1、1 1第5章 印制电路板设计初步5.1 印制板的材料及种类印制板的材料及种类5.2 Protel 99 SE PCB的启动及窗口认的启动及窗口认5.3 手工设计单面印制板手工设计单面印制板Protel 99 SE PCB基本操作基本操作2 2印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)的编辑、设计是电子产品设计过程中的关键环节之一。电子产品的功能由原理图决定(所用元器件以及它们之间的连接关系)，但电子产品的许多性能指标，如稳定性、可靠性、抗震强度等不仅与原理图设计、元器件品质、生产工艺有关，而且很大程度上取决于印制电路板的布局、布线是否合理。在电路图和元器件相同的条件下，印
2、制电路板设计是否合理将直接影响到产品的稳定性(例如电路系统性能指标等几乎不随环境温度的变化而变化)和可靠性(抗干扰性能)。3 3编辑原理图的目的也是为了能够使用相关的CAD软件进行印制电路板设计，因此在电子线路CAD中印制电路板设计才是最终目的。随着电路系统工作频率的不断提高及微型低功耗已成为趋势，在电路系统中大量使用表面安装元件(如SMC)、器件(如SMD封装的各类IC芯片)就成了一种必然选择。无论是布局电路，还是系统整体功能验证，都不可能再借助传统的“万能板”或“面包板”进行，因此，掌握印制电路板编辑常识与熟练使用流行CAD软件进行印制电路板设计，对电子工程技术人员来说已成为必须具备的基本
3、技能。4 4印制板是印制线路板或印制电路板的简称，通过印制板上的印制导线、焊盘以及金属化过孔、填充区、敷铜区等导电图形实现元器件引脚之间的电气互连。由于印制板上的导电图形、元件轮廓线以及说明性文字(如元件序号、型号)等均通过印制方法实现，因此称为印制电路板。5.1 印制板的材料及种类印制板的材料及种类5 5通过一定的工艺，在绝缘性能很高的基材上覆盖一层导电性能良好的铜薄膜，就构成了生产印制电路板所需的材料覆铜板。按电路要求，在覆铜板上刻蚀出导电图形，并钻出元件引脚安装孔、实现电气互连的金属化过孔、固定大尺寸元件以及整个电路板所需的螺丝孔等，就获得了电子产品所需的印制电路板。6 65.1.1 印
4、制板的材料印制板的材料覆铜箔层压板简称为覆铜板，种类很多，根据覆铜板的刚、挠特性，有刚性覆铜板和挠性覆铜板两大类。根据刚性覆铜板基底材料的不同，可以将印制板分为纸基覆铜板、玻璃布基覆铜板、混合基覆铜板、金属基覆铜板及陶瓷基覆铜板等。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。7 7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(简称纸基板)，典型品种为FR-1(阻燃型，也称V0基板或94V0基板)、XPC(非阻燃型)。纸基板的特点是成本低廉，主要用作收音机、
5、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，典型品种为FR-3。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，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。8 8混合基覆铜板绝缘基体的表层与绝缘基体分别采用不同的材料，典型产品有CEM-1(表面为玻璃布，内层为棉纤维纸)及CEM-3(价格最低廉的双面PCB板材，表面为玻璃布，内层为无纺玻璃纸)，其性能指标、价格介于纸基与FR-4之间。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(简称环氧-玻璃布基覆铜板)，代表性品种有FR-4(阻燃型)、G-1
6、0(非阻燃型)以及耐热特性更好的FR-5(阻燃型)、G-11(非阻燃型)。9 9这是目前使用最广泛的印制电路板材料之一，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，环氧-玻璃布基覆铜板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)，因而是制作高频、微波电子设备印制电路板的理想材料，只是价格略高。10 10为满足大功率白光贴片LED的散热需求，近年来相继开发了导热性
7、能良好的覆铜板，如金属基覆铜板(如铝基覆铜板、铜基覆铜板、铁基覆铜板等)、高导热覆铜箔环氧玻璃布层压板(导热FR-4)。其中金属基覆铜板由铜箔层、添加特定导热材料(如Al2O3或Si粉)的绝缘树脂层、导热性能良好的金属层组成。采用挠性塑料作为基底的印制板称为挠性印制板，常用做印制电缆，主要用于连接电子设备内可移动部件，如DVD机内激光头与电路板之间就通过挠性印制电缆连接。11 11覆铜板的主要性能指标有基板厚度(单位为mm)、铜箔厚度(以OZ为单位，含义是每平方英尺含多少盎司的金属铜)、铜膜抗剥强度、翘曲度、介电常数DK(越低越好)、介质损耗角正切tan(越小越好)、玻璃化温度Tg(越高越好)
8、等。常用纸质、玻璃布覆铜箔层压板的标准厚度在0.2mm6.4mm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；铜箔标准厚度有0.5 OZ(18 m)、1 OZ(35 m)、1.5 OZ(50 m)、2 OZ(70 m)、3 OZ(105 m)(误差为5 m)。12 125.1.2 印制板的种类及结构印制板的种类及结构印制板种类很多，根据导电层数的不同，可将印制板分为单面电路板(简称单面板)、双面电路板(简称双面板)和多层电路板。单面板的结构如图5-1(a)所示，所用的覆铜板只有一面敷铜箔，另一面空白，因而也只能在敷铜箔面上制作导电图形。单面板上的导电图形主要包括固定、连接元件引脚的
9、焊盘和实现元件引脚互连的印制导线，该面称为“焊锡面”在Protel 99/99 SE PCB编辑器中被称为“Bottom”(底)层。没有铜膜的一面用于安放元件，因此该面称为“元件面”在Protel 99 PCB编辑器中被称为“Top”(顶)层。13 13由于单面板结构简单，没有过孔，生产成本低，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、LED照明灯具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
10、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。有关单面板中跨接线的设置原则，本章后续内容将详细介绍。14 14 (a)单面板结构 图5-1 单面、双面及多层印制电路板剖面15 15 (b)双面板结构图5-1 单面、双面及多层印制电路板剖面16 16 (c)四层板结构图5-1 单面、双面及多层印制电路板剖面17 17 (d)六层板结构图5-1 单面、双面及多层印制电路板剖面18 18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，
11、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、下面印制导电图形，如导线、元件焊盘等的金属化过孔，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，如VCD机、单片机控制板等均采用双面板结构。19 19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，电路图中元器件的连接关系越来越复杂。此外
12、，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的要求，于是就出现了多层板。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；在六层板中，有4个信号层及2个内电源/地线层或3个信号层及3个内电源/地线层，如图5-1(d)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；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)。2020目前计算机设备，如主机板、内存条、显示卡、高
13、速网卡等均采用4层或6层印制电路板。在多层板中，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，用于实现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。21 21在Protel 99 SE状态下，编辑、创建原理图的最终目的是为了制作PCB。5.2.1 启动启动PCB编辑器编辑器
14、在Protel 99 SE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。5.2 Protel 99 SE PCB的启的启动及窗口认识动及窗口认识2222(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“PCB Document”(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。(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“Printed Circuit Board
15、Wizard”(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的“Up PCB(更新PCB)”命令，把原理图中的元件封装图、电气连接关系(即网络表文件)直接装入PCB文件内。2323有关通过“Printed Circuit Board Wizard”(印制板向导)创建新PCB文件的操作过程，第7章将详细介绍。2424图5-2 Protel 99 SE PCB编辑器窗口25255.2.2 PCB编辑器界面编辑器界面Protel 99 SE的PCB编辑窗口如图5-2所示，菜单栏内包含“File”(文件)、“Edit”(编辑)、“View”(视图)、“Place”(放置)、“Des
16、ign”(设计)、“Tools”(工具)、“Auto Route”(自动布线)等菜单，这些菜单及其命令的用途随后会逐一介绍。2626图5-3 放置工具栏内的工具2727与原理图编辑器相似，在PCB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(Main Toolbar)、放置工具(Placement Tools)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
17、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。2828启动后，PCB编辑区内显示的栅格线是第二栅格线，大小为1000 mil，即25.4 mm。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(Browse PCB)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“Browse”选择框下拉按钮，即可选择相应的浏览对象，如“Libraries”(元件封装库)、“Components”(元件)、“Nets”(节点)、“Net Classes”(节点组)、“Component Classe
18、s”(元件组)、“Violations”(违反设计规则)、“Rules”(设计规则)等。2929图5-4 不同浏览对象对应的浏览窗3030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“Libraries”(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“Component Classes”(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“Net
19、 Classes”(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。31 31PCB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Protel 99 SE PCB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：32
20、321 mil=0.0254 mm10 mil=0.254 mm100 mil=2.54 mm1000 mil(1英寸)=25.4 mm3333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，下面以手工设计图2-35所示电路的印制板为例，介绍Protel 99 SE PCB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，5.3 手工设计单面印制板手工设计单面印制板Protel 99 SE PCB基本操作基本操作3434也无法适应不同功能、不同用途、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
21、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 mil1500 mil(相当于50.8 mm38.1 mm)。35355.3.1 工作参数的设置与电路板尺寸规划工作参数的设置与电路板尺寸规划1.设置工作层设置工作层执行“Design”菜单下的“Options”命令，在弹出的“Document Options”(文档选项)窗内，单击“Layers”标签(如图5-5所示)，选择工作层。3636 (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
22、37371)Signal layers(信号层)Protel 99 SE PCB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，只有在双面板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；而在双面板、多层板中，包括表面封装元器件在内的所有元件，3838应尽可能安装在元件面上，只有在特殊情况下，才考虑在焊锡面上放置小尺寸的表面封装元器件，如小尺寸贴片电阻、电容，SOP、QFP封装重量较轻
23、的IC。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，同时也是双面板、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)。3939 MidLayer1MidLayer30是中间信号层，主要用于放置信号线。只有4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；对于4层板来说，中间两层分别是电源层和内地线层，也不存在中间信号层)。40402)Internal planes(内电源/地线层)Protel 99/99 SE PCB编辑器最多支持16个内电源/地线层，主要用于放置电源
24、/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的部位进行屏蔽，使电磁兼容性指标容易达到要求。在单面板和双面板中，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。41 413)Mechanical layers(机械层)机械层不具备电气特性，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。Protel 99 SE允许同时使用4个机械层，但一般只需使用12个机械
25、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)。4242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Multi Layer(多层)内。这样焊盘的铜环可作垫片使用，另外对于需要接地的元件，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。43434)Masks(掩膜层)Masks包括Solder Mask(阻焊层)和Paste Mask(焊锡膏层)。Top Solder(元件面阻焊层)和Bot
26、tom Solder(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，由此提高焊接质量，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)。4444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，在阻焊层的保护下，焊点也会均匀、光滑一些。此外，阻焊漆对印制电路板
27、导电图形也有一定的保护作用，起到防潮、防腐蚀、防霉以及防止机械擦伤等。4545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50 m的标准印制板上，电流容量与线宽关系约为1 A/mm)不能满足要求的情况下，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。4646 Top Paste(元件面焊锡膏层)和Bottom Paste(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
28、来越高，集成电路芯片的传统封装方式，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，4747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，表面封装元件在焊接前，无须“弯脚”，焊接后也不用“剪脚”，减少了电路板生产工序，提
29、高了效率，降低了成本。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。4848在“刮锡膏”工艺中就需要一块掩膜板，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，锡膏通过掩膜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。4949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
30、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。Paste Mask(焊锡膏层)就是刮锡膏操作时所需的掩膜板。可见，只有在采用贴片元件的印制板上，才需要Paste Mask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“Top Paste”面。50505)Silkscreen(丝印层)通过丝网印刷方式将元件外形、序号以及
31、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(Top Overlayer)，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。51 516)Other(其他)图5-5中的“Other”设置框包括如下内容：Keepout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。在双面、多层板中，不需要孔壁金属化的电路板固定螺丝孔，必须放置在禁止布线层内。Multi layer即多层(多个导电层的简称)。焊盘一般放在“Multi
32、 layer”层。对于双面板来说，Multi layer包含了焊锡面、元件面；对于四层板来说，Multi layer包含了焊锡面、元件面、内信号层、内电源/地线层。5252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“Multi layer”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。Drill guide(钻孔指示层)及Drill drawing(钻孔层)。这两层主要用于绘制钻孔图以及孔位信息。5353表5-1 单面、双面电路板工作层5454含内电源、地线层的四层电路板的工作层与双面
33、板的相似，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)Visible Grid即可视栅格线(点)开/关。Protel 99 SE PCB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“Visible Grid”选项对应Visible 1，后一个“Visible Grid”选项对应Visible 2。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。5555 Pad Holes即焊盘孔显示开/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P
34、CB编辑过程中能直观地看到元件引脚焊盘孔径的大小。Via Holes即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、编辑过程中能直观地看到过孔的孔径大小。5656 Connections即“飞线”显示控制开/关。当不选择该选项时，执行“Update PCB”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，
35、可保留旋转操作，反之则放弃。5757 DRC Errors即设计规则检查开/关。该选项被选中时，在移动或放置元件、印制导线、焊盘、过孔等导电图形操作过程中，相邻元件封装图的外轮廓线小于元件安全间距时，如图5-6(a)所示；或相邻的导电图形(印制导线、焊盘、过孔、敷铜区或填充区)间距小于导电图形安全间距时，如图5-6(b)所示，则元件或与导电图形相连的导线、焊盘等显示为绿色，提示这两个元件或导电图形间距小于设定值。5858图5-6 安全间距5959元件安全间距缺省值为10 mil，即0.254 mm。单击“Design”菜单下的“Rule”命令，在“Design Rule”窗口内，修改“Plac
36、ement”标签下的“Component Clearance Constraint”选项内容，重新设定元件安全间距。导电图形安全间距缺省值为10 mil。单击“Design”菜单下的“Rule”命令，在“Design Rule”窗口内，修改“Rule Classes”标签下的“Clearance Constraint”选项内容，选择导电图件的安全间距。60602.设置可视栅格大小及格点锁定距离设置可视栅格大小及格点锁定距离执行“Design”菜单下的“Options”命令，并在弹出的“Document Options”(文档选项)窗内，单击“Options”标签(如图5-7所示)，选择可视元件
37、最小间距、栅格形状以及锁定格点距离等。61 61图5-7 设置PCB编辑区可视格点大小6262可视栅格线形状可以选择线点(Dot)或线(Line)形式。格点锁定距离为10 mil，电气格点自动搜索范围缺省时为8 mil。在以集成电路为主的电路板中，为了便于在集成电路引脚之间走线，可将格点锁定距离设为10 mil，相应地，电气格点自动搜索范围设为4 mil。格点锁定距离(Snap)大小与最小布线宽度及间距有关，例如，当最小布线宽度为d1，最小布线间距为d2时，可将格点锁定距离设为(d1+d2)/2，这样连线时，可保证最小线间距为d2。6363测量单位可选择公制(Metric)或英制(Imperi
38、al)。选择公制时，所有尺寸以mm为单位；选择英制时，以mil为单位。尽管我国采用公制，长度单位为mm，但由于元器件，如集成电路芯片尺寸、引脚间距等均以mil为单位，因此，选择英制单位时，操作更方便，定位更精确。此外，在PCB窗口内，可通过“View”菜单下的“Toggle Units”命令快速选择公制或英制单位。64643.选择工作层、焊盘、过孔等在屏幕上的显示颜色执行“Tools”菜单下的“Preferences”命令，并在弹出的“Preferences”(特性选项)窗内，单击“Color”标签，如图5-8所示，即可重新设置各工作层、焊盘、过孔等的显示颜色。6565图5-8 设置各工作层、
39、焊盘、过孔等在屏幕上的显示颜色6666将鼠标移到相应工作层颜色框内，单击左键，即可调出“Choose Color”(颜色选择)设置窗，单击其中某一颜色后，再单击“OK”按钮关闭即可。尽管可重新选择工作层、焊盘、过孔等在屏幕上的显示颜色，但建议最好采用系统给定的缺省值，无需更改颜色值。单击“Defaults Colors”(缺省)按钮，即恢复所有工作层的缺省色；单击“Classic Colors”按钮，即可按系统最佳配置设定工作层的颜色。67674.选择光标形状、移动方式等选择光标形状、移动方式等执行“Tools”菜单下的“Preferences”命令，并在弹出的“Preferences”(特性
40、选项)窗内，单击“Options”标签(如图5-9所示)，即可重新设置光标形状、屏幕自动更新方式等。6868图5-9 设置光标形状、移动方式69691)Editing options(编辑选项)Online DRC：允许/禁止“设计规则”的在线检查。Snap To Center：对准中心，缺省时处于禁止状态。当该项处于选中状态时，在移动元件操作过程中，光标自动对准操作对象的原点。例如，将鼠标移到元件封装图上，按下左键时，光标自动移到元件第一引脚焊盘的中心(元件的原点一般是元件第一引脚焊盘的中心)；将鼠标移到元件序号、注释信息等字符串上，按下左键时，光标自动移到字符串左下方。7070反之，当“S
41、nap To Center”选项处于禁止状态时，在移动操作对象过程中，当前鼠标所在位置就是光标与操作对象相连的位置。该项设为禁止或允许状态，对编辑操作均影响不大。Extend Selection：允许/禁止同时存在多个选择框，缺省时处于允许状态。当“Extend Selection”选项处于禁止状态时，在编辑操作过程中，选定某一区域后，再选择另一区域时，前一区域的选中标记自动消失，即最多只存在一个选择框。71 71 Remove Duplicate：禁止/允许自动删除重复元件。当该选项处于选中状态时，将自动删除序号重复的元件。Confirm Global：当该项处于选中状态时，修改操作对象前将
42、给出提示信息。Protect Locked Objects：保护被锁定的对象。2)Autopan options(屏幕刷新方式)Style：选择屏幕自动移动方式。Speed：定义移动步长。72723)Other(其他)Rotation Step：旋转操作时图件(如元件封装图)旋转角，缺省时为90。例如，将鼠标移到某一操作对象上，按住鼠标左键不放，每按空格键一次，操作对象就按顺时针方向旋转由“Rotation Step”选项指定的角度。一般无须修改旋转角，但当元件沿圆弧均匀分布时，则需要设置旋转角，然后再通过旋转、平移等操作使元件均匀分布在圆弧上。Undo/Redo：(撤消/重复)操作步数。73
43、73 Cursor Type：光标形状。光标形状的选择与当前操作方式有关，例如在手工调整元件布局、手工修改布线等过程中，最好选择“Large 90”光标，这样容易判别元件引脚焊盘是否在同一水平或垂直线上。74744)Interactive routing(交互布线模式)Mode：选择相互作用布线模式。当该项设为“Ignore Obstacle”(忽略)时，连线操作过程中即使两者的距离小于安全间距，也同样可以画线，为了保证连线与连线、焊盘或过孔等之间的距离大于安全间距，最好采用“Avoid Obstacle”(避开)方式。Automatically Remove：自动清除回路布线。选中该项时，在
44、手工调整布线操作过程中，两电气节点间重新连线后，会自动删除原来的连线。75755)Component drag(元件拖动方式)可选择“None”(只移动指定元件)或“Connected Tracks”(与元件相连的导线)。一般选择None方式。6)显示方式设置单击图5-8中的“Display”(显示)标签，选择显示方式。显示方式选项较多，其中比较重要且常需要重新设定的如下：Highlight in zull：设置选取图元高亮度显示是否充满整个屏幕。Use Net Color for Highlight：设置是否使用网络颜色显示高亮度图元。7676 Single Layer Mode：设置是否只
45、显示当前工作层。在这种情况下，屏幕上仅观察到当前工作内的图形符号。Redraw Layer：重新绘制工作层。Transparent Layer：设置透明显示模式。77775.3.2 元件封装库的装入元件封装库的装入PCB元件封装图形库存放在“Design Explorer 99 SELibraryPCB”文件夹内三个不同的子目录下，其中“Generic Footprints”文件夹存放了通用元件封装图，Connectors文件夹存放了连接类元件封装图，“IPC Footprints”文件夹存放了表面安装元件的封装图。常用元器件封装图形存放在Design Explorer 99 SELibrar
46、yPCBGeneric Footprints ADVPCB.ddb图形库文件中，因此在PCB编辑器中一般需要装入ADVPCB.ddb 元件封装图形库，操作过程如下：7878(1)单击“Browse PCB”按钮，进入PCB编辑界面；在PCB编辑器窗口内，单击“Browse”(浏览)窗内的下拉按钮，选择“Libraries”(元件封装图形库)作为浏览对象。(2)如果元件库列表窗内没有列出所需元件封装图形库，如PCB Footprints.Lib，可单击“Add/Remove”按钮。在图5-2所示的“PCB Libraries”窗口内，不断单击“搜寻(I)”下拉列表窗内的目录，将Design Ex
47、plorer 99 SELibraryPCBGeneric Footprints目录作为当前搜寻目录，在PCB库文件列表窗内，寻找并单击相应的库文件包，如ADVPCB.ddb，再单击“Add”按钮，7979即可将指定图形库文件加入到元件封装图形库列表中，然后再单击“OK”按钮，退出图5-10所示的“PCB Libraries”窗口。8080图5-10 “PCB Libraries”管理窗口81 81当然直接双击文件包列表窗口内对应的库文件包，同样可将指定库文件(包)加入到元件封装图形库(包)列表中。(3)在元件库列表窗内，找出并单击“PCB Footprints.Lib”，将它作为当前元件封装
48、图形库，库内的元件封装图形即显示在“Components”(元件列表)窗内，如图5-2所示。8282所谓元件封装图，就是元件外轮廓形状及引脚尺寸，它由元件引脚焊盘大小、相对位置及外轮廓形状、尺寸等部分组成，图5-11给出了电阻、电容、三极管及部分集成电路传统穿通式(AXIAL轴向封装与DIP封装)，以及贴片元件封装(包括SMD、SOT-23、LCC、QFP等)图外形与各部分名称。8383图5-11 元件常见封装图举例84845.3.3 画图工具的使用画图工具的使用装入元件封装图形库，设置工作层及有关参数后，不断单击主工具栏内的“放大”按钮，适当放大编辑区，然后就可以在编辑区内放置元件、连线和焊
49、盘等。1.放置元件放置元件使用商品化EAD软件进行PCB设计时，一般并不需要通过手工方式将元件封装图放置到PCB编辑区内，例如在Protel 99 SE中，完成了原理图编辑后，8585执行SCH编辑器窗口内“Design”(设计)菜单下的“Update PCB”命令即可将元件封装图及其电气连接关系传送到PCB编辑区内。下面介绍手工放置元件操作，仅仅是为了让读者掌握画图工具中的“放置元件”的使用方法。手工放置元件操作与后面介绍的元件手工布局操作要领相同，先确定电路板中核心或对放置位置有特殊要求的元件位置。在图2-35所示电路中，首先放置的元件应该是9013三极管，序号为Q1，假设封装形式为TO-
50、92A。8686在Protel 99 SE编辑器中，放置元件的操作过程与在原理图编辑SCH中放置元件的操作过程相同。例如，在图5-2所示的“Browse PCB”窗口内，在“Components”(元件列表)窗口内找出并单击元件封装图，如TO-92A后，再单击“Components”(元件列表)窗口下的“Place”按钮，将元件直接拖进PCB编辑区内。用这种方式放置元件操作简单、快捷。当然也可以利用“画图”工具栏内“放置元件”工具放置元件封装图，操作过程如下：(1)单击“画图”工具栏内的“放置元件”工具，在图5-12所示窗口内，直接输入元件的封装形式、序号和注释信息。8787图5-12 放置元
