最新印制电路板设计初步文档格式.docx

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因此，线路相对简单、工作频率较低的电子产品，如收录机、电视机、计算机显示器等电路板一般采用单面板。

尽管单面板生产成本低，但单面板布线设计难度最大，原因是只能在一个面上布线，布通率比双面板、多层板低；

可利用的电磁屏蔽手段也有限，电磁兼容性指标不易达到要求。

理论上，对于平面网孔电路，在单面板上布线时，布通率为100%；

对于非平面网孔电路，在单面板上，无法通过印制导线连接的少量导电图形（如引脚焊盘），可使用“跨接线”连接，但跨接线数目必须严格限制在一定的范围内，否则电路性能指标会下降。

有关单面印制板中跨接线设置原则，本章后续内容将详细介绍。

双面板结构如图5-1（b）所示，基板的上下两面均覆盖铜箔。

因此，上、下两面都可以印制导电图形。

导电图形中除了焊盘、印制导线外，还有用于使上、下两面导电图形互连的“金属化过孔”。

在双面板中，元件一般也只安装在其中的一个面上，该面也称为“元件面”，另一面称为“焊锡面”。

在双面板中，需要制作连接上、下面印制导线的金属化过孔，生产工艺流程比单面板多，成本略高。

但由于能两面走线，布线相对容易，布通率高。

借助与地线相连的敷铜区即可较好地解决电磁干扰问题，因此应用范围很广，多数电子产品，VCD机、单片机控制板等均采用双面板结构。

随着集成电路技术的不断发展，元器件集成度越来越高，引脚数目迅速增加，电路图中元器件连接关系越来越复杂。

此外，器件工作频率也越来越高，双面板已不能满足布线和电磁屏蔽要求，于是就出现了多层印制板。

在多层印制板中导电层的数目一般为4、6、8、10等，例如在四层板中，上、下面（层）是信号层（信号线的布线层），在上、下两层之间还有内电源层、内地线层，如图5-1（c）所示。

在多层印制板中，可充分利用电路板的多层结构解决电磁干扰问题，提高了电路系统的可靠性；

由于可布线层数多，走线方便，布通率高，连线短，寄生参数小，工作频率高，印制板面积也较小（印制导线占用面积小）。

目前计算机设备，如主机板、内存条、显示卡、高速网卡等均采用4或6层印制电路板。

在多层电路板中，层与层之间的电气连接通过元件引脚焊盘和金属化过孔实现，除了元件引脚焊盘孔外，用于现实不同层电气互连的金属化过孔最好贯穿整个电路板（经特定工艺处理后，不会造成短路），以方便钻孔加工。

在图5-1（c）所示的四层板中，给出了五种不同类型的金属化过孔。

例如，用于元件面上印制导线与电源层相连的金属化过孔中，为避免与地线层相连，在该过孔经过的地线层上少了一个比过孔大的铜环（很容易通过刻蚀工艺实现），这样该金属化过孔就不会与地线层相连。

图5-1单面、双面及多层印制电路板剖面

5.1.2印制板材料

根据覆铜板基底材料的不同，可以将印制板分为纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板两大类。

使用粘结树脂将纸或玻璃布粘在一起，然后经过加热、加压工艺处理就形成了纸质覆铜箔层压板和玻璃布覆铜箔层压板。

目前常用的粘结树脂主要有酚醛树脂、环氧树脂和聚四氟乙烯树脂三种。

使用酚醛树脂粘结的纸质覆铜箔层压板称为覆铜箔酚醛纸质层压板，其特点是成本低，主要用作收音机、电视机以及其他电子设备的印制电路板。

使用环氧树脂粘结的纸质覆铜箔层压板称为覆铜箔环氧纸质层压板。

覆铜箔环氧纸质层压板的电气性能和机械性能均比覆铜箔酚醛纸质层压板好，也主要用作收音机、电视机以及其他低频电子设备的印制电路板。

使用环氧树脂粘结的玻璃布覆铜箔层压板称为覆铜箔环氧玻璃布层压板。

这是目前使用最广泛的印制电路板材料之一，它具有良好的电气和机械性能，耐热，膨胀系数小，尺寸稳定，可在较高温度下使用。

因此，广泛用作各种电子设备、仪器的印制电路板。

使用聚四氟乙烯树脂粘结的玻璃布覆铜箔层压板称为覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板。

由于其介电性能好（介质损耗小、介电常数低），耐高温（工作温度范围宽），耐潮湿（可以在潮湿环境下使用），耐酸、碱（即化学稳定性高），是制作高频、微波电子设备印制电路板的理想材料，只是价格略高。

此外，对防火有特殊要求的电子设备，如计算机主机电源，使用的印制板材还必须具有阻燃或自熄性能。

覆铜箔层压板有时也简称为覆铜板，主要性能指标有基板厚度、铜箔厚度、铜膜抗剥强度、翘曲度、介电常数、介质损耗角正切、单位长度电阻等。

常用纸质、玻璃布覆铜箔层压板厚度在0.2～6.4mm之间,可根据电路板用途、绝缘电阻及抗电强度等指标进行选择；

铜箔厚度为50～70μm（误差为5μm），单位长度电阻约为.3Ω/m（印制导线宽度为1.5mm，铜箔厚度为50μm，即截面积为0.075

）。

5.2Protel99SEPCB的启动及窗口认识

在Protel99SE状态下，编辑、创建原理图的最终目的是为了制作PCB印制板。

5.2.1启动PCB编辑器

在Protel99SE状态下，可通过如下方式之一创建新的PCB文件，进入PCB编辑状态。

（1）任何时候，单击“File”菜单下的“New”命令，在图1-6所示窗口内直接双击“PCBDocument”（PCB文档）文件图标，即可创建新的、空白的PCB文件，进入PCB编辑状态，如图5-2所示。

图5-2Protel99SEPCB编辑器窗口

（2）通过上述方式创建的PCB文件没有自动生成印制板的边框，只适用于创建非标尺寸的单面或双面印制板。

对于标准尺寸规格的印制板，如ISA、PCI总线扩展卡及多层印制电路板，最好通过“PrintedCircuitBoardWizard”（印制板向导）创建标准尺寸的PCB文件，然后借助原理图编辑器窗口内“UpPCB…（更新PCB）”命令，把原理图中元件封装图、电气连接关系（即网络表文件）直接装入PCB文件内。

有关通过“PrintedCircuitBoardWizard”（印制板向导）创建新PCB文件的操作过程第6章将详细介绍。

5.2.2PCB编辑器界面

Protel99SE印制板编辑窗口如图5-2所示，菜单栏内包含了“File”（文件操作）、“Edit”（编辑）、“View”（浏览）、“Place”（放置）、“Design”（设计）、“Tools”（工具）、“AutoRoute”（自动布线）等，这些菜单及其命令的用途随后会逐一介绍。

与原理图编辑器相似，在印制板编辑、设计过程中，除了可使用菜单命令操作外，PCB编辑器也将一系列常用的菜单命令以工具“按钮”形式罗列在“工具栏”内，用鼠标单击“工具栏”内的某一“工具”按钮，即可迅速执行相应的操作，方便、快捷。

PCB编辑器提供了主工具栏（MainToolbar）、放置工具（PlacementTools）栏（窗）。

必要时可通过“View”菜单下的“Toolbars”命令打开或关闭这些工具栏（窗）。

缺省时这两个工具栏均处于打开状态。

主工具栏（窗）内各工具的作用与SCH编辑器主工具栏相同或相近，在此不再介绍。

放置工具栏内的工具名称如图5-3所示。

图5-3放置工具窗口内的工具

启动后，PCB编辑区内显示的栅格线是第二栅格线，大小为1000mil，即25.4mm。

在编辑区下方列出了目前已打开的工作层和当前所处的工作层。

PCB浏览窗（BrowsePCB）内显示的信息及按钮种类与当前浏览对象有关，如图5-4所示，单击“浏览对象选择框”下拉按钮，即可选择相应的浏览对象，如Library（元件封装库）、Components（元件）、Nets（节点）、“NetClasses”（节点组）、“ComponentClasses”（元件组）、“Violations”（违反设计规则）、“Rules”（设计规则）等。

图5-4不同浏览对象对应的浏览窗

浏览对象的选择又与当前操作状态有关，例如在手工放置元件封装图时，可选择“Library”（元件封装图库）作为浏览对象（如图5-2所示）；

在手工调整元件布局过程中，可选择“Components”（元件）作为浏览对象；

在手工调整布线过程中，可选择“Nets”（节点）作为浏览对象；

在元件组管理操作（如在组内增加或删除元件）过程中，可选择“ComponentClasses”（元件组）作为浏览对象；

在节点组管理操作（如在组内增加或删除节点）过程中，可选择“NetClasses”（节点组）作为浏览对象；

而在浏览、纠正设计错误时，可选择“Violations”（违反设计规则）作为浏览对象。

PCB编辑器内工具栏的位置也可移动，例如将鼠标移到工具栏上的空白位置，按下鼠标左键不放，移动鼠标器，即可调整工具栏位置。

当工具栏移到工作区内时，会自动变成“工具窗”；

反之，将“工具窗”移到工作区边框时又会自动变成工具栏。

在Protel99SEPCB编辑器中，单击“Design”菜单下的“Options…”命令，在“Options（选项）”标签窗口内，选择英制（单位为mil，即1/1000英寸）或公制（单位为mm）作为长度计量单位，彼此之间的换算关系如下：

1mil=0.0254mm

10mil=0.254mm

100mil=2.54mm

1000mil（1英寸）=25.4mm

5.3手工设计单面印制板--Protel99SEPCB基本操作

为了便于理解PCB编辑器的基本概念,掌握PCB设计的基本操作方法，下面以手工设计如图2-35所示电路的印制板为例，介绍Protel99SEPCB印制板编辑器的基本操作。

掌握手工布局、布线技能非常必要，因为无论EDA软件自动布局、布线功能如何完善，它也无法适应不同功能、用途、不同工作频率、不同电磁兼容性要求的电路板。

其实一块散热良好、抗干扰能力强、布局及布线合理规范、美观大方的PCB板，在完成电原理图编辑后，往往通过手工方式完成布局、布线。

图2-35所示电路很简单，元件数量少，完全可以使用单面板，元件尺寸不大，电路板尺寸暂取2000×

1500mil（相当于50.8×

38.1mm）。

5.3.1工作参数的设置与电路板尺寸规划

1．设置工作层

执行“Design”菜单下的“Options”命令，在弹出的“DocumentOptions”（文档选项）窗内，单击“Layers”标签（如图5-5所示），选择工作层。

（a）双面板工作层

（b）多层板工作层

图5-5选择PCB编辑器的工作层

各层含义如下：

（1）SignalLayers（信号层）

Protel99SEPCB编辑器最多支持32个信号层，其中：

●TopLayer（顶层），即元件面，是元器件主要的安装面。

在单面板中不能在元件面内布线，只有在双面或多层板中才允许在元件面内布线。

不过在单面板中，由于元件面内没有印制导线，表面封装元器件（包括SMC封装元件，如电阻、电容等；

以及SMD封装器件，如三极管、各类IC等）只能安装在焊锡面内；

而在双面、多层板中，包括表面封装元器件在内的所有元件，应尽可能安装在元件面上，只有在特殊情况下，才考虑在焊锡面上安装表面封装元器件。

●BottomLayer（底层），即焊锡面，主要用于布线。

焊锡面是单面板中唯一可用的布线层，同时也是双面、多层板的主要布线层（但在以贴片元件为主的双面印制板中，元件面却是主要的布线层）。

●MidLayer1～MidLayer30是中间信号层，主要用于放置信号线。

只有四层以上的多层电路板才需要在中间信号层内布线（对于双面板来说，不存在中间信号层，如图5-5（a）所示）。

（2）InternalPlanes（内电源/地线层）

Protel99/99SEPCB编辑器最多支持16个内电源/地线层，主要用于放置电源/地线网络。

在4层以上电路板中，信号层内需要与电源或地线相连的印制导线可通过元件引脚焊盘或过孔与内电源/地线层相连，极大地减少了电源/地线的连线长度。

另一方面，在多层电路板中，可充分利用内地线层对电路板中容易产生电磁辐射或受干扰部位进行屏蔽，电磁兼容性指标容易达到要求。

在单面和双面板中，电源线、地线与信号线在同一层内走线，因此不存在内电源/地线层。

（3）MechanicalLayers（机械层）

机械层没有电气特性，主要用于放置电路板上一些关键部位的注标尺寸信息、印制板边框以及电路板生产过程中所需的对准孔。

Protel99SE允许同时使用4个机械层，但一般只需使用1～2个机械层。

例如，将对准孔、印制板边框等放在机械层4（Mechanical4）内（打印时，一般需与其他层套叠打印，以便对准）；

而注标尺寸、注释文字等放在机械层1内，打印时不一定要套叠打印。

但在印制电路板上固定大功率元件所需的螺丝孔以及电路板安装、固定所需的螺丝孔一般以孤立焊盘形式出现，并放在MultiLayer（多层）内。

这样焊盘的铜环可作垫片使用，另外对于需要接地，如三端稳压器散热片的固定螺丝孔焊盘可直接放在接地网络节点上。

（4）Mask（掩模层）

包括SolderMask（阻焊层）和PasteMask（焊锡膏层）。

●TopSolder（元件面阻焊层）和BottomSolder（焊锡面阻焊层）

设置阻焊层的目的是为了防止波峰焊接时，连线、填充区、敷铜区等不需焊接的地方也粘上焊锡，产生桥接现象，提高焊接质量、减少焊料损耗。

在电路板上，除了需要焊接的地方（主要是元件引脚焊盘、连线焊盘）外，均涂上一层阻焊漆（阻焊漆一般呈绿色或黄色，因此涂阻焊漆工艺也称为“上绿漆”工艺）。

这样将元件插入电路板（这一工序称为“插件”）后，送入锡炉焊接时，没有阻焊漆覆盖的导电图形，如元件引脚焊盘，将粘上焊锡，使元件引脚与焊盘连在一起，而被阻焊漆覆盖的导电图形，就不会粘上焊锡。

对于手工焊接的电路板，在阻焊层保护下，焊点也会均匀、光滑一些。

此外，阻焊漆对印制电路板导电图形也有一定的保护作用，起到防潮、防腐蚀、防霉以及机械擦伤等。

此外，对于需要通过大电流的印制导线，在线宽（在铜箔厚度为50μm的标准印制板上，电流容量与线条宽关系约为1A/mm）不能满足要求情况下，可在相应的阻焊层内印制导线上方放置一条比印制导线略小、走向同相的线条（即在阻焊层内印制导线上开窗口），以便焊接时借助敷锡方式增加印制导线的有效厚度，减小印制导线的电阻，提高电流容量。

●TopPaste（元件面焊锡膏层）和BottomPaste（焊锡面焊锡膏层）

设置焊锡膏层的目的是为了便于贴片元器件的安装。

随着集成电路技术的飞速发展，电子产品体积越来越小，系统工作频率越来越高，集成电路芯片传统封装方式，如双列直插式（DIP）、单列直插式（SIP）、PLCC、引脚网格阵列（PGA）等芯片封装方式已明显不适应电子产品小型化、微型化要求。

在一些电子产品，如笔记本电脑、计算器、便携式CD唱机、各类家电遥控器等产品的电路板上，广泛采用表面封装元器件，如贴片封装集成电路芯片，甚至电阻、电容、电感、二极管、三极管等分立元件也广泛采用无引线封装方式，以缩短元件引线长度，减小引线寄生电感、电阻及电容。

在PCB加工过程中，表面封装元件引脚无须钻孔，提高了工效，降低了PCB制作成本。

此外，表面贴装元件在焊接前，无需“弯脚”，焊接后也不用“剪脚”，减少了电路板生产工序，提高了效率，减低了成本。

贴片元件（包括无引线封装的分立元件）安装方式与传统穿通式元件安装方式不同，贴片元件安装过程包括刮锡膏→贴片（手工贴片或在专用的贴片机上进行）→回流焊。

在“刮锡膏”工艺中就需要一块掩模板，其上有很多方形小孔，每一方形小孔对应贴片封装元件引脚的一个方形焊盘。

在刮锡膏过程中，锡膏的主要成分是松香和锡末，呈黏糊状，具有一定的粘结性，可将贴片元器件、无引线小功率分立元件等粘贴固定在PCB板上。

刮锡时，锡膏通过掩模板上的小孔均匀地涂覆在贴片元件引脚焊盘位置。

贴片时，利用锡膏的粘性，贴片元件引脚被粘结到PCB板上。

但贴片后，贴片元件引脚并没有真正焊接在PCB板相应焊盘上，用手轻轻一抹，元件就会移位，甚至脱落，必须送到回流焊接炉加热，使焊锡膏中的锡末熔化变成焊点（在加热焊接过程中，焊锡膏中的松香首先熔化，变成液态，一方面保护锡末不受氧化，另一方面，高温下的松香能提高焊锡活性，它是电子产品焊接工艺中常用的助焊剂，保证元件引脚与焊盘可靠连接），以完成贴片元件的焊接过程。

PasteMask（焊锡膏层）就是刮锡膏操作时所需的掩模板。

可见，只有在采用贴片元件的印制板上，才需要PasteMask层。

由于贴片元件一般安装在元件面内，因此在含有贴片元件的印制板上一般只需开放“TopPaste”面。

（5）Silkscreen（丝印层）

通过丝网印刷方式将元件外形、序号以及其他说明性文字印制在元件面或焊锡面上，以方便电路板生产过程的插件（包括表面封装元件的贴片）以及日后产品的维修操作。

丝印层一般放在顶层（TopOverlayer），但对于故障率较高、需要经常维修的电子产品，如电视机、计算机显示器、打印机等的主机板在元件面和焊锡面内均可设置丝印层。

（6）Other（其他）

图5-5中的“Other”设置框包括了：

●KeepoutLayer，即禁止布线层。

一般在该层内绘出电路板的布线区，以确定自动布局、布线的范围。

●MultiLayer，多层（即多个导电层的简称）焊盘一般放在“MultiLayer”层。

对于双面来说，MultiLayer包含了焊锡面、元件面；

对于四层板来说，MultiLayer包含了焊锡面、元件面、内信号层、内电源/地线层。

它允许或禁止在屏幕上显示多个导电层信息。

当该复选项处于选中状态时，在屏幕上可同时观察到已打开的各导电层内的导电图形、文字信息等。

反之，当“MultiLayer”选项处于关闭状态时，在屏幕上只能观察到当前工作层上的导电图形。

●DrillGuide（钻孔指示层）及DrillDrawing（钻孔层）。

这两层主要用于绘制钻孔图以及孔位信息。

单面板、双面板所需工作层如表5-1所示。

表5-1单面、双面电路板工作层

电路板层数

工作层

用途

说明

单面板

元件面

（TopLayer）

穿通元件安装面

丝印层

放置元件序号、参数等说明性文字。

焊锡面

（Bottom-Layer）

布线层

布线及少量表面封装元器件的安装面。

阻焊层

焊锡膏层[可选]

在焊锡面上含有表面封装元件时才需要

丝印层[可选]

一般不需要，只有经常维修的电路板，才考虑在焊接面上设置丝印层。

禁止布线层

确定布线区

确定元件封装图装入、布线范围，即电气边框。

钻孔层

元件焊盘孔、电路安装固定孔位信息

主要用于指导钻孔。

在PCB编辑过程中，可暂时不打开。

1～2个机械层

绘制印制板边框、对准孔等信息。

双面板

元件安装面

放置元器件、布线。

含表面封装元件需要。

一般元件不安装在焊锡面内，因此无须在焊锡面内设置焊锡膏层

多层

放置穿通式焊盘、过孔

包含所有打开的工作层

放置布线区

确定元件封装图布局和布线区域。

含内电源、地线层的四层电路板的工作层与双面板相似，差别仅在上、下两信号层间多了内电源层和地线层。

（7）System（系统）

●VisibleGrid，可视栅格线（点）开/关。

Protel99SEPCB编辑器提供了两种可视栅格，即可视栅格1和可视栅格2,前一个VisibleGrid选项对应Visible1,后一个VisibleGrid选项对应Visible2。

栅格线间距取值与元件布局间距有关，而元件最小间距与两元件间电位差、插件（或贴片）方式有关。

●PadHoles：

焊盘孔显示开/关。

当焊盘孔处于关闭状态时，编辑区内只显示焊盘外形及编号，不显示焊盘内的引线孔。

缺省时，不显示焊盘孔径，建议选中该选项，以便在PCB编辑过程中能直观地看到元件引脚焊盘孔径的大小。

●ViaHoles：

金属化过孔的孔径显示开/关。

当金属化过孔的孔径处于关闭状态时，只显示过孔的外形及编号，不显示过孔的孔径。

缺省时，不显示过孔的孔径，建议选中该选项，以便在PCB设计、编辑过程中，直观地看到过孔的孔径大小。

●Connections：

“飞线”显示开/关。

当不选择该选项时，执行“UpdatePCB…”命令或装入网络表文件后在PCB编辑区内观察不到表示元件引脚电气连接关系的“飞线”。

在手工调整元件布局操作过程中，借助“飞线”可即时了解平移、旋转元件操作的效果，例如旋转某一元件后，“飞线”交叉比旋转前少，说明旋转后连线变短，可保留旋转操作，反之则放弃。

●DRCErrors，设计规则检查开/关。

该选项被“选中”时，在移