(電子產(chǎn)品案例實(shí)踐)第4章元件封裝制作

第4章元件封裝制作4.1印刷電路板的概念4.2Protel99SE自帶元件封裝庫(kù)4.3PCB元件封裝編輯器4.4創(chuàng)立元件封裝4.5原理圖元件設(shè)置封裝屬性4.6原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表小結(jié)4.1印刷電路板的概念

1.印刷電路板的概念

將電子元器件及其之間的電氣連接線，制成由印刷電氣線路和印制元件結(jié)合而成的導(dǎo)電圖形，其成品板稱(chēng)為印刷電路板(PrintedCircuitBoard，PCB)，又稱(chēng)印制電路板。標(biāo)準(zhǔn)的PCB板如圖4.1所示。圖4.1標(biāo)準(zhǔn)的PCB板

2.印刷電路板的分類(lèi)

1)按絕緣基材分

(1)剛性印刷電路板。

(2)撓性印刷電路板。

(3)剛撓結(jié)合印刷電路板。2)按布線層數(shù)分

(1)單面板。

(2)雙面板。

(3)多層板。圖4.2單面板外表圖4.3單面板底面圖4.4雙面板外表圖4.5雙面板底面

3.印刷電路板的組成要素

1)元件封裝的含義

(1)直插式封裝(THT封裝)。

(2)表貼式封裝(SMT封裝)。圖4.6雙列直插式封裝圖4.7單列直插式封裝圖4.8三端調(diào)壓器封裝圖4.9塑料有引線芯片載體封裝圖4.10小尺寸封裝圖4.11塑料四邊引腳扁平封裝圖4.12球形觸點(diǎn)陣列封裝2)焊盤(pán)(Pad)

在Protel99SE的印刷電路板設(shè)計(jì)中，元件封裝其實(shí)就是指元件在印刷電路板上對(duì)應(yīng)的各個(gè)焊盤(pán)的類(lèi)型、間距、大小以及元件外殼的大小和形狀。直插式芯片元件的實(shí)物管腳、在Protel99SE中的元件封裝以及與實(shí)際電路中的焊盤(pán)的比照方圖4.13所示。圖4.13直插式芯片元件實(shí)物、封裝和焊盤(pán)貼片式電阻元件實(shí)物、在Protel99SE中的元件封裝以及與實(shí)際電路中的焊盤(pán)的比照方圖4.14所示。圖4.14貼片式電阻元件實(shí)物、封裝和焊盤(pán)3)銅膜導(dǎo)線(ConductorPattern)

我們?cè)谟∷⒕€路板(板上沒(méi)有焊元器件，通常也稱(chēng)裸板)的外表可以看到的細(xì)小線路，如圖4.15所示，亦稱(chēng)為銅膜導(dǎo)線或布線。圖4.15裸板上的銅膜導(dǎo)線4)過(guò)孔(Via)

過(guò)孔是雙面板和多層板的重要組成局部，通過(guò)在各信號(hào)層間有連接關(guān)系的導(dǎo)線的交匯處鉆孔，并在鉆孔后的基材上沉積金屬以實(shí)現(xiàn)不同導(dǎo)電層之間的電氣連接。5)層

層有兩種概念：第一種，通常說(shuō)的幾層電路板是指電路板的布線層數(shù)，單層板是絕緣基板的一面具有導(dǎo)電圖形的印刷電路板；雙層板是絕緣基板的兩面都有導(dǎo)電圖形的印刷電路板，中間是由過(guò)孔連接兩面的電氣線；多層板的層數(shù)就代表了有幾層獨(dú)立的布線層，由于基板都是兩面的，因此通常多層板的層數(shù)都是偶數(shù)。第二種，指Protel99SE的不同類(lèi)型的工作層面，包括信號(hào)層、內(nèi)部電源/接地層、機(jī)械層等，放置不同的信息以實(shí)現(xiàn)各種功能。4.2Protel99SE自帶元件封裝庫(kù)

最根本的印刷電路板(PCB)使用的元件封裝都在這個(gè)元件封裝庫(kù)中，主要包括直插式和貼片式的電阻、電容等模擬元件和芯片的封裝。PCBFootprints.lib元件封裝庫(kù)中常用的元件封裝與對(duì)應(yīng)的元件如表4.1所示。4.3PCB元件封裝編輯器

1.元件封裝編輯器

翻開(kāi)E盤(pán)下的TDA2030A.ddb數(shù)據(jù)庫(kù)文件，雙擊設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)(Documents)圖標(biāo)，進(jìn)入該文件夾。在該文件夾中執(zhí)行菜單命令File?|?New，或在工作窗口空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇New選項(xiàng)，點(diǎn)擊，在該文件夾中新建PCB元件封裝庫(kù)文件，新建后的結(jié)果如圖4.16所示。圖4.16新建PCB元件封裝庫(kù)文件可以看到在窗口左邊的樹(shù)形瀏覽器和右邊的設(shè)計(jì)窗口都顯示了PCB元件封裝庫(kù)文件PCBLIB1.LIB。雙擊翻開(kāi)該文件，并點(diǎn)擊左邊樹(shù)形瀏覽器的BrowsePCBLib頁(yè)面，就可以進(jìn)入PCB元件封裝庫(kù)編輯器，如圖4.17所示，在這里可以新建、修改和保存元件封裝。圖4.17PCB元件封裝庫(kù)編輯器2.放置元件封裝工具欄

Protel99SE的PCB元件封裝編輯器的放置元件封裝工具欄提供多種繪圖工具，選擇View?|?Toolbars?|?PlacementTools菜單命令，可以顯示或者關(guān)閉浮動(dòng)的放置元件封裝工具欄；主菜單命令Place和快捷鍵B+P命令同樣可以啟動(dòng)繪圖工具，翻開(kāi)的放置元件封裝工具欄如圖4.18所示。圖4.18放置元件封裝工具欄

3.快捷鍵操作

PageUp鍵：放大元件編輯界面。

PageDown鍵：縮小元件編輯界面。

空格鍵：按住鼠標(biāo)左鍵，按空格鍵可以90°旋轉(zhuǎn)當(dāng)前鼠標(biāo)選中的內(nèi)容。

X鍵：按住鼠標(biāo)左鍵，按X鍵可以水平旋轉(zhuǎn)當(dāng)前鼠標(biāo)選中的內(nèi)容。

Y鍵：按住鼠標(biāo)左鍵，按Y鍵可以垂直旋轉(zhuǎn)當(dāng)前鼠標(biāo)選中的內(nèi)容。

Tab鍵：按住鼠標(biāo)左鍵，按Tab鍵可以設(shè)置當(dāng)前鼠標(biāo)選中內(nèi)容的屬性。Ctrl+X鍵：按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)，可選中多個(gè)元件，按Ctrl+X鍵，光標(biāo)變成十字形時(shí)點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵可以剪切選中的內(nèi)容。

Ctrl+C鍵：按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)，可選中多個(gè)元件，按Ctrl+C鍵，光標(biāo)變成十字形時(shí)點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵可以復(fù)制選中的內(nèi)容。

Ctrl+V鍵：按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)，可選中多個(gè)元件，按Ctrl+V鍵，光標(biāo)變成十字形時(shí)點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵可以粘貼選中的內(nèi)容。

Shift+Delete鍵：按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)，可選中多個(gè)元件，按Shift+Delete鍵，光標(biāo)變成十字形時(shí)點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵可以刪除選中的內(nèi)容。4.4創(chuàng)立元件封裝

1.手動(dòng)法繪制TDA2030A功放芯片封裝

TDA2030A功放芯片是5腳的直插式元件，它的外形和管腳如圖4.19所示。圖4.19TDA2030A功放芯片的外形和管腳1)新建元件

在PCB元件封裝編輯器的窗口中，選擇菜單Tools?|?NewComponent命令，或者直接點(diǎn)擊左邊BrowePCBLib欄中的Add按鈕，彈出元件封裝生成向?qū)Т翱?，如圖4.20所示。圖4.20元件封裝生成向?qū)Т翱邳c(diǎn)擊元件生成封裝向?qū)Т翱谥械腘ext按鈕，可以直接生成一個(gè)空白的元件，在左邊BrowsePCBLib欄中的Components框中可以看到新建的空白元件封裝。單擊選中該新建元件封裝，并選擇菜單Tools?|?RenameComponent命令，或者直接點(diǎn)擊左邊BrowsePCBLib欄中的Rename按鈕，可以修改該元件封裝的名稱(chēng)，如圖4.21所示。圖4.21修改元件封裝的名稱(chēng)2)設(shè)置元件封裝屬性編輯窗口

選擇菜單Tools?|?Library，可出現(xiàn)如圖4.22所示的元件封裝庫(kù)屬性對(duì)話框DocumentOptions。圖4.22元件封裝屬性對(duì)話框在圖4.22中DocumentOptions對(duì)話框中Layers選項(xiàng)卡的復(fù)選框中打勾，可以選擇需要顯示的層，在VisibleGrid下拉框中可選擇網(wǎng)格的間距。

在DocumentOptions對(duì)話框中，選擇Options選項(xiàng)卡，如圖4.23所示。圖4.23Options選項(xiàng)卡3)繪制元件外形

元件的外形框沒(méi)有電氣特性，因此選擇封裝設(shè)計(jì)窗口下的TopOverlay層。在該層下，選擇放置元件封裝工具欄中的放置線工具，或選擇菜單Place|Track命令，或直接按P+T鍵，系統(tǒng)進(jìn)入放置線狀態(tài)，此時(shí)光標(biāo)變成十字形狀，如圖4.24所示。圖4.24放置線狀態(tài)下的光標(biāo)單擊鼠標(biāo)左鍵可以拖出一條直線，單擊鼠標(biāo)左鍵可以轉(zhuǎn)彎，單擊右鍵或按Esc鍵可將狀態(tài)切換到待命模式。觀察狀態(tài)欄中的X、Y坐標(biāo)，以X=0為中軸線，繪制一個(gè)406mil?×?189mil的矩形，矩形各頂點(diǎn)坐標(biāo)為(-203，0)，(203，0)，(-203，189)，(203，189)，如圖4.25所示。圖4.25繪制矩形外形4)放置焊盤(pán)

由于TDA2030A是直插式元件，因此焊盤(pán)默認(rèn)在MultiLayer層，即連接了TopLayer層和BottomLayer層的多層。選擇放置元件封裝工具欄中的放置焊盤(pán)工具，或選擇菜單Place|Pad命令，或直接按P+P鍵，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入MultiLayer層，進(jìn)入放置焊盤(pán)狀態(tài)，此時(shí)光標(biāo)變成十字形狀，中間帶一個(gè)跟隨鼠標(biāo)的焊盤(pán)。重復(fù)單擊鼠標(biāo)左鍵可以重復(fù)放置焊盤(pán)，單擊鼠標(biāo)右鍵或按Esc鍵可以退回系統(tǒng)待命狀態(tài)。放置五個(gè)焊盤(pán)后，如圖4.26所示。圖4.26放置焊盤(pán)5)設(shè)置焊盤(pán)屬性

在焊盤(pán)未被放置的狀態(tài)下，按住鼠標(biāo)左鍵使焊盤(pán)進(jìn)入活動(dòng)狀態(tài)，按Tab鍵可以翻開(kāi)焊盤(pán)屬性設(shè)置窗口；或者鼠標(biāo)左鍵雙擊焊盤(pán)，也可翻開(kāi)焊盤(pán)屬性設(shè)置窗口，如圖4.27所示。圖4.27焊盤(pán)屬性設(shè)置窗口圖4.28修改所有焊盤(pán)屬性圖4.29修改焊盤(pán)屬性后的元件封裝圖4.30設(shè)置后的焊盤(pán)位置圖4.31元件管腳圖圖4.32設(shè)置焊盤(pán)的序號(hào)

2.封裝向?qū)?.1μFCBB電容封裝

0.1μFCBB電容無(wú)極性，電容兩腳間距為5mm，大小為8×3mm，其實(shí)物圖如圖4.33所示。圖4.330.1μFCBB電容圖4.34元件封裝生成向?qū)Т翱趫D4.35元件封裝類(lèi)型選擇窗口圖4.36焊盤(pán)類(lèi)型設(shè)置窗口圖4.37焊盤(pán)尺寸設(shè)置窗口圖4.38焊盤(pán)間距設(shè)置窗口圖4.39電容類(lèi)型設(shè)置窗口圖4.40元件封裝外形邊框設(shè)置窗口圖4.41元件命名窗口圖4.420.1μFCBB元件封裝

3.封裝向?qū)呻p路可調(diào)電阻封裝

雙路可調(diào)電阻實(shí)物如圖4.43所示。圖4.43雙路可調(diào)電阻圖4.44雙路可調(diào)電阻的外形尺寸圖4.45元件封裝類(lèi)型選擇窗口圖4.46焊盤(pán)尺寸設(shè)置窗口圖4.47焊盤(pán)間距設(shè)置窗口圖4.48元件外形設(shè)置窗口圖4.49元件管腳個(gè)數(shù)設(shè)置窗口圖4.50自動(dòng)生成的元件封裝圖4.51修改生成的元件外框圖4.52雙路可調(diào)電阻原理圖符號(hào)圖4.53調(diào)整后元件封裝的焊盤(pán)序號(hào)

4.生成其他元件封裝

上面介紹了手動(dòng)法和向?qū)Хㄉ稍庋b的方法，還有電容和單排插針的封裝需要生成。下面分別給出各個(gè)元件封裝的尺寸，請(qǐng)自行完成封裝設(shè)計(jì)并對(duì)照。圖4.541μFCBB電容實(shí)物和封裝圖4.5522μF黑金剛電容實(shí)物和封裝圖4.563300μF電容實(shí)物和封裝圖4.57兩腳單排插座實(shí)物和封裝圖4.58三腳單排插座實(shí)物和封裝圖4.59橋堆實(shí)物和封裝4.5原理圖元件設(shè)置封裝屬性

1.設(shè)置一個(gè)元件封裝屬性

在第3章3.5節(jié)中介紹過(guò)原理圖元件的屬性窗口。在原理圖中，元件放置前，即元件在活動(dòng)狀態(tài)下，按Tab鍵可以翻開(kāi)元件屬性設(shè)置窗口；在元件放置后，可以雙擊該元件翻開(kāi)元件屬性設(shè)置窗口；或者鼠標(biāo)右鍵單擊元件，選擇彈出菜單中的Properties菜單項(xiàng)選擇項(xiàng)，翻開(kāi)元件屬性設(shè)置窗口，翻開(kāi)的元件屬性設(shè)置窗口如圖4.60所示。圖4.60元件屬性設(shè)置窗口2.填寫(xiě)小音箱元件的封裝

常用元件封裝在安裝文件夾|Library|Pcb|GenericFootprints目錄下的AdvPcb.ddb數(shù)據(jù)庫(kù)中，該數(shù)據(jù)庫(kù)中只有一個(gè)PCBFootprints.lib元件封裝庫(kù)文件；自建的元件封裝那么保存在小音箱的TDA2030A.ddb數(shù)據(jù)庫(kù)的自建PCBLIB1.LIB元件封裝庫(kù)中。根據(jù)小音箱的電路功能，我們?cè)O(shè)計(jì)的小音箱的各個(gè)元件封裝如表4.3所示。4.6原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表

1.網(wǎng)絡(luò)表的含義

制作元件封裝，在原理圖中對(duì)電路進(jìn)行正確的電氣連接以及對(duì)元件各屬性進(jìn)行設(shè)置完畢后，就可以從原理圖文件生成相應(yīng)的PCB印刷電路板文件了。從原理圖文件生成相應(yīng)的PCB印刷電路板文件，要通過(guò)一個(gè)中間步驟，即將原理圖文件生成網(wǎng)絡(luò)表。2.網(wǎng)絡(luò)表的創(chuàng)立

原理圖繪制完畢后，在原理圖編輯器中，執(zhí)行菜單Design|CreateNetlist，彈出如圖4.61所示的網(wǎng)絡(luò)表創(chuàng)立設(shè)置窗口。該窗口主要對(duì)網(wǎng)絡(luò)表文件的輸出格式、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符的作用范圍以及網(wǎng)絡(luò)表的范圍等屬性進(jìn)行設(shè)置。圖4.61網(wǎng)絡(luò)表創(chuàng)立設(shè)置窗口小結(jié)

1．Protel99SE自帶多種元件封裝，常用元件封裝在AdvPcb.ddb數(shù)據(jù)庫(kù)中的PCBFootprints.lib庫(kù)中。需要繪制元件封裝的，那么應(yīng)新建PCBLibraryDocument文件，在PCB元件封裝編輯器中繪制元件封裝。

2．元件封裝可以調(diào)用元件封裝工具欄中的各種工具手動(dòng)繪制；也可以采用Protel99SE提供的元件封裝自動(dòng)生成向?qū)е袑?duì)應(yīng)的元件類(lèi)型來(lái)完成；如果沒(méi)有對(duì)應(yīng)的類(lèi)型也可以采用類(lèi)