫?dāng)前工作區(qū)所顯示的范圍，此時在監(jiān)視器上顯示出所選擇的網(wǎng)絡(luò)，若按下監(jiān)視器

49、下的Magnifier按鈕，光標(biāo)變成了放大鏡形狀，將光標(biāo)在工作區(qū)中移動，便可在監(jiān)視器中放大顯示光標(biāo)所在的工作區(qū)域。在監(jiān)視器的,下方，有一個Current Layer下拉列表框，可用于選擇當(dāng)前工作層，在被選中擇的層邊上會顯示該層的顏色。 ⑵Component。元件瀏覽器，在將顯示當(dāng)前電路板圖中的所有元件名稱和選中元件的所有焊盤。 ⑶Libraries。元件庫瀏覽器，在放置元件時，必須使用元件庫瀏覽器，這樣才會顯示元件的封裝

50、名。 ⑷Violations。選取此項(xiàng)設(shè)置為違規(guī)錯誤瀏覽器，可以查看當(dāng)前PCB上的違規(guī)信息。 ⑸Rules。選取此項(xiàng)設(shè)置為設(shè)計規(guī)則瀏覽器，可以查看并修改設(shè)計規(guī)則。,,4.3.3 工作環(huán)境設(shè)置,1.設(shè)置柵格 執(zhí)行菜單Design→Options，在出現(xiàn)的對話框中選中Options選項(xiàng)卡，出現(xiàn)圖4-17所示的對話框。,Options選項(xiàng)卡主要設(shè)置元件移動?xùn)鸥?Component) 、捕獲柵格(Snap)、電氣柵格

51、(Electrical Grid)、可視柵格樣式(Visible Kind)和單位制(Measurement Unit)；Layers選項(xiàng)卡中可以設(shè)置可視柵格(Visible Grid)。,⑴捕獲柵格設(shè)置。捕獲柵格的設(shè)置在Options選項(xiàng)卡中，主要有Component X(Y)：設(shè)置元件在X(Y)方向上的位移量和Snap X(Y：設(shè)置光標(biāo)在X(Y)方向上的位移量。,⑵電氣柵格設(shè)置。必須選中Enable復(fù)選框，再設(shè)置電氣柵格間距。

52、 ⑶可視柵格樣式設(shè)置。有Dots(點(diǎn)狀)和Lines(線狀)兩種。 ⑷可視柵格設(shè)置?？梢晼鸥竦脑O(shè)置在Layers選項(xiàng)卡中，主要有Visible 1：第一組可視柵格間距，這組可視柵格只有在工作區(qū)放大到一定程度時才會顯示，一般比第二組可視柵格間距??；Visible 2：第二組可視柵格間距，進(jìn)入PCB編輯器時看到的柵格是第二組可視柵格。,2.設(shè)置工作參數(shù) 執(zhí)行Tools→Preferences，打開工作參數(shù)設(shè)置對話框，如圖4

53、-18所示。 ⑴Options選項(xiàng)卡 此選項(xiàng)卡的主要內(nèi)容如下。,Rotation Step：設(shè)置按空格鍵時，圖件旋轉(zhuǎn)的角度。 Cursor Type：設(shè)置光標(biāo)顯示的形狀。通常為了準(zhǔn)確定位，選擇大十字（Large 90）。 Autopan Options：自動滾屏設(shè)置，一般設(shè)置為Disable。 Component Drag：設(shè)置拖動元件時是否拖動元件所連的銅膜線，選中None只拖動元件本身；選中C

54、onnected Tracks則拖動元件時，連接在該元件上的導(dǎo)線也隨之移動。 ⑵Display選項(xiàng)卡 此選項(xiàng)卡用于設(shè)置顯示狀態(tài)。其中Pad Nets置顯示焊盤的網(wǎng)絡(luò)名，Pad Numbers顯示焊盤號，Via Nets顯示過孔的網(wǎng)絡(luò)名。 ⑶Show/Hide選項(xiàng)卡 此選項(xiàng)卡用于設(shè)置各種圖件的顯示模式，其中共有10個圖件，這10種圖件均有三種顯示模式：Final（精細(xì)顯示）、Draft（草圖顯示）和Hidd

55、en（不顯示），一般設(shè)置為Final。,返回,,,1.工作層的類型 在Protel99SE中進(jìn)行印刷電路板設(shè)計時，系統(tǒng)提供了多個工作層面，主要層面類型如下。 ⑴信號層(Signal layers)。信號層主要用于放置與信號有關(guān)的電氣元素，共有32個信號層。其中頂層（Top layer）和底層（Bottom layer）可以放置元件和銅膜導(dǎo)線，其余30個為中間信號層（Mid layer1～30），只能布設(shè)銅膜導(dǎo)線，置于信號

56、層上的元件焊盤和銅膜導(dǎo)線代表了電路板上的敷銅區(qū)。 ⑵內(nèi)部電源/接地層(Internal plane layers)。共有16個電源/接地層（Plane1～16），主要用于布設(shè)電源線及地線，可以給內(nèi)部電源/接地層命名一個網(wǎng)絡(luò)名，在設(shè)計過程中PCB編輯器能自動將同一網(wǎng)絡(luò)上的焊盤連接到該層上。,4.4 印制電路板的工作層面,⑶機(jī)械層(Mechanical layers)。共有16個機(jī)械層（Mech1～16），一般用于設(shè)置印制板的物理

57、尺寸、數(shù)據(jù)標(biāo)記、裝配說明及其它機(jī)械信息。 ⑷絲印層(Silkscreen layers)。主要用于放置元件的外形輪廓、元件標(biāo)號和元件注釋等信息，包括頂層絲印層(Top Overlay)和底層絲印層（Bottom Overlay）兩種。 ⑸阻焊層（Solder Mask layers）。阻焊層是負(fù)性的，放置其上的焊盤和元件代表電路板上未敷銅的區(qū)域，分為頂層阻焊層和底層阻焊層。 ⑹錫膏防護(hù)層（Paste mask

58、 layers）。主要用于SMD元件的安裝，錫膏防護(hù)層是負(fù)性的，放置其上的焊盤和元件代表電路板上未敷銅的區(qū)域，分為頂層防錫膏層和底層防錫膏層。 ⑺鉆孔層（Drill Layers）。鉆孔層提供制造過程的鉆孔信息，包括鉆孔指示圖（Drill Guide）和鉆孔圖（Drill Drawing）。,圖4-19 工作層面管理對話框,⑻禁止布線層（Keep Out Layer）。禁止布線層定義放置元件和布線區(qū)域范圍，一般禁止布線區(qū)域必

59、須是一個封閉區(qū)域。 ⑼多層（Multi Layer）。用于放置電路板上所有的穿透式焊盤和過孔。 2.設(shè)置工作層 在Protel99SE中，系統(tǒng)默認(rèn)打開的信號層僅有頂層和底層，在實(shí)際設(shè)計時應(yīng)根據(jù)需要自行定義工作層的數(shù)目。,⑴定義信號層、內(nèi)部電源層/接地層的數(shù)目 執(zhí)行Design→Layer Stack Manager，屏幕彈出圖4-19所示的Layer Stack Manager（工作層面管理）對話框。,

60、選中某個工作層，單擊【Properties】按鈕，可以改變該工作層面的名稱（Name）和敷銅的厚度（Copper thickness）。,圖4-20 定義工作層,選中圖中的Top Layer，單擊右上角的【Add Layer】按鈕可在頂層之下添加中間層Mid Layer，共可添加30層；單擊右上角的【Add Plane】按鈕可添加內(nèi)部電源/接地層，共可添加16層。 圖4-20所示為設(shè)置了2個中間層，1個內(nèi)部電源/接地層的工作

61、層面圖。如果要刪除某層，可以先選中該層，然后單擊圖中【Delete】按鈕；單擊【Move Up】按鈕或【Move Down】按鈕可以調(diào)節(jié)工作層面的上下關(guān)系。,⑵定義機(jī)械層的顯示數(shù)目 執(zhí)行菜單Design→Mechanical Layers，屏幕彈出Setup Mechanical Layers（機(jī)械層設(shè)置）對話框，如圖4-21所示。 單擊某個機(jī)械層后的復(fù)選框選中該層，圖中選中的是Mechanical Layer1。

62、 設(shè)置完信號層、內(nèi)部電源/接地層和機(jī)械層后，執(zhí)行菜單Design→Options，選中Layers選項(xiàng)卡，選中的層將出現(xiàn)在工作層設(shè)置對話框中，如圖4-22所示。,⑶打開或關(guān)閉工作層 圖4-22所示的工作層設(shè)置對話框中可以設(shè)置打開或關(guān)閉某個工作層，只需選中工作層前的復(fù)選框，即可打開對應(yīng)的工作層。對話框右下角三個按鈕的作用是：【All On】打開所有的層，【All Off】關(guān)閉所有的層，【Used On】只打開當(dāng)前文件中正在使用的

63、層。 選中DRC Error將違反設(shè)計規(guī)則的圖件顯示為高亮度；選中Connect顯示網(wǎng)絡(luò)飛線；選中Pad Holes顯示焊盤的鉆孔；選中Via Holes顯示過孔的鉆孔。 一般情況下，Keep Out Layer、Multi Layer必須設(shè)置為打開狀態(tài)，其它各層根據(jù)所要設(shè)計PCB的層數(shù)設(shè)置。如設(shè)計單面板時還必須將Bottom Layer、Top Overlay設(shè)置為打開狀態(tài)。 3.工作層顯示顏色設(shè)置

64、在PCB設(shè)計中，由于層數(shù)多，為區(qū)分不同層上的銅膜線，必須將各層設(shè)置為不同顏色。,執(zhí)行Tools→Preferences，在出現(xiàn)的工作參數(shù)對話框中（圖4-18）單擊其中的Color選項(xiàng)卡，彈出工作層顏色設(shè)置對話框。 Color此選項(xiàng)卡用來設(shè)置各層的顏色，需要重新設(shè)置某層的顏色，可以單擊該層名稱右邊的色塊方框進(jìn)行修改。 System區(qū)中的Background用于設(shè)置工作區(qū)背景顏色；Connectors用于設(shè)置網(wǎng)絡(luò)飛線的顏色。

65、 一般情況下，使用系統(tǒng)默認(rèn)的顏色。 4.當(dāng)前工作層選擇 在布線時，必須先選擇相應(yīng)的工作層，然后再進(jìn)行布線。 設(shè)置當(dāng)前工作層可以用鼠標(biāo)左鍵單擊工作區(qū)下方工作層標(biāo)簽欄上的某一個工作層實(shí)現(xiàn)，如圖4-24所示，圖中選中的工作層為Bottom Layer。,返回,圖4-24 設(shè)置當(dāng)前工作層,,,本章小結(jié),,本章主要講述印制板的結(jié)構(gòu)與相關(guān)組件，印制板的作用、種類、概念及PCB99SE的基本操作和設(shè)置。 印制板是指

66、以絕緣板為基礎(chǔ)材料加工成一定尺寸的板，在其上面至少有一個導(dǎo)電圖形和所有設(shè)計好的孔。它主要起機(jī)械支撐、電氣連接和標(biāo)注文字的作用。 按印制板的的結(jié)構(gòu)劃分，PCB可分為單面板、雙面板、多層板和撓性印制板四種。 印制板在設(shè)計時要考慮其可靠性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性。 印制板布局的好壞會影響到印制板布通率和電氣性能，印制板布局必須遵循一定的布局規(guī)則。 印制板的布線好壞會影響到印制板的性能，印制板布線必須遵循一定的布局規(guī)則。