第11章U盤PCB板設(shè)計(jì)ppt課件

1、 劉彥忠 編 著電子教案. 第11章U盤PCB板設(shè)計(jì) .本章學(xué)習(xí)目的本章以制造U盤PCB板為例，引見SMT多層板的制造技巧和編輯修正方法，以到達(dá)以下學(xué)習(xí)目的：了解多層板的含義，掌握多層板的創(chuàng)建方法。了解內(nèi)電層的含義，內(nèi)電層的屬性設(shè)置和分割方法掌握常用SMT元件的引腳封裝。掌握SMT元件引腳封裝的制造方法。掌握手工修正導(dǎo)線的常用方法。 .11.1 確定和添加元件封裝 由于U盤體積非常小巧，電路板面積很小，所以電路板中的元件絕大部分采用SMD元件，以節(jié)省電路板面積。根據(jù)前面章節(jié)的引見，并結(jié)合元件的實(shí)踐外形和管腳陳列情況，而且部分元件還參考了元件供應(yīng)商提供的技術(shù)和封裝參數(shù)，確定適宜的元件封裝如表所示

2、。 .數(shù)碼搶答器元件封裝表 元件類型 元件封裝 封裝庫 電阻R C1005-0402 Miscellaneous Devices.IntLib 無極性電容C C1005-0402 發(fā)光二極管 DSO-F2/D6.1 有極性電容 CC1608-0603 Chip Capacitor - 2 Contacts.PcbLib U1（AT1201）SO-G5/Z3.6SOT 23 - 5 and 6 Leads.PcbLibU2（IC1114）F-QFP7X7-G48/X.3NFQFP (0.5mm Pitch, Square) - Corner Index.PcbLibU3（K9F0BDUDB）TS

3、SO12X20-G48/P.5TSOP (0.5mm Pitch) .PcbLibUSB接口J1USB自制封裝庫UPAN.PcbLib寫保護(hù)開關(guān)SW1ZZSW晶體振蕩器Y1XTAL2.1. 確定AT1201的封裝 .2. 確定IC1114的封裝 .3. 確定存儲(chǔ)器K9F0BDUDB的封裝 存儲(chǔ)器U3的封裝TSSO12X20-G48/P.5 .11.1.2自制元件封裝 USB接口J1的外形和引腳封裝 .寫維護(hù)開關(guān)SW1的外形和引腳封裝 .晶體振蕩器Y1的外形和封裝 .11.1.3 添加元件引腳封裝 1. 為單個(gè)元件添加封裝.2. 利用全局修正為各類元件添加封裝 由于U盤元件很多，而且大部分元件的

4、封裝都采用貼片封裝方式，而不是采用原原理圖元件中的默許封裝，所以假設(shè)采用逐個(gè)修正的方法，任務(wù)量將會(huì)很大，可以采取全局修正的方法。下面以全局修正電阻的封裝為例。.全局修正電阻的封裝1將光標(biāo)移到U盤原理圖中的恣意一個(gè)電阻上，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的對(duì)話框中選菜單 ，彈出如下圖的查找類似對(duì)象對(duì)話框，在【Resistor】項(xiàng)后選擇【Same】，表示將選中圖紙中一切的電阻。 .查找一切電阻 .修正電阻封裝可以看到圖紙中一切電阻均處于選中形狀，此時(shí)點(diǎn)擊任務(wù)區(qū)右下方的【Inspect】按鈕，彈出如下圖的Inspect面板，將【Current Footprint】欄修正為“C10050402，按回車鍵確認(rèn)輸入。

5、 .11.2 新建PCB文件并繪制電路板邊框 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和U盤外殼的限制，確定電路的長、高尺寸。經(jīng)過分析，確定本電路板長、高參考尺寸為：4515mm，并且受外殼固定柱的限制，中間有一個(gè)半徑為1mm的半圓形的缺口，便于該電路板固定于U盤外殼中，如下圖。 .11.2.1 利用導(dǎo)游制造U盤PCB板 單擊【File】標(biāo)簽，將出現(xiàn)文件操作欄，選擇【PCB Board Wizards 】，將出現(xiàn)如下圖的PCB板導(dǎo)游歡迎界面。 .尺寸單位選擇對(duì)話框 . PCB板類型選擇對(duì)話框 .PCB板用戶自定義對(duì)話框 適當(dāng)減小制止布線框離電路板邊框的間隔 .信號(hào)層、內(nèi)電源層選擇對(duì)話框 .過孔類型選擇對(duì)話框 .元件類型

6、選擇對(duì)話框 .導(dǎo)線、過孔、平安間距設(shè)置對(duì)話框 . PCB板導(dǎo)游完成對(duì)話框 . PCB板導(dǎo)游完成的電路板 .11.2.2 手工修正PCB板輪廓 定位程度中心位置 .11.2.2 手工修正PCB板輪廓 繪制二個(gè)半徑1mm的半圓型缺口.11.2.2 手工修正PCB板輪廓 最后效果.11.3.1 載入元件引腳封裝 .11.3.2 設(shè)置內(nèi)電層的網(wǎng)絡(luò)屬性 1. 如下圖，執(zhí)行【設(shè)計(jì)】/【層堆棧管理器】，彈出如下頁圖所示的層堆棧管理器對(duì)話框。 . 層堆棧管理器對(duì)話框 .修正內(nèi)電層1的網(wǎng)絡(luò)屬性 雙擊層堆棧管理器對(duì)話框中的【Internal Plane1】層，彈出如下圖的層屬性對(duì)話框，在【網(wǎng)絡(luò)名】下拉列表框中選“

7、VCC，將該層作為電源VCC內(nèi)電層。 .設(shè)置好網(wǎng)絡(luò)屬性的內(nèi)電層 .11.4 多層板元件規(guī)劃調(diào)整 元件載入PCB板后，就可以根據(jù)元件的規(guī)劃規(guī)律進(jìn)展規(guī)劃，由于U盤電路板面積小元件多，元件密度很高，所以在規(guī)劃前，必需仔細(xì)規(guī)劃好元件的規(guī)劃方案，U盤規(guī)劃能否合理是整個(gè)工程的關(guān)鍵，它關(guān)系到U盤電路板布線能否勝利以及整個(gè)電路的穩(wěn)定性，由于本工程采用四層板，布線曾經(jīng)不是我們關(guān)注的首要問題。 .11.4.1 確定規(guī)劃方案 在高密度電路板中，能否需求雙面放置元件是設(shè)計(jì)者首先要思索的問題。普通情況下，假設(shè)在頂層可以完成元件的規(guī)劃，盡量不要將元件放置在底層，由于一方面會(huì)提高電路板的設(shè)計(jì)難度和本錢，另一方面也會(huì)添加元件

8、裝配的工序和難度。但對(duì)于U盤電路板而言，假設(shè)直接將元件放置在頂層，由于電路板太小，部分元件連放置的位置都沒有，所以必需采取雙面放置元件的方法。仔細(xì)分析原理圖可以知道，U盤主要由以U2IC1114為中心的控制器電路和以U3K9F0BDUDB組成。所以可以思索將二部分電路分別放置在頂層和底層，詳細(xì)將U3K9F0BDUDB為中心的存儲(chǔ)器電路放置在頂層元件面，而將U2IC1114為中心的控制器電路放置在底層的焊接面。 .11.4.2 設(shè)置規(guī)劃參數(shù) 1. 修正圖紙參數(shù) 執(zhí)行菜單命令【設(shè)計(jì)】/【PCB板選擇項(xiàng)】，將彈出如下圖的PCB圖紙選項(xiàng)，將【捕獲網(wǎng)格】和【元件網(wǎng)格】均修正為5mil，并將【電氣網(wǎng)格】修

9、正為5mil。.修正PCB圖紙參數(shù) .2. 修正元件平安間距 由于電路板面積太小，元件的平安間距可以設(shè)置得更小一些，從而使元件可以陳列得更嚴(yán)密一些，如可以將其修正到步距5mil以下，。執(zhí)行菜單命令【設(shè)計(jì)】/【規(guī)那么】，彈出PCB板規(guī)那么對(duì)話框，雙擊【Placement】選項(xiàng)，再雙擊【Component Clearance】選項(xiàng)后，再選擇其下部的【Component Clearance】選項(xiàng)，如下圖，在右邊的規(guī)那么欄中將【間隙】欄修正為5mil。.修正元件平安間距 .11.4.3 詳細(xì)規(guī)劃 根據(jù)規(guī)劃原那么，先確定相對(duì)于元件外殼，插孔位置等有定位元件的位置。本工程中有定位要求的元件有二個(gè)，一個(gè)是寫

10、維護(hù)開關(guān)SW1，它必需與外殼的寫維護(hù)開關(guān)孔對(duì)準(zhǔn)，并且開關(guān)的撥動(dòng)手柄必需向外。另一個(gè)為發(fā)光二極管LED1，它必需與外殼的小孔對(duì)準(zhǔn)。 .1確定寫維護(hù)開關(guān)SW1的位置，丈量外殼寫維護(hù)開關(guān)孔的尺寸，確定SW1的第2焊盤的定位尺寸如下圖。 .2將開關(guān)SW1的第2焊盤放置到指定位置.3鎖定SW1的位置 .放置發(fā)光二極管LED1的位置 .2. 修正元件標(biāo)注的尺寸大小 從圖中可以看到，元件標(biāo)注的尺寸太大，占了太多的面積，必需修正元件標(biāo)注的尺寸大小。1將光標(biāo)移到標(biāo)注LED1上，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的對(duì)話框中選菜單，彈出所示的查找類似對(duì)象對(duì)話框，在【Designator】項(xiàng)后選擇【Same】，表示將選中圖紙中一切

11、的元件編號(hào)。.(3)此時(shí)點(diǎn)擊任務(wù)區(qū)右下方的【Inspect】按鈕，彈出如下圖的Inspect面板，將【Text Heigh】字符高度欄修正為原來的一半，即“30mil，將【Text Width】文字線條寬度修正為“5mil，按回車鍵確認(rèn)輸入。 .3. 確定頂層中心元件的位置 .4. 確定電源模塊的規(guī)劃 根據(jù)以下圖所示的電源原理圖，確定電源部分的規(guī)劃關(guān)系如下頁圖所示。同時(shí)也將寫維護(hù)電路的電阻R24放置在SW1的右邊，將LED1的限流電阻R11和電容C25也一并放置到圖紙中。 .4. 確定電源模塊的規(guī)劃 .5. 確定底層元件的規(guī)劃 顯示底層絲印層 .2放置底層關(guān)鍵元件U2先在頂層放置好元件U2 .

12、將元件U2翻轉(zhuǎn)究竟層焊錫面 . 放置底層其它元件 .11.5.1 內(nèi)電層分割 多層板與雙面板不同的地方在于多了內(nèi)電層，內(nèi)電層普通用于接地和接電源，使PCB板中大量的接地或接電源引腳不用再在頂層或底層走線，而可以直接直插式元件或就近經(jīng)過過孔(貼片元件)接到內(nèi)電層，極大地減少了頂層和底層的布線密度，有利于其它網(wǎng)絡(luò)的布線。但有時(shí)一個(gè)系統(tǒng)中能夠存在多個(gè)電源和地，如常見的+5V、+12V、-12V、-5V等電源，而接地網(wǎng)絡(luò)也有電源地，信號(hào)地，模擬地、數(shù)字地之分，假設(shè)再采用一個(gè)電源或接地網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)電層的方法，勢(shì)必導(dǎo)致內(nèi)電層的數(shù)目太多，電路板的制造本錢成倍添加。此時(shí)可以采取內(nèi)電層分割的方法，將一個(gè)內(nèi)電層

13、分割為幾個(gè)部分，將某個(gè)電源或接地網(wǎng)絡(luò)引腳比較密集的區(qū)域劃分給該網(wǎng)絡(luò)，而將另一個(gè)區(qū)域劃分給其它電源或接地網(wǎng)絡(luò)。 .1. 將當(dāng)前層轉(zhuǎn)換為內(nèi)電層1【Internal Plane 1】。 2. 隱藏其它無關(guān)層。由前面的規(guī)劃可知，與VUSB網(wǎng)絡(luò)銜接的元件全部位于頂層，為了更好的進(jìn)展區(qū)域劃分，可以將底層信號(hào)層和底層絲印層全部封鎖，使底層元件暫時(shí)不顯示，并將圖紙放大并顯示與VUSB網(wǎng)絡(luò)銜接的焊盤區(qū)域。 .3. 分割內(nèi)電層。 選擇畫直線工具，沿著包含VUSB焊盤的區(qū)域畫出一個(gè)封鎖區(qū)域，如下圖。 .4. 修正分割后的內(nèi)電層網(wǎng)絡(luò)屬性。雙擊封鎖區(qū)域中被分割出來的內(nèi)電層，彈出如下圖的內(nèi)電層屬性對(duì)話框，將其銜接到【VU

14、SB】網(wǎng)絡(luò)。 .11.5.2 USB銜接插頭J1焊盤屬性修正 USB銜接插頭J1銜接固定支架的0號(hào)焊盤，由于原理圖中沒有引腳與其對(duì)應(yīng)，普通希望其接地，以提高電路的抗干擾才干，所以必需將J1的二個(gè)0號(hào)焊盤屬性修正為“GND，以便自動(dòng)布線時(shí)自動(dòng)與內(nèi)電層GND相連。如下圖。.11.6 多層板自動(dòng)布線 11.6.1 設(shè)置多層板布線參數(shù)執(zhí)行【設(shè)計(jì)】/【規(guī)那么】菜單命令，設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)。其中最關(guān)鍵的參數(shù)有平安間距【Clearance】，布線層面【Routing Layers】和導(dǎo)線寬度【W(wǎng)idth Constraint】，其它參數(shù)采用默許值即可。 .1. 設(shè)置平安間距 平安間距指不同網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)線與焊盤之間的最

15、小間隔，它的設(shè)置可以防止導(dǎo)線之間以及導(dǎo)線與焊盤之間間隔太小而短路或大火，但它的大小同時(shí)也決議了走線的難度和導(dǎo)線的布通率。在U盤中，供電電壓很低，我們主要關(guān)懷的是保證導(dǎo)線的布通率，所以將平安間距設(shè)置為4mil，如下圖。 .設(shè)置平安間距 .設(shè)置雙面板的布線層 .導(dǎo)線規(guī)那么設(shè)置 .3. 設(shè)置過孔尺寸 .11.6.2 多層板自動(dòng)布線 執(zhí)行菜單命令【自動(dòng)布線】/【全部對(duì)象】菜單命令，將彈出如下圖的自動(dòng)布線戰(zhàn)略選擇對(duì)話框?qū)υ捒?，選用【Default Multi Layer Board】選項(xiàng)，表示將采用默許的多層板布線戰(zhàn)略進(jìn)展布線，點(diǎn)擊【Route All】 按鈕，PCB板編輯器開場自動(dòng)布線 .U盤自動(dòng)布線

16、結(jié)果 .元件引腳與內(nèi)電層的銜接方式 直插式元件引腳直接與內(nèi)電層相連 貼片元件引腳經(jīng)過過孔與內(nèi)電層相連.11.7 手工修正多層板導(dǎo)線和覆銅U盤PCB板中自動(dòng)布線完成后，有的導(dǎo)線彎曲過多，繞行過遠(yuǎn)，必需進(jìn)展修正，修正普通采取先修正繞行彎曲景象比較明顯的長導(dǎo)線，然后再微調(diào)其它部分需求調(diào)整的短導(dǎo)線。 .1. 頂層導(dǎo)線分析利用前面引見的方法，暫時(shí)將底層信號(hào)層和絲印層，以及頂層絲印層隱藏起來，使任務(wù)區(qū)主要顯示頂層導(dǎo)線，如圖 所示，可以明顯的看到有一處導(dǎo)線繞行過遠(yuǎn)。 該導(dǎo)線繞行過遠(yuǎn).2. 分析底層導(dǎo)線 將頂層信號(hào)層和絲印層，以及底層絲印層隱藏起來，使任務(wù)區(qū)主要顯示底層導(dǎo)線，如圖11.65所示，也可以明顯的看

17、到有一處導(dǎo)線繞行過遠(yuǎn)。 該導(dǎo)線繞行過遠(yuǎn).11.7.2 修正底層導(dǎo)線 由于導(dǎo)線修正時(shí)必需綜合思索到二個(gè)信號(hào)層導(dǎo)線的走線情況，所以將底層和頂層信號(hào)層均顯示，而將底層和頂層絲印層全隱藏。 .1. 撤銷原導(dǎo)線 先執(zhí)行菜單命令【工具】/【取消布線】/【銜接】，出現(xiàn)十字光標(biāo)，對(duì)準(zhǔn)要撤銷的導(dǎo)線，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵即可撤銷原導(dǎo)線，如下圖。 撤銷導(dǎo)線后留下的飛線 .2. 規(guī)劃新導(dǎo)線的途徑，并對(duì)其它導(dǎo)線作必要的修正 先修正底層要修正的導(dǎo)線，該導(dǎo)線之所以繞行過遠(yuǎn)，是由于底層中有導(dǎo)線擋住了其連通的途徑，必需將其調(diào)整，如下圖。 需調(diào)整的過孔需調(diào)整的導(dǎo)線.調(diào)整過孔的位置 調(diào)整好位置的過孔 .調(diào)整導(dǎo)線的位置 調(diào)整好位置的導(dǎo)線.3

18、. 繪制新導(dǎo)線，并添加必要的過孔 繪制底層導(dǎo)線添加的過孔.繪制頂層導(dǎo)線 繪制頂層導(dǎo)線.修正頂層導(dǎo)線 新繪制的導(dǎo)線修正正的導(dǎo)線修正正的二條導(dǎo)線.11.7.4 銜接未布通的導(dǎo)線，并微調(diào)其它短導(dǎo)線需求微調(diào)的導(dǎo)線未銜接到內(nèi)電層的焊盤 .1. 將貼片元件引腳銜接到內(nèi)電層 (a) 放置過孔 (1放置過孔。貼片元件引腳必需經(jīng)過過孔才干銜接到內(nèi)電層，所以必需在引腳附近添加過孔，利用放置工具中的過孔工具，在適宜位置放置一個(gè)過孔，如下圖。 .2修正正孔屬性。 要使過孔能銜接到VCC網(wǎng)絡(luò)，并且使過孔和內(nèi)電層VCC相連，必需修正正孔的屬性，如以下圖所示，根據(jù)過孔要銜接的網(wǎng)絡(luò)，將【網(wǎng)絡(luò)】修正為“VCC，根據(jù)過孔要銜接的層面，將【起始層】修正為【Internal Plane 1】，由于內(nèi)電層Internal Plane 1所接的正是“VCC網(wǎng)絡(luò)，將【終了層】修正為【Bottom Layer】，由于要銜接的焊盤位于底層。.修正正孔屬性 可以看到過孔曾經(jīng)經(jīng)過飛線銜接到VCC網(wǎng)絡(luò)，如下圖 。3銜接導(dǎo)線。將當(dāng)前層面轉(zhuǎn)換為底層，利用交互式連線工具手工連線，如下圖。 (b)修正正孔屬性 (c)銜接導(dǎo)線 .2. 部分微調(diào)導(dǎo)線 1刪除部分導(dǎo)線。如下圖，刪除部分要修正的導(dǎo)線，由于導(dǎo)