Protel99SE教程--PCB元件封裝設(shè)計(jì)演示幻燈片

1,第7章PCB元件封裝設(shè)計(jì),7.1繪制元件封裝的準(zhǔn)備工作7.2PCB元件設(shè)計(jì)基本界面7.3采用設(shè)計(jì)向?qū)Х绞皆O(shè)計(jì)元件封裝7.4采用手工繪制方式設(shè)計(jì)元件封裝7.5編輯元件封裝7.6元件封裝常見問題本章小結(jié),2,在開始繪制封裝之前，首先要做的準(zhǔn)備工作是收集元器件的封裝信息。封裝信息主要來源于元器件生產(chǎn)廠家提供的用戶手冊(cè)。若沒有所需元器件的用戶手冊(cè)，可以上網(wǎng)查找元器件信息，一般通過訪問元件廠商或供應(yīng)商的網(wǎng)站可以獲得相應(yīng)信息。在查找中也可以通過搜索引擎進(jìn)行，如或等。如果有些元件找不到相關(guān)資料，則只能依靠實(shí)際測(cè)量，一般要配備游標(biāo)卡尺，測(cè)量時(shí)要準(zhǔn)確，特別是集成塊的管腳間距。元件封裝設(shè)計(jì)時(shí)還必須注意元器件的輪廓設(shè)計(jì)，元器件的外形輪廓一般放在PCB的絲印層上，要求要與實(shí)際元器件的輪廓大小一致。如果元件的外形輪廓畫得太大，浪費(fèi)了PCB的空間；如果畫得太小，元件可能無法安裝。,7.1繪制元件封裝的準(zhǔn)備工作,返回,3,圖7-1,認(rèn)識(shí)元件,4,圖7-2,5,針腳式元件所謂針腳式元件，就是元件的引腳是一根導(dǎo)線，安裝元件時(shí)該導(dǎo)線必須通過焊盤穿過電路板焊接固定。所以在電路板上，該元件的引腳要有焊盤，焊盤必須鉆一個(gè)能夠穿過引腳的孔（從頂層鉆通到底層），圖7-3為針腳式元件的封裝圖，其中的焊盤屬性中的Layer板層屬性必須設(shè)為MultiLayer。,6,圖7-3,7,表面貼裝式元件表面貼裝式元件是直接把元件貼在電路板表面上。它是靠粘貼固定的，所以焊盤就不需要鉆孔了，因此成本較低。表面貼裝式元件各引腳間的間距很小，所以元件體積也較小。由于安裝時(shí)不存在元件引腳穿過鉆孔的問題，所以它特別適合于用機(jī)器進(jìn)行大批量、全自動(dòng)地進(jìn)行機(jī)械化的生產(chǎn)加工。圖7-4為表面貼裝式元件的封裝圖，其中焊盤的Layer屬性必須設(shè)置為單一板層，如TopLayer（頂層）或BottomLayer（底層）。,8,圖7-4,9,封裝圖結(jié)構(gòu)不管是針腳式元件還是表面貼裝式元件，其結(jié)構(gòu)如圖7-5所示，可以分為元件圖、焊盤、元件屬性3個(gè)部分，說明如下。,10,圖7-5,11,1元件圖元件圖是元件的幾何圖形，不具備電氣性質(zhì)，它起到標(biāo)注符號(hào)或圖案的作用。2焊盤焊盤是元件主要的電氣部分，相當(dāng)于電路圖里的引腳。3元件屬性在電路板的元件里，其屬性部分主要用來設(shè)置元件的位置、層次、序號(hào)和注釋等項(xiàng)內(nèi)容。,12,元件名稱在實(shí)際應(yīng)用中電阻、電容的名稱分別是AXIAL和RAD，對(duì)于具體的對(duì)應(yīng)可以不做嚴(yán)格的要求，因?yàn)殡娮琛㈦娙荻际怯袃蓚€(gè)管腳，管腳之間的距離可以不做嚴(yán)格的限制。直插元件有雙排的和單排的之分，雙排的被稱為DIP，單排的被稱為SIP。表面貼裝元件的名稱是SMD，貼裝元件又有寬窄之分：窄的代號(hào)是A，寬的代號(hào)是B。電路板的制作過程中，往往會(huì)用到插頭，它的名稱是DB。,13,7.2PCB元件設(shè)計(jì)基本界面,在PCB99SE中，執(zhí)行菜單FileNew，在出現(xiàn)的對(duì)話框中單擊圖標(biāo)，進(jìn)入PCB元件庫編輯器，并自動(dòng)新建一個(gè)元件庫PCBLIB1.LIB，如圖7-6、圖7-7所示。,圖7-6,圖7-6,14,圖7-7,15,1.新建元件庫進(jìn)入PCB元件庫編輯器后，系統(tǒng)自動(dòng)新建一個(gè)元件庫，該元件庫的缺省文件名為PCBLIB1，庫文件名可以修改。同時(shí)，在元件庫中，程序已經(jīng)自動(dòng)新建了一個(gè)名為PCBCOMPONENT_1的元件，,返回,可以用菜單ToolsRenameComponent來更名。2.元件庫管理器PCB元件庫編輯器中的元件庫管理器與原理圖庫元件管理器類似，在設(shè)計(jì)管理器中選中BrowsePCBLib可以打開元件庫管理器，在元件庫管理器中可以對(duì)元件進(jìn)行編輯操作，元件管理器如圖7-8所示。,圖7-8,16,7.3采用設(shè)計(jì)向?qū)Х绞皆O(shè)計(jì)元件封裝,7.3.1常用的元件標(biāo)準(zhǔn)封裝Protel99SE的封裝設(shè)計(jì)向?qū)Э梢栽O(shè)計(jì)常見的標(biāo)準(zhǔn)封裝，主要有以下幾類。Resistors（電阻）電阻只有兩個(gè)管腳，有插針式和貼片式兩種封裝。隨著電阻功率的不同，電阻的體積大小不同，對(duì)應(yīng)的封裝尺寸也不同。插針式電阻的命名一般以“AXIAL”開頭；貼片式電阻的命名可自由定義。圖7-9所示為兩種類型的電阻封裝。Diodes（二極管）,圖7-9,圖7-10,17,二極管的封裝與電阻類似，不同之處在于二極管有正負(fù)極的分別。圖7-10所示為二極管的封裝。Capacitors（電容）電容一般只有兩個(gè)管腳，通常分為電解電容和無極性電容兩種，封裝形式也有插針式封裝和貼片式封裝兩種。一般而言，電容的體積與耐壓值和容量成正比。圖7-11所示為電容封裝。,DIP（雙列直插封裝）DIP為目前常見的IC封裝形式，制作時(shí)應(yīng)注意管腳數(shù)、同一列管腳的間距及兩排管腳間的間距等。圖7-12所示為DIP封裝圖。SOP（雙列小貼片封裝）,圖7-11,18,SOP是一種貼片的雙列封裝形式，幾乎每一種DIP封裝的芯片均有對(duì)應(yīng)的SOP封裝，與DIP封裝相比，SOP封裝的芯片體積大大減少。圖7-13所示為SOP封裝圖。,PGA（引腳柵格陣列封裝）PGA是一種傳統(tǒng)的封裝形式，其引腳從芯片底部垂直引出，且整齊地分布在芯片四周，早期的80X86CPU均是這種封裝形式。圖7-14所示為PGA封裝圖。SPGA（錯(cuò)列引腳柵格陣列封裝）SPGA與PGA封裝相似，區(qū)別在其引腳排列方式為錯(cuò)開排列，利于引腳出線，如圖7-15所示。,圖7-12,圖7-13,19,LCC（無引出腳芯片封裝）LCC是一種貼片式封裝，這種封裝的芯片的引腳在芯片的底部向內(nèi)彎曲，緊貼于芯片體，從芯片頂部看下去，幾乎看不到引腳，如圖7-16所示。這種封裝方式節(jié)省了制板空間，但焊接困難，需要采用回流焊工藝，要使用專用設(shè)備。QUAD（方形貼片封裝）QUAD為方形貼片封裝，與LCC封裝類似，但引腳沒有向內(nèi)彎曲，而是向外伸展，焊接方便。QUAD封裝包括QFG系列，如圖7-17所示。,圖7-14,圖7-15,20,BGA（球形柵格陣列封裝）BGA為球形柵格陣列封裝，與PGA類似，主要區(qū)別在于這種封裝中的引腳只是一個(gè)焊錫球狀，焊接時(shí)熔化在焊盤上，無需打孔，如圖7-18所示。SBGA（錯(cuò)列球形柵格陣列封裝）SBGA與BGA封裝相似，區(qū)別在于其引腳排列方式為錯(cuò)開排列，利于引腳出線，如圖7-19所示。,圖7-16,圖7-17,21,EdgeConnectors（邊沿連接）EdgeConnectors為邊沿連接封裝，是接插件的一種，常用于兩塊板之間的連接，便于一體化設(shè)計(jì)，如計(jì)算機(jī)中的PCI接口板。其封裝如圖7-20所示。,圖7-18,圖7-19,圖7-20,22,6.3.2使用設(shè)計(jì)向?qū)ЮL制元件封裝實(shí)例,采用設(shè)計(jì)向?qū)ЮL制元件一般針對(duì)符合通用的標(biāo)準(zhǔn)元件。下面以設(shè)計(jì)雙列直插式16腳IC的封裝DIP16為例介紹采用向?qū)Х绞皆O(shè)計(jì)元件。進(jìn)入元件庫編輯器后，執(zhí)行菜單ToolsNewComponent新建元件，屏幕彈出元件設(shè)計(jì)向?qū)В鐖D7-21所示，選擇Next進(jìn)入設(shè)計(jì)向?qū)Вㄈ暨x擇Cancel則進(jìn)入手工設(shè)計(jì)狀態(tài)）。,23,單擊Next按鈕，進(jìn)入元件設(shè)計(jì)向?qū)?，屏幕彈出圖7-22所示的對(duì)話框，用于設(shè)定元件的基本封裝，共有12種供選擇，包括電阻、電容、二極管、連接器及常用的集成電路封裝等，圖中選中的為雙列直插式元件DIP，對(duì)話框下方的下拉列表框用于設(shè)置使用的單位制。選中元件的基本封裝后，單擊Next按鈕，屏幕彈出圖7-23所示的對(duì)話框，用于設(shè)定焊盤的直徑和孔徑，可直接修改圖中的尺寸。,24,定義好焊盤間距后，單擊Next按鈕，屏幕彈出圖7-25所示的對(duì)話框，用于設(shè)置元件邊框的線寬，圖中設(shè)置為10mil。定義好線寬后，單擊Next按鈕，屏幕彈出圖7-26所示的對(duì)話框，用于設(shè)置元件的管腳數(shù)，圖中設(shè)置為16。,定義管腳數(shù)后，單擊Next按鈕，屏幕彈出圖7-27所示的對(duì)話框，用于設(shè)置元件封裝名，圖中設(shè)置為DIP16。名稱設(shè)置完畢，單擊Next按鈕，屏幕彈出設(shè)計(jì)結(jié)束對(duì)話框，單擊Finish按鈕結(jié)束元件設(shè)計(jì)，屏幕顯示剛設(shè)計(jì)好的元件，如圖7-28所示。,25,采用設(shè)計(jì)向?qū)Э梢钥焖倮L制元件的封裝形式，繪制時(shí)應(yīng)了解元件的外形尺寸，并合理選用基本封裝。對(duì)于集成塊應(yīng)特別注意元件的管腳間距和相鄰兩排管腳的間距，并根據(jù)管腳大小設(shè)置好焊盤尺寸及孔徑。,返回,26,6.4采用手工繪制方式設(shè)計(jì)元件封裝,27,手工繪制方式一般用于不規(guī)則的或不通用的元件設(shè)計(jì)，如果設(shè)計(jì)的元件是通用的，符合通用的標(biāo)準(zhǔn)，可以通過設(shè)計(jì)向?qū)Э焖僭O(shè)計(jì)元件。設(shè)計(jì)元件封裝，實(shí)際就是利用PCB元件庫編輯器的放置工具，在工作區(qū)按照元件的實(shí)際尺寸放置焊盤、連線等各種圖件。下面以圖6-29所示的貼片式8腳集成塊的封裝SOP8為例介紹元件封裝手工設(shè)計(jì)的具體步驟。,根據(jù)實(shí)際元件確定元件焊盤之間的間距、兩排焊盤間的間距及焊盤的直徑。SOP8是標(biāo)準(zhǔn)的貼片式元件封裝，焊盤設(shè)置為：80mil25mil，形狀為Round；焊盤之間的間距50mil；兩排焊盤間的間距220mil；焊盤所在層為Toplayer（頂層）。,圖7-29,28,執(zhí)行菜單ToolsLibraryOptions設(shè)置文檔參數(shù)，將可視柵格1設(shè)置為5mil，可視柵格2設(shè)置為20mil，捕獲柵格設(shè)置為5mil。執(zhí)行EditJumpReference將光標(biāo)跳回原點(diǎn)（0，0）。執(zhí)行菜單PlacePad放置焊盤，按下Tab鍵，彈出焊盤的屬性對(duì)話框，設(shè)置參數(shù)如下。X-Size：80mil；Y-Size：25mil；Shape：Round；Designator：1；Layer：TopLayer；其它默認(rèn)。退出對(duì)話框后，將光標(biāo)移動(dòng)到原點(diǎn)，單擊鼠標(biāo)左鍵，將焊盤1放下。,依次以50mil為間距放置焊盤24。對(duì)稱放置另一排焊盤58，兩排焊盤間的間距為220mil。雙擊焊盤1，在彈出的對(duì)話框中的Shape下拉列表框中選擇Rectangle，定義焊盤1的形狀為矩形，設(shè)置好的焊盤如圖7-30所示。,圖7-30,29,繪制SOP8的外框。將工作層切換到TopOverlay，執(zhí)行菜單PlaceTrack放置連線，執(zhí)行菜單PlaceArc放置圓弧，線寬均設(shè)置為10mil，外框繪制完畢的元件如圖7-29所示。執(zhí)行菜單EditSetReferencePin1，將元件參考點(diǎn)設(shè)置在管腳1。執(zhí)行菜單ToolsRenameComponent，將元件名修改為SOP8。執(zhí)行菜單FileSave保存當(dāng)前元件。,返回,30,6.5編輯元件封裝,編輯元件封裝，就是對(duì)已有的元件封裝的屬性進(jìn)行修改，使之符合要求。1.修改元件封裝庫中的元件修改元件封裝庫中的某個(gè)元件，先進(jìn)入元件庫編輯器，選擇FileOpen打開要編輯的元件庫，在元件瀏覽器中選中要編輯的元件，窗口就會(huì)顯示出此元件的封裝圖，若要修改元件封裝的焊盤，用鼠標(biāo)左鍵雙擊要修改的焊盤，出現(xiàn)此引腳焊盤的屬性對(duì)話框，在對(duì)話框中就可以修改引腳焊盤的編號(hào)、形狀、直徑、鉆孔直徑等參數(shù)；若要修改元件外形，可以用鼠標(biāo)點(diǎn)取某一條輪廓線，再次單擊它的非控點(diǎn)部分，移動(dòng)鼠標(biāo)，即可改變其輪廓線，或者刪除原來的輪廓線，重新繪制新的輪廓線。元件修改后，執(zhí)行菜單FileSave，將結(jié)果保存。,31,修改元件封裝庫的結(jié)果不會(huì)反映在以前繪制的電路板圖中。如果按下PCB元件庫編輯器上的UpdatePCB按鈕，系統(tǒng)就會(huì)用修改后的元件更新電路板圖中的同名元件。繪制PCB時(shí)，若發(fā)現(xiàn)所采用的元件封裝不符合要求，需要加以修改，可以不退出PCB99SE，直接進(jìn)行修改。方法是：在元件瀏覽器中選中該元件，單擊Edit按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入元件編輯狀態(tài)，其后的操作與上面相同。2.直接在PCB圖中修改元件封裝的管腳在PCB設(shè)計(jì)中如果某些元件的原理圖中的管腳號(hào)和印制板中的焊盤編號(hào)不同（如二極管、三極管等），在自動(dòng)布局時(shí)，這些元件的網(wǎng)絡(luò)飛線會(huì)丟失或出錯(cuò)，此時(shí)可以通過直接編輯焊盤屬性的方式，修改焊盤的編號(hào)來達(dá)到管腳匹配的目的。編輯元件封裝的焊盤可以直接雙擊元件焊盤，在彈出的焊盤屬性對(duì)話框中修改焊盤編號(hào)。,返回,32,6.6元件封裝常見問題,在元件封裝設(shè)計(jì)中，通常會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，這對(duì)PCB的設(shè)計(jì)將產(chǎn)生不良影響。1.機(jī)械錯(cuò)誤機(jī)械錯(cuò)誤在元件規(guī)則檢查中是無法出來的，因此設(shè)計(jì)時(shí)需要特別小心。焊盤大小不合適，尤其是焊盤的內(nèi)徑選擇太小，元件引腳無法插進(jìn)焊盤。焊盤間的間距以及分布與實(shí)際元件不符，導(dǎo)致元件無法在封裝上安裝。帶安裝定位孔的元件未在封裝中設(shè)計(jì)定位孔，導(dǎo)致元件無法固定。封裝的外形輪廓小于實(shí)際元件，可能出現(xiàn)由于布局時(shí)元件安排比較緊密，導(dǎo)致元件排得太擠，甚至無法安裝。,33,接插件的出線方向與實(shí)際元件的出線方向不一致，造成焊接時(shí)無法調(diào)整。絲印層的內(nèi)容放置在信號(hào)所在層上，導(dǎo)致元件焊盤無法連接或短路。2.電氣錯(cuò)誤,電氣錯(cuò)誤通?？梢酝ㄟ^元件規(guī)則檢查（Reports,ComponentRuleCheck），或者在載入網(wǎng)絡(luò)表文件時(shí)，由軟件系統(tǒng)檢查出來，因此可以根據(jù)出錯(cuò)信息找到錯(cuò)誤并修改。原理圖元件的引腳編號(hào)與元件封裝的焊盤編號(hào)不一致。焊盤編號(hào)定義過程中出現(xiàn)重復(fù)定義。以上錯(cuò)誤可以通