基于Protel的電子線路板設(shè)計第6章課件

第6章印刷電路板(PCB)的設(shè)計基礎(chǔ)6.1PCB設(shè)計的基礎(chǔ)概念6.3PCB文件編輯器的基本操作技巧6.4PCB板的工作層6.5PCB瀏覽器的使用

第6章印刷電路板(PCB)的設(shè)計基礎(chǔ)6.1PCB設(shè) 6.1PCB設(shè)計的基礎(chǔ)概念

6.1.1什么是印刷電路板

將電子元器件及其之間復(fù)雜的連接關(guān)系，按預(yù)定設(shè)計，制成印刷線路、印制元件或由兩者結(jié)合而成的導電圖形，蝕刻在一塊絕緣基材上，提供電子元器件在安裝與互連時的主要支撐，稱為印刷電路。在絕緣基材上，只提供元器件之間電氣連接的導電圖形，稱為印制線路(PrintedWiring)，它不包括印制元件。印制電路或者印制線路的成品板稱為印刷電路板，也稱PCB(PrintedCircuitBoard)板。標準的PCB板如圖6.1所示。 6.1PCB設(shè)計的基礎(chǔ)概念

6.1.1什么是印刷圖6.1標準的PCB板圖示圖6.1標準的PCB板圖示PCB板在各種電子設(shè)備中有如下功能：

(1)提供集成電路等各種電子元器件固定、裝配的機械支撐。

(2)實現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線、電氣連接(信號傳輸)或電絕緣。

(3)提供所要求的電氣特性，如特性阻抗等。

(4)為自動裝配提供阻焊圖形，為元器件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形。PCB板在各種電子設(shè)備中有如下功能：

(1)6.1.2印刷電路板的分類

1.按絕緣基材分

按照絕緣基材的不同，印刷電路板可分為剛性印刷電路板、撓性印刷電路板和剛撓結(jié)合印刷電路板。

1)剛性印刷電路板

剛性印刷電路板具有一定的機械強度，用它制成的部件具有一定的抗彎能力，在使用時處于平展狀態(tài)。一般電子設(shè)備中使用的都是剛性印刷電路板。6.1.2印刷電路板的分類

1.按絕緣基材分

2)撓性印刷電路板

撓性印刷電路板又稱軟性電路板，是用撓性基材制成的電路板，即FPC。其主要特點是：可彎曲折疊，能方便地在三維空間裝連，減小了電子整機設(shè)備的體積；質(zhì)量輕，配線一致性好，使電子整機設(shè)備的可靠性得到提高。

3)剛撓結(jié)合印刷電路板

剛撓結(jié)合印刷電路板是利用撓性基材并在不同區(qū)域與剛性基材結(jié)合而制成的印刷電路板。撓性基材和剛性基材上的導電圖形通常是互連的。使用撓性印刷電路板和剛撓結(jié)合印刷電路板可以連接不同平面內(nèi)的電路，可以折疊、卷曲、彎曲，也可以連接活動部件，實現(xiàn)三維布線。2)撓性印刷電路板

撓性印刷電路板又稱軟性電路板，

2.按布線層數(shù)分

印刷電路板按布線層數(shù)可分為單面板、雙面板和多層板三類。目前，單面板和雙面板的應(yīng)用最為廣泛。

1)單面板

單面板即絕緣基板上僅一面具有導電圖形的印刷電路板，如圖6.2所示。這樣用戶只能在沒有導電圖形的另一面放置元器件。單面板適用于比較簡單的電路，具有成本低、不用打過孔等優(yōu)點，但是實際的線路設(shè)計工作往往比雙面板和多層板困難。2.按布線層數(shù)分

印刷電路板按布線層數(shù)可分為單面板圖6.2單面板圖6.2單面板2)雙面板

雙面板是絕緣基板的兩面都有導電圖形的印刷電路板，如圖6.3所示。由于兩面都有導電圖形，因此一般采用金屬化孔使兩面的布線連接起來。雙面板是被廣泛采用的一種電路結(jié)構(gòu)，一般用于比較復(fù)雜的電路，使電路板的導線更加密集，體積也減小很多。圖6.3雙面板2)雙面板

雙面板是絕緣基板的兩面都有導電圖形的印3)多層板

多層板即在絕緣基板上，印制三層或三層以上導電圖形的印刷電路板。多層板使用數(shù)片雙面板，并在每層板間放進一層絕緣層后黏牢(壓合)。板子的層數(shù)代表了有幾層獨立的布線層，通常層數(shù)都是偶數(shù)，并且包含最外側(cè)的兩層。各層之間信號的連通是通過通孔、埋孔和盲孔技術(shù)實現(xiàn)的。

多層板主要應(yīng)用于導線很密集或體積很小的電路。它在雙面板的基礎(chǔ)上，增加了內(nèi)部電源層、接地層和多個中間信號層。如果PCB板上的元器件需要不同的電源供應(yīng)，則通常這類PCB會有兩層以上的電源層與接地層。3)多層板

多層板即在絕緣基板上，印制三層或三層以6.1.3印刷電路板的組成要素

1．元件封裝

1)基本概念

元件封裝是電子元件在印刷電路板上的投影輪廓圖，既描繪了元件的實際外觀大小尺寸，又比較精確地描繪了元件引腳之間的相對位置。簡要地說，就是表達元件的外形尺寸和焊盤位置坐標的圖形?？梢姡庋b是實際元件的空間的、物理上的概念。6.1.3印刷電路板的組成要素

1．元件封裝

1用戶在電路設(shè)計過程中，無論是繪制原理圖還是設(shè)計PCB板，都需要表達元件的具體圖形，由此可以清晰地表達各個元件之間的連接關(guān)系。編輯原理圖時，使用的是原理圖元件庫中的元件符號；編輯PCB板時，所使用的是PCB元件封裝庫中的元件封裝；而電路圖與PCB板之間溝通的渠道就是網(wǎng)絡(luò)表。用戶在電路設(shè)計過程中，無論是繪制原理圖還是設(shè)計PCB板，電路原理圖中使用的元件符號著重于元件圖的邏輯意義，而不太注重實際的尺寸與外觀。其代表電氣特性的部分，就是引腳。引腳名稱(或引腳序號)及元件序號是延續(xù)該元件電氣意義的主要數(shù)據(jù)。元件封裝則著重于元件的實體，包括尺寸及相對位置，其承接電氣特性的部分是焊盤名稱(或焊盤序號)及元件序號。換言之，原理圖中的引腳名稱(或引腳序號)轉(zhuǎn)移到PCB板中就是焊盤名稱(或焊盤序號)，而原理圖中的元件序號轉(zhuǎn)移到PCB板中就是相同的元件序號，如圖6.4所示。電路原理圖中使用的元件符號著重于元件圖的邏輯意義，而不太圖6.4電路原理圖中的元件符號與PCB板中的元件封裝圖6.4電路原理圖中的元件符號與PCB板中的元件封裝2)元件封裝的分類

元件的封裝形式可以分成兩大類，即插入式封裝(THT,ThroughHoleTechnology)和表面貼片式封裝(SMT，SurfaceMountedTechnology)。

(1)?THT封裝。將元件安置在板子的一面，將引腳焊在另一面上，這種技術(shù)稱為插入式(THT)封裝技術(shù)。由于要為這種元件每個引腳鉆一個孔，因此實質(zhì)上占掉了PCB板兩面的空間，并且焊盤也比較大。但是，THT元件和SMT元件相比較，它與PCB的連接性比較好。像插座這類元件需要承受一定的壓力，所以通常它們都是THT封裝的。

圖6.5所示是常見的THT封裝元件外形圖，它們分別是S(SingleIn-linePackage)、DIP(DualIn-linePackage)和三端調(diào)壓器。2)元件封裝的分類

元件的封裝形式可以分成兩大類，圖6.5常見THT封裝元件外形圖圖6.5常見THT封裝元件外形圖(2)?SMT封裝。使用表面貼片式封裝技術(shù)的元件，引腳焊在元件的同一面。這種技術(shù)不用為焊接每一個引腳而在PCB上鉆孔，并且SMT封裝元件比THT封裝元件要小，為PCB板節(jié)省了空間，因此使用SMT元件的PCB板，其上的元件相對要密集很多。另外，SMT元件要比THT元件便宜，所以現(xiàn)今的PCB上大部分都采用SMT封裝的元件。

圖6.6所示是常見的SMT封裝元件的外形圖，它們是PLCC(PlasticLeadedChipCarrier)封裝、SOP封裝(SmallOutlinePackage)、PQFP(PlasticQuadFlatPackage)封裝和BGA(BallGridArray)封裝。(2)?SMT封裝。使用表面貼片式封裝技術(shù)的元件，引腳圖6.6常見的SMT封裝元件的外形圖圖6.6常見的SMT封裝元件的外形圖3)元件封裝的命名規(guī)則

元件封裝的命名規(guī)則一般為

元件類型＋焊盤距離(或焊盤數(shù))＋元件外形尺寸

我們可以根據(jù)元件封裝的命名規(guī)則來判別元件封裝的規(guī)格。如：AXIAL0.3表示此元件封裝為軸狀，兩焊盤間的距離為300mil(約等于0.3英寸)，如圖6.7(a)所示；DIP10表示雙排引腳的元件封裝，兩排共16個引腳；RB.2/.4表示極性電容類元件封裝，其中“.2”表示焊盤間距為200mil，“.4”表示元件直徑為400mil，如圖6.7(b)所示。3)元件封裝的命名規(guī)則

元件封裝的命名規(guī)則一般為

圖6.7封裝命名舉例圖6.7封裝命名舉例4)常用元件的封裝形式

為方便讀者進行原理圖設(shè)計和PCB板設(shè)計，表6.1列出了常用元件(以插入式為主)在原理圖中的元件庫名的搜索關(guān)鍵詞，及其在PCB元件封裝庫中的封裝搜索關(guān)鍵詞。

注意：表6.1中原理圖的元件庫特指MiscellaneousDevices.ddb，載入路徑是\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Library\Sch\MiscellaneousDevices.ddb；PCB圖的封裝庫特指Advpcb.ddb，載入路徑是\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Library\Pcb\GenericFootprint\Advpcb.ddb\PCBFootprint.lib。4)常用元件的封裝形式

為方便讀者進行原理圖設(shè)計和表6.1常用元件的封裝形式表6.1常用元件的封裝形式基于Protel的電子線路板設(shè)計第6章課件

2．銅膜導線(ConductorPattern)

在印刷線路板(板上沒有焊元器件，通常也稱裸板)表面可以看到的細小線路，如圖6.8所示，亦稱之為銅膜導線或布線。原本銅箔是覆蓋在整個板子上的，在根據(jù)導電圖形生產(chǎn)PCB板過程中部分被蝕刻處理掉，留下來的部分就形成了細小線路，用于提供PCB上各元器件間的電路連接。2．銅膜導線(ConductorPattern)

圖6.8裸板上的銅膜導線圖6.8裸板上的銅膜導線

3．過孔(Via)

過孔是雙層板和多層板的重要組成部分，在各信號層有連接關(guān)系的導線的交匯處鉆孔，并在鉆孔后的基材上沉積金屬以實現(xiàn)不同導電層之間的電氣連接。

從工藝流程來說，過孔又分為三類，即從頂層貫通到底層的穿透式導孔(又稱通孔，ThroughVia)；從頂層通到內(nèi)層或從內(nèi)層通到底層而不貫通整板的盲導孔(又稱盲孔，BlindVia)；以及連接內(nèi)層之間而在成品板表層不可見的隱藏導孔(又稱埋孔，BuriedVia)，如圖6.9所示。

過孔主要由中間的鉆孔及其周圍的焊盤區(qū)兩個部分組成，即通孔直徑和過孔直徑這兩部分尺寸決定了過孔的大小。見圖示6.10。3．過孔(Via)

過孔是雙層板和多層板的重要組成部圖6.9過孔的三種類型圖6.9過孔的三種類型圖6.10過孔的尺寸圖6.10過孔的尺寸在高速、高密度的PCB設(shè)計時，過孔越小越好，這樣板上可以留有更多的布線空間。另外，過孔越小，其自身的寄生電容和寄生電感也越小，更適合于高速電路。但是要注意，孔越小，鉆孔加工工藝越難，成本也越高。通常情況下，板厚和孔徑比最好應(yīng)不大于3:1。

一般而言，設(shè)計線路時對過孔的處理有以下原則：

(1)盡量少用過孔，一旦選用了過孔，務(wù)必處理好它與周邊各實體的間隙，特別是容易被忽視的中間各層與過孔不相連的線與過孔的間隙。

(2)需要的載流量越大，所需的過孔尺寸越大，如電源層、地層與其它層連接所用的過孔就要大一些。在高速、高密度的PCB設(shè)計時，過孔越小越好，這樣板上可以

4．焊盤(Pad)

焊盤的作用是放置焊錫、連接導線和焊接元件的管腳。所有元件孔或引腳通過焊盤實現(xiàn)電氣連接。為確保元器件與基板之間的牢固粘結(jié)，孔周圍的焊盤應(yīng)該盡可能大。焊盤的外徑?jīng)Q定焊盤的大小，用D表示；焊盤的內(nèi)徑由元件引線直徑、孔金屬化電鍍層厚度等方面決定，用d表示，一般不小于0.6mm，具體如圖6.11所示。對于單面板，D≥(d+1.5)mm；對于雙面板D≥(d+1.0)mm。4．焊盤(Pad)

焊盤的作用是放置焊錫、連接導線和圖6.11插入式焊盤的尺寸圖6.11插入式焊盤的尺寸常見的焊盤形狀有圓形、方形、多邊形、淚滴式，等等。選擇焊盤類型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動和受熱情況、受力方向等因素。表6.2所示為不同形狀的焊盤及其應(yīng)用場合。表6.2不同形狀的焊盤及其應(yīng)用場合常見的焊盤形狀有圓形、方形、多邊形、淚滴式，等等。選擇焊

5．層

在這里，“層”的概念不是虛擬的，而是PCB板材料本身存在的實實在在的銅箔層。由于現(xiàn)今電子線路的元件密集安裝、防干擾和布線等特殊要求，一些較新的電子產(chǎn)品中所用的印刷板不僅有上、下兩面供走線，在板的中間還設(shè)有能被特殊加工的夾層銅箔。例如，現(xiàn)在的計算機主板所用的PCB板材料多在4層以上。這些層因加工難度相對較大，大多被設(shè)置為走線較簡單的電源布線層，并常用大面積填充的辦法來布線；上、下表面層與中間各層需要連通的地方用“過孔”來溝通。這樣就不難理解“多層焊盤”和“布線層設(shè)置”的有關(guān)概念了。需提醒的是，一旦選定了所用PCB板的層數(shù)，務(wù)必關(guān)閉那些未被使用的層，以免布線出現(xiàn)差錯。5．層

在這里，“層”的概念不是虛擬的，而是PCB板 6.2印刷電路板的制作工藝

6.2.1PCB板生產(chǎn)過程中涉及到的基本概念

1．基板

PCB板的原始物料是覆銅基板，簡稱基板?；迨莾擅嬗秀~的樹脂板。現(xiàn)在最常用的板材代號是FR-4。

2．銅箔

銅箔是在基板上形成導線的導體，其生產(chǎn)過程有兩種方法：壓延與電解。

壓延就是將高純度銅材壓制成厚度僅為1mil(相當于0.0254mm)的銅箔。電解銅箔是利用電解原理，使純銅在滾動的金屬輪上不斷析出，形成銅箔。PCB廠常用的銅箔厚度在0.3～3.0mil之間。 6.2印刷電路板的制作工藝

6.2.1PCB板生

3．PP

PP是多層板制作中不可缺少的原料，它的作用就是用做層間的粘接劑。

4．干膜

感光干膜簡稱干膜，主要成分是一種對特定光譜敏感而會發(fā)生光化學反應(yīng)的樹脂類物質(zhì)。實用的干膜有三層，感光層被夾在上、下兩層間起保護作用的塑料薄膜中。

5．防焊漆

防焊漆實際上是一種阻焊劑，是對液態(tài)的焊錫不具有親和力的一種液態(tài)感光材料。它和感光干膜一樣，在特定光譜的光照射下會發(fā)生變化而硬化。使用時，防焊漆要和硬化劑攪拌在一起使用。防焊漆也叫油墨。我們通常見到的PCB板的顏色實際上就是防焊漆的顏色。3．PP

PP是多層板制作中不可缺少的原料，它的作用

6．底片

這里的底片類似于攝影的底片，都是利用感光材料記錄圖像的材料。客戶將設(shè)計好的線路圖傳到PCB工廠，由CAM中心的工作站將線路圖輸出，但不是通過常見的打印機，而是光繪機，它的輸出介質(zhì)就是底片，也叫菲林(film)。膠片曝光的地方呈黑色不透光，反之是透明的。底片在PCB工廠中的作用是舉足輕重的，所有利用影像轉(zhuǎn)移原理，要做到基板上的東西，都要先變成底片。6．底片

這里的底片類似于攝影的底片，都是利用感光材6.2.2印刷電路板的制造工藝流程

1．影像轉(zhuǎn)移(成形／導線制作)

即利用感光材料把圖形從一種介質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一種介質(zhì)上。以內(nèi)層線路制作為例：基板上先要壓上一層感光干膜，干膜上再覆蓋上底片，接著曝光。揭開底片看干膜，被光照的地方與未被光照的地方迥然不同。對光聚合型干膜，受光照的地方顏色變深，意味著已經(jīng)硬化(光聚合反應(yīng)的結(jié)果)，再經(jīng)過顯影(使用碳酸鈉溶液洗去未硬化干膜)，原本底片上透明的地方，干膜就得以保留，而原來底片上呈黑色的地方，干膜由于未被硬化，所以被顯影掉了。再使用蝕銅液(腐蝕銅的化學藥品)對基板進行蝕刻，沒有干膜保護的銅就被蝕刻掉，而干膜下的銅面則被保留。如果底片上使用無色透明來代表線路與有銅區(qū)，使用黑色來代表無銅區(qū)，經(jīng)過曝光、顯影、蝕刻，底片上的影像就轉(zhuǎn)移到基板上來了。6.2.2印刷電路板的制造工藝流程

1．影像轉(zhuǎn)移(

2．鉆孔與電鍍

如果制作的是多層PCB板，并且包含埋孔或是盲孔的話，每一層板子在黏合前必須要先鉆孔與電鍍。如果不經(jīng)過這個步驟，那就沒辦法互相連接了。

在根據(jù)鉆孔需求由機器設(shè)備鉆孔之后，孔壁必須經(jīng)過電鍍。在孔壁內(nèi)部作金屬化處理后，可以讓內(nèi)部的各層線路能夠彼此連接。在開始電鍍之前，必須先清掉孔內(nèi)的雜物。這是因為樹脂環(huán)氧物在加熱后會產(chǎn)生一些化學變化，而它會覆蓋住內(nèi)部PCB層，所以要先清除掉。清除與電鍍動作都會在化學過程中完成。2．鉆孔與電鍍

如果制作的是多層PCB板，并且包含埋

3．多層PCB壓合

各單片層必須要壓合才能制造出多層板。壓合動作包括在各層間加入絕緣層，以及用粘結(jié)劑PP將彼此黏牢等。如果有透過好幾層的導孔，那么每層都必須重復(fù)處理。多層板的外側(cè)兩面上的布線通常在多層板壓合后才處理。

4．處理阻焊層、絲印層和金手指部分電鍍

接下來將防焊漆覆蓋在最外層的布線上，這樣一來布線就不會接觸到電鍍部分了。絲印層面印在其上，以標示各零件的位置，它不能夠覆蓋在任何布線或是金手指(指實現(xiàn)將兩塊PCB板相互連結(jié)的邊接頭，其上包含了許多裸露的銅墊，事實上也是PCB布線的一部分)上，不然可能會減低可焊性或是電流連接的穩(wěn)定性。金手指部分通常會鍍上金，這樣在插入擴展槽時，才能確保高品質(zhì)的電流連接。3．多層PCB壓合

各單片層必須要壓合才能制造出多層

5．測試

測試PCB是否有短路或是斷路，可以使用光學或電子方式。光學方式采用掃描方式找出各層的缺陷；電子測試則通常用飛針探測儀來檢查所有連接。

6．元件的安裝與焊接

無論是THT封裝，還是SMT封裝的元器件都采用自動化設(shè)備來完成元件的安裝與焊接。

THT封裝元件通常采用波峰焊接(WaveSoldering)方式。首先將引腳切割到靠近板子，并且稍微彎曲以讓零件能夠固定。接著將PCB板移到助溶劑的液面，讓PCB板底部接觸到助溶劑，這樣可以將底部金屬上的氧化物去除。在加熱PCB板后，則移到融化的焊錫上完成焊接。5．測試

測試PCB是否有短路或是斷路，可以使用光學SMT封裝元件通常采用再流回焊接(OverReflowSoldering)方式。主要經(jīng)歷四個階段：預(yù)熱段、保溫段、回流段和冷卻段。PCB板經(jīng)預(yù)熱段，實現(xiàn)PCB板上元件的溫度趨于均勻，并保證焊膏中的助焊劑得到充分預(yù)熔化。進入到回流段后，焊膏在快速熔化的條件下將元件焊接于PCB板上。最后以盡可能快的速度經(jīng)歷冷卻段，整個焊接完成，從而得到明亮的焊點。SMT封裝元件通常采用再流回焊接(OverReflow6.2.3節(jié)省PCB板制造成本的方法

印刷電路技術(shù)的發(fā)展水平，一般以印刷電路板上的線寬、孔徑、板厚/孔徑比值為代表。

為了讓PCB的成本能夠更低，有許多因素必須要考慮：

(1)板子的大小是成本考慮的重點。板子越小，成本就越低。部份的PCB尺寸已經(jīng)成為標準，只要按照標準尺寸設(shè)計PCB板，那么生產(chǎn)成本自然就會下降。

(2)使用SMT封裝元件會比使用THT封裝元件設(shè)計節(jié)省成本，因為PCB上的元器件會更密集，相應(yīng)的PCB板也會更小。但是要注意：如果板子上的零件很密集，那么布線也必須更細，生產(chǎn)PCB的設(shè)備也相對的要昂貴，且相應(yīng)的生產(chǎn)PCB的材質(zhì)也要更高級，對布線設(shè)計要求的水平就更高。這些問題帶來的成本，可能比縮小PCB尺寸所節(jié)省的還要高。6.2.3節(jié)省PCB板制造成本的方法

印刷電路技術(shù)的(3)層數(shù)越多成本越高，不過層數(shù)少的PCB通常會造成大小的增加。

(4)由于鉆孔需要時間，因此導孔越少越好。埋孔比貫穿所有層的導孔要貴。因為埋孔必須要在接合前就先鉆好。

(5)板子上孔的大小是依照零件引腳的直徑來決定的。如果板子上有不同類型引腳的元器件，那么因為鉆孔機器不能使用同一個鉆頭鉆所有的孔，則相對更耗時間，這也就帶來了制造成本的相對提升。

(6)使用飛針式探測方式的電子測試，通常比光學方式貴。一般來說，光學測試已經(jīng)足夠保證PCB上沒有任何錯誤了。(3)層數(shù)越多成本越高，不過層數(shù)少的PCB通常會造成大 6.3PCB文件編輯器的基本操作技巧

6.3.1新建PCB設(shè)計文件

啟動PCB文件編輯器的過程與原理圖文件編輯器類似。其操作步驟如下：

(1)啟動Protel99SE后，執(zhí)行菜單命令或File|New，將打開一個已存在的設(shè)計數(shù)據(jù)庫，或創(chuàng)建一個新的設(shè)計數(shù)據(jù)庫文件。

(2)創(chuàng)建或打開設(shè)計數(shù)據(jù)庫后，打開Documents文件夾，再次執(zhí)行菜單命令，或在Documents文件夾的工作窗口中單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇New命令，都將彈出新建設(shè)計文件對話框，如圖6.12所示。選取其中PCBDocument圖標的文件類型，單擊“OK”按鈕，即在 6.3PCB文件編輯器的基本操作技巧

6.3.1新Documents文件夾中建立了一個新的PCB設(shè)計文件，默認名為“PCB1”,擴展名為.PCB。用戶最好為新建的PCB設(shè)計文件更改一個能描述此電路板功能的名稱，使文件具有較好的可讀性。圖6.12新建PCB設(shè)計文件Documents文件夾中建立了一個新的PCB設(shè)計文件，默認(3)雙擊工作窗口中的(或單擊PCB文件管理器中的)PCB1.PCB文件圖標，就可以啟動PCB文件編輯器了，如圖6.13所示。圖中標注了界面中各部分的功能，左側(cè)是PCB管理窗口，右側(cè)是工作窗口。啟動PCB編輯器后，菜單欄和工具欄將發(fā)生相應(yīng)變化。(3)雙擊工作窗口中的(或單擊PCB文件管理器中的)圖6.13PCB文件編輯器的各組成部分圖6.13PCB文件編輯器的各組成部分6.3.2PCB文件編輯器的畫面管理

1．畫面的導航

PCB文件編輯器中對畫面的導航有如下三種方法：

(1)使用工作窗口的滾動條。

(2)使用PCB瀏覽器(BrowsePCB)中的導航窗口。

在PCB文件編輯器界面下，單擊BrowsePCB標簽，則顯示PCB瀏覽器窗口，可以發(fā)現(xiàn)，在PCB瀏覽器的左下方有一個導航窗口，如圖6.14所示。其中顯示的是當前正在編輯的整張PCB圖紙的縮略圖，利用該窗口可以方便地瀏覽PCB圖，并在工作區(qū)快速定位。6.3.2PCB文件編輯器的畫面管理

1．畫面的導航圖6.14PCB瀏覽器(BrowsePCB)中的導航窗口圖6.14PCB瀏覽器(BrowsePCB)中的導航窗窗口的整個矩形代表整個PCB工作窗口，可顯示在PCB管理器中瀏覽的元件或網(wǎng)絡(luò)。圖中可看到一個虛線框，這個虛線框就代表了當前的編輯窗口，移動這個虛線框可移動當前的編輯畫面。

將鼠標箭頭移到虛線框中，按下鼠標左鍵并移動鼠標，就可使工作窗口在畫面上移動。因觀察窗口顯示的是整張圖紙，所以可快速地將所需的部分移動到工作窗口，如圖6.15所示。將光標指向虛線框的頂點，按住鼠標左鍵，拖動頂點可改變虛線框的大小，同時，工作窗口的畫面被縮放，虛線框越小，畫面放大比例越大，圖越清晰。窗口的整個矩形代表整個PCB工作窗口，可顯示在PCB管理圖6.15調(diào)節(jié)虛線框的大小實現(xiàn)畫面控制圖6.15調(diào)節(jié)虛線框的大小實現(xiàn)畫面控制此窗口還可作為放大鏡來使用。單擊視窗下的Magnifier按鈕，光標變成一個放大鏡，將其移動到工作窗口要放大的部位，在視窗中可顯示該部分被放大后的圖樣。單擊Configure按鈕，在彈出的對話框中可選擇放大鏡的放大比例，或按下空格鍵也可更改放大比例。

(3)使用十字光標的自動滑動功能。

當PCB編輯器處于某中命令狀態(tài)時(如正在放置焊盤、線條等)，將鼠標移動到工作窗口時，光標會變成十字形，這時若移動光標到工作窗口邊沿時，顯示的畫面將自動地向窗口內(nèi)側(cè)滑動。這種自動滑動主要是用以執(zhí)行某些命令的，也可以用來移動畫面，且是手工放置元器件和手工布線中最方便的操作方式。按鼠標右鍵(停止命令)可以停止自動滑動

功能。此窗口還可作為放大鏡來使用。單擊視窗下的Magnifie

2.畫面的放大、縮小及相關(guān)操作

在PCB文件編輯器設(shè)計窗口中可以靈活的放大、縮小畫面，并且可以實現(xiàn)以最合適的比例顯示整個繪圖界面等視圖的管理操作。

1)當前窗口畫面的放大和縮小操作

放大畫面是為了能夠看清楚PCB文件工作界面上各個對象的詳細信息，以確保元件與走線之間具有良好的電氣連接關(guān)系，并且元件的標號、注釋等內(nèi)容都能夠清楚地顯示出來。

縮小畫面是為了能夠從整體上查看PCB設(shè)計工作界面上的布局情況。在電路板設(shè)計過程中，布置元件等對象時一般也都是在放大率較小的工作界面下進行的。具體可采用如下操作之一實現(xiàn)：2.畫面的放大、縮小及相關(guān)操作

在PCB文件編輯器◆菜單命令：選擇“View”菜單，在其下拉菜單中選擇放大畫面——ZoomIn；縮小畫面——ZoomOut，如圖6.16所示?！舨藛蚊睿哼x擇“View”菜單，在其下拉菜單中選擇放圖6.16放大和縮小畫面命令圖6.16放大和縮小畫面命令圖6.17放大和縮小畫面的控制按鈕圖6.17放大和縮小畫面的控制按鈕2)在當前窗口中顯示PCB板中的所有對象

在進行PCB設(shè)計時，經(jīng)常會出現(xiàn)PCB設(shè)計界面的對象不在顯示畫面內(nèi)的情況，雖然可以通過移動滾動條查看，但是難以獲得一個整體的印象，并且移動滾動條有時會比較麻煩。此時，用戶可以利用如下方法之一實現(xiàn)在當前窗口顯示整張圖紙或PCB圖紙中的整個電路板(注意：一般來說，PCB圖紙的范圍總是要覆蓋其中的電路板，即電路板只屬于PCB文檔的一部分)，使所有對象都放置在PCB設(shè)計工作界面下，而不需要移動滾動條來查看各個對象。這對于調(diào)整對象的布局是十分有用的。2)在當前窗口中顯示PCB板中的所有對象

在進行P◆菜單命令：選擇View菜單，在其下拉菜單中選擇顯示整個PCB圖紙——FitDocument；顯示整個PCB電路板——FitBoard，如圖6.18所示?！舨藛蚊睿哼x擇View菜單，在其下拉菜單中選擇顯示整圖6.18顯示整個PCB圖紙命令圖6.18顯示整個PCB圖紙命令圖6.19顯示整個PCB圖紙的命令控制按鈕圖6.19顯示整個PCB圖紙的命令控制按鈕3)選擇畫面的一個區(qū)域放大

如果用戶想指定一個區(qū)域來放大，可以選擇如下任一方法來進行：

◆菜單命令：選擇View菜單，在其下拉菜單中選擇Area命令，如圖6.20所示。3)選擇畫面的一個區(qū)域放大

如果用戶想指定一個區(qū)域圖6.20選擇一個區(qū)域放大命令圖6.20選擇一個區(qū)域放大命令圖6.21選擇一個區(qū)域放大的命令控制按鈕圖6.21選擇一個區(qū)域放大的命令控制按鈕這時鼠標指針上增加一個十字光標。在需要放大的區(qū)域左上角按下鼠標左鍵，這時將出現(xiàn)一個矩形，如圖6.22所示。包括在矩形當中的對象將是被選中來進行放大的。此時拖動鼠標使得矩形包括需要放大的對象，然后單擊一下鼠標左鍵，這時矩形中的對象將放大到整個設(shè)計工作界面，如圖6.23所示。這時鼠標指針上增加一個十字光標。在需要放大的區(qū)域左上角按圖6.22選定一個放大區(qū)域的具體操作圖6.22選定一個放大區(qū)域的具體操作圖6.23選定一個放大區(qū)域后的具體操作結(jié)果圖6.23選定一個放大區(qū)域后的具體操作結(jié)果4)畫面的刷新

在PCB設(shè)計過程中，用戶將發(fā)現(xiàn)經(jīng)過元件的布局、對象的修改等操作后，PCB設(shè)計工作界面中會多出一些斑點、短的走線痕跡等，影響用戶對電路板圖的觀察。這時可以刷新一下顯示界面，使這些斑點、走線痕跡消失。

實際上，在前述內(nèi)容中提到的顯示界面的放大、縮小、顯示PCB板所有對象等操作中，都會對視圖進行刷新，但是這些方法都改變了顯示界面中對象的位置或顯示比例。這里介紹的是不改變視圖內(nèi)容的刷新方法：

◆菜單命令：選擇View菜單，在其下拉菜單中選擇Refresh命令，如圖6.24所示。

◆鍵盤上的快捷鍵：按End鍵。4)畫面的刷新

在PCB設(shè)計過程中，用戶將發(fā)現(xiàn)經(jīng)過圖6.24刷新畫面的命令圖6.24刷新畫面的命令5)拖動視圖

當不希望改變視圖的顯示比例時，無論怎樣移動滾動條，總是無法將布局圖放置在PCB編輯器工作界面的中間。我們可以采用拖動視圖的方法解決此問題。

具體方法是：當PCB設(shè)計編輯器處于空閑狀態(tài)，即不進行布線、放置對象等任何操作或命令狀態(tài)時，按住鼠標的右鍵不放，這時鼠標指針變成一個手的狀態(tài)；拖動鼠標到顯示界面的合適位置，然后松開鼠標右鍵，即可改變顯示界面中對象在工作窗口中的位置。5)拖動視圖

當不希望改變視圖的顯示比例時，無論怎

3．工作層的切換

如何使一個工作層成為當前工作層呢？此時可以注意一下PCB編輯器窗口底部的工作層標簽：當工作層標簽處于凸起狀態(tài)時，此工作層就是當前工作層，如圖6.25所示。圖6.25切換工作層3．工作層的切換

如何使一個工作層成為當前工作層呢？當一個工作層變?yōu)楫斍肮ぷ鲗雍螅绻赑CB編輯器工作窗口中放置Track(走線)、Fill(填充)、Polygon(多邊形)、Arc(圓弧)、String(字符串)、Coordinate(坐標標注)和Dimension(尺寸標注)等各種對象時，這些對象會放置在當前工作層上，而Component(元件)、Pad(焊盤)以及Via(過孔)等對象則只能放置在固定的工作層上。

欲將一個工作層設(shè)置為當前工作層，可以按如下方法之一進行操作：

◆在需要設(shè)置為當前工作層的工作層標簽上單擊鼠標左鍵。當一個工作層變?yōu)楫斍肮ぷ鲗雍?，如果在PCB編輯器工作窗口◆按下小鍵盤上的加號鍵(+)，當前工作層將向右轉(zhuǎn)移。如當前工作層為TopLayer，按下加號鍵之后，BottomLayer將變成當前工作層；再按下加號鍵時，Mechanical1則變成當前工作層。不停地按下加號鍵，將構(gòu)成一個循環(huán)。

◆按下小鍵盤上的減號鍵(-)，當前工作層將向左邊轉(zhuǎn)移，與按加號鍵的情況正好相反。不停地按下減號鍵，也構(gòu)成一個循環(huán)?！舭聪滦℃I盤上的加號鍵(+)，當前工作層將向右轉(zhuǎn)移。如◆按下小鍵盤中的乘號鍵(*)，當前工作層將在TopLayer和BottomLayer之間切換。如果在按下乘號鍵之前，當前工作層既不是頂層，也不是底層，則按下乘號鍵后，頂層將首先變成當前工作層。乘號鍵的這個作用主要是為了方便放置元件對象(因為元件對象只能放在頂層或底層上)或手動走線。

當一個工作層變成當前工作層后，當前工作層的走線就顯示在最前面。如頂層為當前工作層，而頂層上的走線和底層上的走線處于交叉狀態(tài)，則在交叉處頂層走線會覆蓋底層上的走線。◆按下小鍵盤中的乘號鍵(*)，當前工作層將在TopL

4．柵格和計量單位的設(shè)置

1)柵格參數(shù)的設(shè)定

柵格(Grid)的設(shè)定包括電氣柵格(ElectricalGrid)的設(shè)定及一般柵格的設(shè)定，而一般柵格的設(shè)定又包括鎖定柵格(SnapGrid)與可見柵格(VisibleGrid)的設(shè)定。當我們要設(shè)定柵格時，只需啟動Design菜單下的Options命令，即可打開如圖6.26所示的對話框。4．柵格和計量單位的設(shè)置

1)柵格參數(shù)的設(shè)定

圖6.26柵格參數(shù)的設(shè)定圖6.26柵格參數(shù)的設(shè)定(3)電氣柵格范圍。電氣柵格主要是為了支持PCB的布線功能而設(shè)置的特殊柵格。當任何導電對象(如導線、過孔、元件等)沒有定位在鎖定柵格上時，就該啟動電氣柵格的功能。只要將某個導電對象移到另外一個導電對象的電氣柵格范圍內(nèi)，就會自動連接在一起。選中ElectricalGrid復(fù)選框表示啟動電氣柵格的功能。Range(范圍)用于設(shè)置電氣柵格的間距，一般比鎖定柵格的間距小一些才行。

(4)可視柵格的類型設(shè)置?？梢晼鸥袷窍到y(tǒng)提供的一種在屏幕上可見的柵格。通?？梢晼鸥竦拈g距為一個鎖定柵格的整數(shù)倍。系統(tǒng)提供Dots(點狀)和Lines(線狀)兩種顯示類型。(3)電氣柵格范圍。電氣柵格主要是為了支持PCB的布線2)計量單位的設(shè)置

Protel99SE提供Metric(公制)和Imperial(英制)兩種計量單位，系統(tǒng)默認為英制。電子元件的封裝基本上都采用英制單位，所以，設(shè)計時的計量單位最好選用英制。英制的默認單位為mil(毫英寸)，公制的默認單位為mm(毫米)。1mil＝0.0254mm。按下快捷鍵Q，計量單位在英制和公制之間切換。2)計量單位的設(shè)置

Protel99SE提供M 6.4PCB板的工作層

6.4.1工作層的分類及其功能

在設(shè)計PCB板時，首先要做的第一件事就是設(shè)置電路板的類型，實際上就是設(shè)置電路板的工作層。

Protel99的PCB文件編輯器提供了多達32層的工作層，通?？梢酝瓿?6層印刷電路板的自動布線，手工布線時甚至可達到20層以上，可以在任何層面上繪圖。Protel99把32層的工作層加上8個其它輔助層，分成幾個不同類型的專用工作層面。用戶需要對各種工作層面的意義有清楚的了解。 6.4PCB板的工作層

6.4.1工作層的分類選擇Design菜單，在其下拉菜單中選擇Options命令并執(zhí)行，即可打開工作層面對話框。在對話框中可以根據(jù)需要打開或關(guān)閉層面。層面名稱前若有“√”，就表示該層面是打開的，無“√”則表示該層面是關(guān)閉的(關(guān)閉的層面并非不存在，只是不顯示而已)，如圖6.27所示。從圖中可見，Protel99的工作層按照不同的類型分為幾組，其名稱和作用如下。選擇Design菜單，在其下拉菜單中選擇Options命圖6.27工作層的分類和設(shè)置圖6.27工作層的分類和設(shè)置

1．SignalLayers(信號層)

Protel99提供了16個信號層：TopLayer(頂層)、BottomLayer(底層)和Mid1(中間層1)……Mid14(中間層14)。

信號層就是用來完成印制電路板銅箔走線的布線層。信號層中的頂層和底層主要用于放置元件和信號的走線，中間層主要用于放置信號的走線。在設(shè)計雙面板時，一般只使用TopLayer(頂層)和BottomLayer(底層)兩層，當印刷電路板層數(shù)超過4層時，就需要使用Mid(中間布線層)。圖6.28所示為信號層圖例。1．SignalLayers(信號層)

Prote圖6.28信號層圖例圖6.28信號層圖例

2．InternalPlanes(內(nèi)部電源/接地層)

Protel99提供了四種內(nèi)部的電源和接地層，分別為Plane1、Plane2、Plane3、Plane4。內(nèi)部電源/接地層主要用于4層以上印刷電路板，作為電源和接地專用布線層，雙面板不需要使用。

內(nèi)部電源/接地層可以賦予一個網(wǎng)絡(luò)名稱。PCB設(shè)計編輯器會自動將屬于這個網(wǎng)絡(luò)名稱的焊盤連接到相應(yīng)的電源或接地層。Protel99還允許將內(nèi)部電源/接地層切分為子層，即每一層可以允許有兩個或者兩個以上的電源面，如+5V或+12V等。2．InternalPlanes(內(nèi)部電源/接地層)

3．MechanicalLayers(機械層)

Protel99SE系統(tǒng)提供了16個機械層，我們可以在任何一個機械層上確定電路板物理邊界，如圖6.29所示。而在其它的機械層上放置有關(guān)制作及裝配的示意信息，如外形尺寸、數(shù)據(jù)標記、對齊標記、裝配說明以及其它機械信息等。圖6.29機械層(Mechanical1)上確定物理邊界3．MechanicalLayers(機械層)

P執(zhí)行Design|MechanicalLayers命令，系統(tǒng)將顯示如圖6.30所示的“設(shè)置機械層”對話框，用以為PCB板設(shè)置更多的機械層。

通過該對話框用戶可以選定使用哪一個機械層，即選中各機械層名后的Enabled復(fù)選框。Visible復(fù)選框用來確定此機械層是否可見，也就是打開(顯示)還是關(guān)閉此層。DisplayInSingleLayerMode復(fù)選框用來授權(quán)是否可以在單層顯示時放到各個層上。

另外，在打印或者繪制其它層時可以將機械層加上，這是機械層的一個重要特征。由此帶來的好處是可以在機械層上添加一些基準信息，然后在打印或繪制頂層(或底層)時同時將機械層上的基準信息也打印(或者繪制)出來。執(zhí)行Design|MechanicalLayers命令圖6.30設(shè)置機械層對話框圖6.30設(shè)置機械層對話框

4.?SolderMask(阻焊層)

阻焊層上繪制的是PCB板上的焊盤和過孔周圍的保護區(qū)域。Protel99SE提供了兩個阻焊層，分別是TopSolderMark(頂層阻焊層)和BottomSolderMark(底層阻焊層)。為了讓電路板適應(yīng)波峰焊等機器焊接形式，要求電路板上非焊接處的銅箔不能粘錫，所以在焊盤以外的各部位都涂覆一層涂料，如防焊漆，用于阻止這些部位上錫。阻焊層用于在設(shè)計過程中匹配焊盤，是PCB上自動產(chǎn)生的綠色或棕色層面，如圖6.31所示。它是絕緣的防護層，可以保護銅線不致氧化，也可以防止元器件被焊到不正確的地方。4.?SolderMask(阻焊層)

阻焊層上繪圖6.31具有綠色或棕色層面的阻焊層圖6.31具有綠色或棕色層面的阻焊層

5．PasteMask(助焊層)

助焊層也稱錫膏層，沒有涂絕緣防護層，可看到露在外面的銅箔，能夠上錫，是具有焊接性能的層面。它與阻焊層是一種互補關(guān)系。Protel99提供了兩個助焊層，分別是TopPasteMark(頂層助焊層)和BottomPasteMark(底層助焊層)。助焊層主要用于有表面貼元器件的印制電路板。5．PasteMask(助焊層)

助焊層也稱錫膏層

6．Silkscreen(絲印層)

在PCB的阻焊層上印出所需要的標志圖案與文字符號(大多是白色的)等的層面(如圖6.30左圖中所示的白色部分)，由于采用的是絲印的方法，因此稱為絲印層。絲印層主要用于標示各元器件在板子上的位置，繪制相關(guān)文字說明和圖形說明，如元器件的外形輪廓、元件標號和標稱值以及廠家標志、生產(chǎn)日期等各種注釋字符等。根據(jù)各元器件標示在板子上的位置，可方便地進行元器件的安裝和維修。

Protel99SE提供了TopOverlay(頂層絲印層)和BottomOverlay(底層絲印層)兩個絲印層，如圖6.32所示。一般各種標注字符都設(shè)置在頂層絲印層，底層絲印層可關(guān)閉。6．Silkscreen(絲印層)

在PCB的阻焊層圖6.32絲印刷圖6.32絲印刷

7．KeepOut(禁止布線層)

禁止布線層用于定義在電路板上能夠有效放置元件和布線的區(qū)域。通過在此層上布置走線形成一個閉合的區(qū)域作為布線有效區(qū)，在該區(qū)域之外是不能自動布局和布線的。

8．MultiLayer(設(shè)置多層面)

電路板上焊盤和穿透式過孔要穿透整個電路板，與不同的導電圖形建立電氣連接關(guān)系，因此系統(tǒng)專門設(shè)置了一個抽象的層——多層。一般焊盤與過孔都要設(shè)置在多層上，如果關(guān)閉此層，焊盤與過孔就無法顯示出來。7．KeepOut(禁止布線層)

禁止布線層用于定

9．DrillLayers(鉆孔位置層)

Protel99提供兩個鉆孔位置層，分別為DrillDrawing(鉆孔圖)和DrillGuide(鉆孔說明)，主要用于提供電路板制造過程中的鉆孔信息。

10．Other(其它層)

剩下的層歸結(jié)起來共有6層，用戶可在System操作框中進行設(shè)置。各層的功能簡要介紹如下：

(1)?Connections(連接層)：用于設(shè)置是否顯示飛線，在絕大多數(shù)情況下都要顯示飛線。

(2)?DRCError(設(shè)計規(guī)則檢查錯誤層)：用于設(shè)置是否顯示自動布線檢查錯誤信息。

(3)?PadHoles(焊盤孔層)：用于設(shè)置是否顯示焊盤通孔。9．DrillLayers(鉆孔位置層)

Prot(4)?ViaHoles(過孔層)：用于設(shè)置是否顯示過孔的通孔。

(5)?VisibleGrid(可視網(wǎng)格層)：共有兩層，由系統(tǒng)自己使用，主要是為了設(shè)計者在繪圖時便于定位。

6.4.2工作層的管理

Protel99SE現(xiàn)擴展到32個信號層、16個內(nèi)層電源/接地層、16個機械層。系統(tǒng)提供工作層管理器，用戶可以對PCB工作層進行層結(jié)構(gòu)定義，層添加、刪除，各信號層的位置排列等操作，可以看到層堆棧的立體效果。另外，Protel99SE也允許用于自行定義機械層的顯示數(shù)目。

通過執(zhí)行菜單命令Design|LayerStackManager可啟動工作層管理器。工作層管理器對話框如圖6.33所示。(4)?ViaHoles(過孔層)：用于設(shè)置是否顯示圖6.33PCB工作層管理器圖6.33PCB工作層管理器工作層管理器的主要功能是以按鈕形式進行控制的。功能按鈕排列在對話框的右上方，依次提供如下功能。

1)添加層的操作

(1)選取TopLayer層，單擊AddLayer(添加層)按鈕，就可在頂層之下添加一個中間信號層(Midlayer)。如此重復(fù)操作，可添加30個中間信號層。

(2)選取TopLayer層，單擊AddPlane按鈕，可添加一個內(nèi)層電源/接地層。如此重復(fù)操作，可添加16個內(nèi)部電源/接地層。

2)刪除層的操作

先選中要刪除的某一中間信號層或內(nèi)層電源/接地層，單擊Delete(刪除)按鈕，在確認之后，可刪除該工作層。工作層管理器的主要功能是以按鈕形式進行控制的。功能按鈕排3)層的移動

先選中要移動的某一中間信號層或內(nèi)層電源/接地層，單擊MoveUp(向上移動)按鈕或MoveDown(向下移動)按鈕，可改變各個工作層間的上下關(guān)系。

4)層的編輯

先選中要編輯的某一層，單擊Properties(屬性)按鈕，將彈出如圖6.34所示的EditLayer(工作層編輯)對話框。其中可設(shè)置該層的Name(名稱)和Copperthickness(覆銅厚度)等屬性。3)層的移動

先選中要移動的某一中間信號層或內(nèi)層電圖6.34工作層編輯對話框圖6.34工作層編輯對話框5)鉆孔層的管理

單擊圖6.33中右下角的DrillPairs按鈕，將彈出如圖6.35所示的Drill-PairManager(鉆孔層管理)對話框，其中列出了已定義的鉆孔層的起始層和終止層。分別單擊Add、Delete、Edit按鈕，可完成添加、刪除和編輯任務(wù)。5)鉆孔層的管理

單擊圖6.33中右下角的Dril圖6.35鉆孔層管理（Drill-PairManager）對話框圖6.35鉆孔層管理（Drill-PairManage 6.5PCB瀏覽器的使用

6.5.1PCB瀏覽器簡介

PCB瀏覽器和PCB文件資源管理器占據(jù)相同的窗口區(qū)域，按照如下方法之一進行操作，可以打開PCB瀏覽器窗口，窗口各部分的基本功能如圖6.36所示。

◆選擇View菜單，然后在彈出的下拉菜單中選擇DesignManager菜單項。

◆單擊主工具欄上的按鈕。

◆按下V字母鍵，松開后再按下M字母鍵。

PCB瀏覽器能夠管理的對象類型有“Nets(網(wǎng)絡(luò))”、“Components(元件)”、“Libraries(元件庫)”、“NetClasses(網(wǎng)絡(luò)類)”、“ComponentsClasses(元件類)”、“Violations(沖突)”和“Rules(規(guī)則)”，如圖6.37所示。 6.5PCB瀏覽器的使用

6.5.1PCB瀏覽圖6.36PCB瀏覽器窗口的組成圖6.36PCB瀏覽器窗口的組成圖6.37對象類型圖6.37對象類型下面對這6項分別加以說明：

(1)?Nets：為當前PCB文件中的所有網(wǎng)絡(luò)。選擇該項后，對象列表框中將列出PCB文檔中的所有網(wǎng)絡(luò)名稱。從中選擇一個網(wǎng)絡(luò)后，在對象細節(jié)列表框中將列出該網(wǎng)絡(luò)所包含的所有元件的管腳信息，而在預(yù)覽窗口中則會看到該網(wǎng)絡(luò)的走線在電路圖中的大概形狀和位置。

(2)?Components：為當前PCB文件中的所有元件。選擇該項后，對象列表框中將以元件標號、管腳封裝和注釋的形式列出PCB文件中的所有元件。從中選擇一個元件后，在對象細節(jié)列表框中將列出該元件的管腳以及所涉及的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)，而在預(yù)覽窗口中則會看到該元件在電路圖中的大概形狀和位置。下面對這6項分別加以說明：

(1)?Nets：為當(3)?Libraries：為當前PCB文件編輯器所載入的元件庫。選擇該項后，對象列表框?qū)⒘谐霎斍八虞d的所有元件庫。從中選擇一個元件庫后，在對象細節(jié)列表框中將列出該元件庫的所有元件，而在預(yù)覽窗口中則會看到對象細節(jié)列表框中所選擇的元件的形狀。

(4)?NetClasses：為當前PCB文件中的所有網(wǎng)絡(luò)類。選擇該項后，對象列表框中將列出PCB文檔中的所有網(wǎng)絡(luò)類。如果用戶沒有自己建立其它的網(wǎng)絡(luò)類，則只有AllNets網(wǎng)絡(luò)類列在對象列表框中。AllNets網(wǎng)絡(luò)類是建立一個新的PCB文檔時系統(tǒng)自行建立的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)類，它包括PCB文件中所有的網(wǎng)絡(luò)。用戶不能對AllNets網(wǎng)絡(luò)類進行修改。從對象列表框中選擇一個網(wǎng)絡(luò)類后，在對象細節(jié)列表框中將列出該網(wǎng)絡(luò)(3)?Libraries：為當前PCB文件編輯器所載類包含的所有網(wǎng)絡(luò)，而在預(yù)覽窗口中則會看到對象細節(jié)列表框中所選擇的網(wǎng)絡(luò)在電路圖中的大概形狀和位置。

(5)?ComponentClasses為當前PCB文件中的所有元件類。選擇該項后，對象列表框中將列出PCB文件中的所有元件類。如果用戶沒有自己建立其它的元件類，則只有AllComponents元件類列在對象列表框中。AllComponents元件類是建立一個新的PCB文件時系統(tǒng)自行建立的系統(tǒng)元件類，它包括PCB文檔中所有的元件。和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)類一樣，用戶也不能對AllComponents元件類進行修改。從對象列表框中選擇一個元件類后，在對象細節(jié)列表框中將列出該元件類包含的所有元件，而在預(yù)覽窗口中則會看到對象細節(jié)列表框中所選擇的元件在電路圖中的大概形狀和位置。類包含的所有網(wǎng)絡(luò)，而在預(yù)覽窗口中則會看到對象細節(jié)列表框中所選(6)?Violation：為當前PCB文件中違反設(shè)計規(guī)則的所有對象。選擇該項后，對象列表框?qū)⒘谐鏊`反的設(shè)計規(guī)則名稱，例如ClearanceConstraint(元件間距約束)、Short-CircuitConstraint(短路約束)，等等。在對象細節(jié)列表框中列出的是對象列表框中所選擇的設(shè)計規(guī)則的相關(guān)元件、走線、焊盤和過孔等對象。而在預(yù)覽窗口中則會看到對象細節(jié)列表框中所選擇的對象在電路圖中的大概形狀和位置。(6)?Violation：為當前PCB文件中違反設(shè)計6.5.2瀏覽元件(BrowseComponents)

1．對元件的編輯管理

電路板的全部元件都在元件列表框中列出,在元件列表框的下方，有3個按鈕，如圖6.38所示，其功能分別如下：

(1)?Edit按鈕：在元件列表框中選擇元件，單擊Edit按鈕，將彈出該元件的屬性設(shè)置對話框，可對元件的有關(guān)參數(shù)進行設(shè)置。

(2)?Select按鈕：在元件列表框中選擇元件，單擊Select按鈕，則該元件被選中，成高亮顯示。

(3)?Jump按鈕：在元件列表框中選擇元件，單擊Jump按鈕，則該元件在工作窗口被放大顯示。6.5.2瀏覽元件(BrowseComponents)圖6.38瀏覽元件圖6.38瀏覽元件

2．對元件引腳焊盤的編輯管理

當在元件列表框中選擇某個元件時，該元件的引腳對應(yīng)的焊盤在焊盤列表框中列出。在列表框的下方，有3個按鈕，其功能分別如下。

(1)?Edit按鈕：在焊盤列表框中選擇焊盤，單擊Edit按鈕，將彈出該焊盤的屬性設(shè)置對話框，可對焊盤的有關(guān)參數(shù)進行設(shè)置。

(2)?Select按鈕：在焊盤列表框中選擇焊盤，單擊Select按鈕，則該焊盤被選取，成高亮顯示。

(3)?Jump按鈕：在焊盤列表框中選擇焊盤，單擊Jump按鈕，則該焊盤在工作窗口被放大顯示。2．對元件引腳焊盤的編輯管理

當在元件列表框中選擇某6.5.3瀏覽網(wǎng)絡(luò)(BrowseNets)

當BrowsePCB選項卡中的Browse下拉列表框選擇瀏覽對象為Nets時，如圖6.39所示，可以對電路板中的網(wǎng)絡(luò)進行編輯和管理。

1．對網(wǎng)絡(luò)的編輯管理

在網(wǎng)絡(luò)列表框中選擇某個網(wǎng)絡(luò)后，單擊Edit按鈕，將彈出如圖6.40所示的Net屬性設(shè)置對話框，可以修改網(wǎng)絡(luò)的名稱(NetName)、網(wǎng)絡(luò)高亮度顯示時的顏色(Color)、隱藏狀態(tài)(Hide)和選取狀態(tài)(Selection)復(fù)選框。單擊圖6.38中的Select按鈕，該網(wǎng)絡(luò)就處于選取狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)走線被高亮顯示；單擊Zoom按鈕，該網(wǎng)絡(luò)走線所在位置將在工作窗口放大顯示。6.5.3瀏覽網(wǎng)絡(luò)(BrowseNets)

當Br圖6.39瀏覽網(wǎng)絡(luò)圖6.39瀏覽網(wǎng)絡(luò)圖6.40網(wǎng)絡(luò)屬性設(shè)置對話框圖6.40網(wǎng)絡(luò)屬性設(shè)置對話框

2．對網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(焊盤)的編輯管理

結(jié)點是指網(wǎng)絡(luò)走線所連接元件引腳的焊盤。在網(wǎng)絡(luò)列表框中選取某個網(wǎng)絡(luò)后，該網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點全部在結(jié)點列表框中列出。選擇某個結(jié)點，單擊Edit按鈕，將打開Pad屬性對話框，如圖6.41所示，可以修改該焊盤的各種參數(shù)。在圖6.38中單擊Select按鈕，該焊盤處于選取狀態(tài)，呈高亮顯示；單擊Jump按鈕，該焊盤在工作窗口被放大顯示。2．對網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(焊盤)的編輯管理

結(jié)點是指網(wǎng)絡(luò)走線所圖6.41焊盤屬性對話框圖6.41焊盤屬性對話框6.5.4瀏覽PCB元件庫

通過PCB瀏覽器的元件庫管理功能，用戶可以方便地查看庫元件的形狀以及在電路板上放置元件等。要管理元件厙，首先需要在對象類型框中選擇Libraries，之后對象列表框中將列出當前所加載的所有元件庫，如圖6.42所示。

在對象列表框中，單擊Add/Remove…按鈕可以加載或者卸載元件庫，也可以執(zhí)行菜單命令Design|Add／RemoveLibrary來實現(xiàn)。這時系統(tǒng)彈出如圖6.43所示的PCBLibraries對話框。查找所需要加載的元件庫，并逐一選中這些庫，用鼠標單擊Add按鈕，即可添加這些元件封裝庫。6.5.4瀏覽PCB元件庫

通過PCB瀏覽器的元件庫圖6.42瀏覽元件庫圖6.42瀏覽元件庫圖6.43加載或卸載PCB元件庫圖6.43加載或卸載PCB元件庫在圖6.41中單擊Browse按鈕可以調(diào)出元件瀏覽窗口，如圖6.44所示。通過此窗口可以對所裝入的元件庫中的元件進行瀏覽，查看各類元件封裝的形狀，尋找符合設(shè)計要求的元件。另外執(zhí)行菜單命令Design|BrowseComponents也可實現(xiàn)上述功能。

在對話框中，可單擊Edit按鈕，可對所瀏覽的元件進行編輯；單擊Place按鈕，可將元件放置到電路板上。在圖6.41中單擊Browse按鈕可以調(diào)出元件瀏覽窗口，圖6.44元件瀏覽窗口圖6.44元件瀏覽窗口在對象細節(jié)列表框中，單擊Edit…按鈕可以打開元件庫所在的設(shè)計數(shù)據(jù)庫，并對所選擇的元件進行編輯。但是要注意，由于元件庫中包含大量的元件，因此打開該庫可能會花費大量的時間。

單擊Place按鈕可以在PCB文件編輯器窗口中放置所選擇的元件。

用戶每選擇一個元件，在預(yù)覽窗口中將會顯示該元件的形狀。這對于初學者來說，將帶來很大的方便。在進行電路的設(shè)計時，用戶可以先在預(yù)覽窗口中查看元件的形狀，然后單擊Place按鈕來放置形狀符合要求的元件。在對象細節(jié)列表框中，單擊Edit…按鈕可以打開元件庫所在

習題

1.?PCB板的組成要素是什么？

2.?PCB板的制作工藝分為哪幾個步驟？

3.什么是PCB的工作層？例舉幾個常用的工作層并說明其作用。

習題

1.?PCB板的組成要素是什第6章印刷電路板(PCB)的設(shè)計基礎(chǔ)6.1PCB設(shè)計的基礎(chǔ)概念6.3PCB文件編輯器的基本操作技巧6.4PCB板的工作層6.5PCB瀏覽器的使用

第6章印刷電路板(PCB)的設(shè)計基礎(chǔ)6.1PCB設(shè) 6.1PCB設(shè)計的基礎(chǔ)概念

6.1.1什么是印刷電路板

將電子元器件及其之間復(fù)雜的連接關(guān)系，按預(yù)定設(shè)計，制成印刷線路、印制元件或由兩者結(jié)合而成的導電圖形，蝕刻在一塊絕緣基材上，提供電子元器件在安裝與互連時的主要支撐，稱為印刷電路。在絕緣基材上，只提供元器件之間電氣連接的導電圖形，稱為印制線路(PrintedWiring)，它不包括印制元件。印制電路或者印制線路的成品板稱為印刷電路板，也稱PCB(PrintedCircuitBoard)板。標準的PCB板如圖6.1所示。 6.1PCB設(shè)計的基礎(chǔ)概念

6.1.1什么是印刷圖6.1標準的PCB板圖示圖6.1標準的PCB板圖示PCB板在各種電子設(shè)備中有如下功能：

(1)提供集成電路等各種電子元器件固定、裝配的機械支撐。

(2)實現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線、電氣連接(信號傳輸)或電絕緣。

(3)提供所要求的電氣特性，如特性阻抗等。

(4)為自動裝配提供阻焊圖形，為元器件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形。PCB板在各種電子設(shè)備中有如下功能：

(1)6.1.2印刷電路板的分類

1.按絕緣基材分

按照絕緣基材的不同，印刷電路板可分為剛性印刷電路板、撓性印刷電路板和剛撓結(jié)合印刷電路板。

1)剛性印刷電路板

剛性印刷電路板具有一定的機械強度，用它制成的部件具有一定的抗彎能力，在使用時處于平展狀態(tài)。一般電子設(shè)備中使用的都是剛性印刷電路板。6.1.2印刷電路板的分類

1.按絕緣基材分

2)撓性印刷電路板

撓性印刷電路板又稱軟性電路板，是用撓性基材制成的電路板，即FPC。其主要特點是：可彎曲折疊，能方便地在三維空間裝連，減小了電子整機設(shè)備的體積；質(zhì)量輕，配線一致性好，使電子整機設(shè)備的可靠性得到提高。

3)剛撓結(jié)合印刷電路板

剛撓結(jié)合印刷電路板是利用撓性基材并在不同區(qū)域與剛性基材結(jié)合而制成的印刷電路板。撓性基材和剛性基材上的導電圖形通常是互連的。使用撓性印刷電路板和剛撓結(jié)合印刷電路板可以連接不同平面內(nèi)的電路，可以折疊、卷曲、彎曲，也可以連接活動部件，實現(xiàn)三維布線。2)撓性印刷電路板

撓性印刷電路板又稱軟性電路板，

2.按布線層數(shù)分

印刷電路板按布線層數(shù)可分為單面板、雙面板和多層板三類。目前，單面板和雙面板的應(yīng)用最為廣泛。

1)單面板

單面板即絕緣基板上僅一面具有導電圖形的印刷電路板，如圖6.2所示。這樣用戶只能在沒有導電圖形的另一面放置元器件。單面板適用于比較簡單的電路，具有成本低、不用打過孔等優(yōu)點，但是實際的線路設(shè)計工作往往比雙面板和多層板困難。2.按布線層數(shù)分

印刷電路板按布線層數(shù)可分為單面板圖6.2單面板圖6.2單面板2)雙面板

雙面板是絕緣基板的兩面都有導電圖形的印刷電路板，如圖6.3所示。由于兩面都有導電圖形，因此一般采用金屬化孔使兩面的布線連接起來。雙面板是被廣泛采用的一種電路結(jié)構(gòu)，一般用于比較復(fù)雜的電路，使電路板的導線更加密集，體積也減小很多。圖6.3雙面板2)雙面板

雙面板是絕緣基板的兩面都有導電圖形的印3)多層板

多層板即在絕緣基板上，印制三層或三層以上導電圖形的印刷電路板。多層板使用數(shù)片雙面板，并在每層板間放進一層絕緣層后黏牢(壓合)。板子的層數(shù)代表了有幾層獨立的布線層，通常層數(shù)都是偶數(shù)，并且包含最外側(cè)的兩層。各層之間信號的連通是通過通孔、埋孔和盲孔技術(shù)實現(xiàn)的。

多層板主要應(yīng)用于導線很密集或體積很小的電路。它在雙面板的基礎(chǔ)上，增加了內(nèi)部電源層、接地層和多個中間信號層。如果PCB板上的元器件需要不同的電源供應(yīng)，則通常這類PCB會有兩層以上的電源層與接地層。3)多層板

多層板即在絕緣基板上，印制三層或三層以6.1.3印刷電路板的組成要素

1．元件封裝

1)基本概念

元件封裝是電子元件在印刷電路板上的投影輪廓圖，既描繪了元件的實際外觀大小尺寸，又比較精確地描繪了元件引腳之間的相對位置。簡要地說，就是表達元件的外形尺寸和焊盤位置坐標的圖形?？梢姡庋b是實際元件的空間的、物理上的概念。6.1.3印刷電路板的組成要素

1．元件封裝

1用戶在電路設(shè)計過程中，無論是繪制原理圖還是設(shè)計PCB板，都需要表達元件的具體圖形，由此可以清晰地表達各個元件之間的連接關(guān)系。編輯原理圖時，使用的是原理圖元件庫中的元件符號；編輯PCB板時，所使用的是PCB元件封裝庫中的元件封裝；而電路圖與PCB板之間溝通的渠道就是網(wǎng)絡(luò)表。用戶在電路設(shè)計過程中，無論是繪制原理圖還是設(shè)計PCB板，電路原理圖中使用的元件符號著重于元件圖的邏輯意義，而不太注重實際的尺寸與外觀。其代表電氣特性的部分，就是引腳。引腳名稱(或引腳序號)及元件序號是延續(xù)該元件電氣意義的主要數(shù)據(jù)。元件封裝則著重于元件的實體，包括尺寸及相對位置，其承接電氣特性的部分是焊盤名稱(或焊盤序號)及元件序號。換言之，原理圖中的引腳名稱(或引腳序號)轉(zhuǎn)移到PCB板中就是焊盤名稱(或焊盤序號)，而原理圖中的元件序號轉(zhuǎn)移到PCB板中就是相同的元件序號，如圖6.4所示。電路原理圖中使用的元件符號著重于元件圖的邏輯意義，而不太圖6.4電路原理圖中的元件符號與PCB板中的元件封裝圖6.4電路原理圖中的元件符號與PCB板中的元件封裝2)元件封裝的分類

元件的封裝形式可以分成兩大類，即插入式封裝(THT,ThroughHoleTechnology)和表面貼片式封裝(SMT，SurfaceMountedTechnology)。

(1)?THT封裝。將元件安置在板子的一面，將引腳焊在另一面上，這種技術(shù)稱為插入式(THT)封裝技術(shù)。由于要為這種元件每個引腳鉆一個孔，因此實質(zhì)上占掉了PCB板兩面的空間，并且焊盤也比較大。但是，THT元件和SMT元件相比較，它與PCB的連接性比較好。像插座這類元件需要承受一定的壓力，所以通常它們都是THT封裝的。

圖6.5所示是常見的THT封裝元件外形圖，它們分別是S(SingleIn-linePackage)、DIP(DualIn-linePackage)和三端調(diào)壓器。2)元件封裝的分類

元件的封裝形式可以分成兩大類，圖6.5常見THT封裝元件外形圖圖6.5常見THT封裝元件外形圖(2)?SMT封裝。使用表面貼片式封裝技術(shù)的元件，引腳焊在元件的同一面。這種技術(shù)不用為焊接每一個引腳而在PCB上鉆孔，并且SMT封裝元件比THT封裝元件要小，為PCB板節(jié)省了空間，因此使用SMT元件的PCB板，其上的元件相對要密集很多。另外，SMT元件要比THT元件便宜，所以現(xiàn)今的PCB上大部分都采用SMT封裝的元件。

圖6.6所示是常見的SMT封裝元件的外形圖，它們是PLCC(PlasticLeadedChipCarrier)封裝、SOP封裝(SmallOutlinePackage)、PQFP(PlasticQuadFlatPackage)封裝和BGA(BallGridArray)封裝。(2)?SMT封裝。使用表面貼片式封裝技術(shù)的元件，引腳圖6.6常見的SMT封裝元件的外形圖圖6.6常見的SMT封裝元件的外形圖3)元件封裝的命名規(guī)則

元件封裝的命名規(guī)則一般為

元件類型＋焊盤距離(或焊盤數(shù))＋元件外形尺寸

我們可以根據(jù)元件封裝的命名規(guī)則來判別元件封裝的規(guī)格。如：AXIAL0.3表示此元件封裝為軸狀，兩焊盤間的距離為300mil(約等于0.3英寸)，如圖6.7(a)所示；DIP10表示雙排引腳的元件封裝，兩排共16個引腳；RB.2/.4表示極性電容類元件封裝，其中“.2”表示焊盤間距為200mil，“.4”表示元件直徑為400mil，如圖6.7(b)所示。3)元件封裝的命名規(guī)則

元件封裝的命名規(guī)則一般為

圖6.7封裝命名舉例圖6.7封裝命名舉例4)常用元件的封裝形式

為方便讀者進行原理圖設(shè)計和PCB板設(shè)計，表6.1列出了常用元件(以插入式為主)在原理圖中的元件庫名的搜索關(guān)鍵詞，及其在PCB元件封裝庫中的封裝搜索關(guān)鍵詞。

注意：表6.1中原理圖的元件庫特指MiscellaneousDevices.ddb，載入路徑是\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Library\Sch\MiscellaneousDevices.ddb；PCB圖的封裝庫特指Advpcb.ddb，載入路徑是\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Library\Pcb\GenericFootprint\Advpcb.ddb\PCBFootprint.lib。4)常用元件的封裝形式

為方便讀者進行原理圖設(shè)計和表6.1常用元件的封裝形式表6.1常用元件的封裝形式基于Protel的電子線路板設(shè)計第6章課件

2．銅膜導線(ConductorPattern)

在印刷線路板(板上沒有焊元器件，通常也稱裸板)表面可以看到的細小線路，如圖6.8所示，亦稱之為銅膜導線或布線。原本銅箔是覆蓋在整個板子上的，在根據(jù)導電圖形生產(chǎn)PCB板過程中部分被蝕刻處理掉，留下來的部分就形成了細小線路，用于提供PCB上各元器件間的電路連接。2．銅膜導線(ConductorPattern)

圖6.8裸板上的銅膜導線圖6.8裸板上的銅膜導線

3．過孔(Via)

過孔是雙層板和多層板的重要組成部分，在各信號層有連接關(guān)系的導線的交匯處鉆孔，并在鉆孔后的基材上沉積金屬以實現(xiàn)不同導電層之間的電氣連接。

從工藝流程來說，過孔又分為三類，即從頂層貫通到底層的穿透式導孔(又稱通孔，ThroughVia)；從頂層通到內(nèi)層或從內(nèi)層通到底層而不貫通整板的盲導孔(又稱盲孔，BlindVia)；以及連接內(nèi)層之間而在成品板表層不可見的隱藏導孔(又稱埋孔，BuriedVia)，如圖6.9所示。

過孔主要由中間的鉆孔及其周圍的焊盤區(qū)兩個部分組成，即通孔直徑和過孔直徑這兩部分尺寸決定了過孔的大小。見圖示6.10。3．過孔(Via)

過孔是雙層板和多層板的重要組成部圖6.9過孔的三種類型圖6.9過孔的三種類型圖6.10過孔的尺寸圖6.10過孔的尺寸在高速、高密度的PCB設(shè)計時，過孔越小越好，這樣板上可以留有更多的布線空間。另外，過孔越小，其自身的寄生電容和寄生電感也越小，更適合于高速電路。但是要注意，孔越小，鉆孔加工工藝越難，成本也越高。通常情況下，板厚和孔徑比最好應(yīng)不大于3:1。

一般而言，設(shè)計線路時對過孔的處理有以下原則：

(1)盡量少用過孔，一旦選用了過孔，務(wù)必處理好它與周邊各實體的間隙，特別是容易被忽視的中間各層與過孔不相連的線與過孔的間隙。

(2)需要的載流量越大，所需的