1、單層和雙層板圖設計第1頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二什么是PCB？ PCB是Printed Circuit Board的簡稱，即印刷電路板，或者叫作印制電路板。PCB的主要功能是固定各種零件，并提供其上各個零件的相互電氣連接，實現電路功能。 PCB是由絕緣介質隔開的各敷銅層組成，在敷銅層上利用化學或物理的方法蝕刻制作出銅布線圖案，板上制作出內壁鍍有/不鍍金屬的通孔用于焊接零件引腳、連通位于不同敷銅層的銅線、機械固定等。 PCB兩面的覆蓋在敷銅層上的綠色或是棕色，是阻焊漆的顏色。這層是絕緣的防護層，阻焊漆可以阻止焊錫附著在敷銅上，也可以保護銅線免受其它侵蝕。 在阻焊層上

2、另外會印刷上一層絲(網)印(刷)面（silk screen）。通常在這上面會印上文字與符號（大多是白色漆），以標示出各零件在板子上的位置，便于裝配、焊接和調試等。絲印面也被稱作overlay，如top overlay、bottom overlay。絲印層覆蓋在其它所有物理層之上，一塊板最多有兩個絲印層。第2頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二PCB的種類1. 單面板、單層板（Single-Sided Board）：只有一層敷銅2. 雙面板、雙層板（Double-Sided Board）：有兩層敷銅3. 多層板（Multi-Layer Board） 板內部夾有由絕緣介質隔開的

3、若干個銅箔層，例如作為信號層（Signal）、電源層（Power）、地線層（Ground）。用于增強信號質量、減小電路板占用面積等。直插 (through hole)元件、穿孔元件：使用時，元件引腳穿過電路板上的通孔，元件主體位于板一側，引腳焊接點(焊盤)位于板另一側。表貼 (SMT Surface Mounted Technology)元件、貼片元件(SMD)：使用時，元件主體和引腳焊接點(焊盤)位于板同一側。絲印層均位于元件主體一側，便于指導裝配。第3頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二零件安裝技術1. 插入式、穿孔式（Through Hole Technology）針

4、對直插式封裝的元件，這種方式需要占用大量的空間，并且要為每只引腳鉆一個孔。引腳其實占掉兩面的空間，而且焊點也比較大。安裝的時候，元件引腳從孔中穿過，在元件的另一側將引腳焊接到板上。2. 表面黏貼式（Surface Mounted Technology） 針對表面黏貼式封裝的元件，元件引腳焊在元件的同一面。鉆孔數量較少，體積小，占用空間少。第4頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二Protel PCB設計中常見的各種“層”在Protel中專指頂層信號層和底層信號層1. 信號層（Signal Layers）：敷銅層，主要用于繪制信號線，放置在上面的任何對象（線、矩形敷銅區、多邊形

5、平面、焊盤、過孔、文字、圓、圓弧等）將會被處理為PCB布線圖中的有銅區。信號層包括： 頂層（Top Layer）元件面或焊接面信號層 中間層（Mid Layer）內部信號層（可有中間層1中間層30） 底層（Bottom Layer）元件面或焊接面信號層2. 內平面（Internal Planes）層：敷銅層，存在于在多層板內部。主要用作大面積的電源或地。可以給內平面賦予網絡名（如GND），這樣所有經過內平面的有相同網絡名的焊盤、過孔均被認為是連接到內平面上。一個內平面層也可以被分成若干個具有不同網絡名的區域。 為了提高效率，這些層是負顯示的，放置在上面的任何對象將會被處理為PCB布線圖中的無銅

6、區。3. 絲印層（Silkscreen Layers、Overlay Layers）：非銅層，一般印上白色漆。主要用于繪制元件輪廓、元件標識、元件型號或其它注釋用文字和圖形。板的兩面可各有一個絲印層，為 頂層絲印層（Top Overlay）和 底層絲印層（Bottom Overlay）。第5頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二4. 機械層（Mechanical Layers）：非銅層，主要用于提供電路板的制造、裝配信息，如板的物理尺寸。最多可有16個機械層。5. 掩膜層（Mask Layers）：非銅層，覆蓋在板兩面的敷銅層上，用于阻焊、阻錫。掩膜包括： 焊接掩膜（Sold

7、er Masks）用于波峰焊工藝，包括Top Solder Mask層和Bottom Solder Mask層，掩膜覆蓋的區域將不會在波峰焊時著錫。掩膜是軟件自動生成的，通常覆蓋了除元件焊盤和過孔（也可設置成覆蓋過孔）外的幾乎全部區域。 為了提高效率，焊接掩膜層是負顯示的。 錫膏掩膜（Paste Masks）用于SMT工藝，提供板上應刷錫膏的區域信息。包括Top Paste Mask層和Bottom Paste Mask層，掩膜覆蓋的區域將不會被刷上錫膏。掩膜是軟件自動生成的，通常覆蓋了除貼片元件焊盤外的幾乎全部區域。 為了提高效率，錫膏掩膜層是負顯示的。6. Keep Out Layer：非

8、銅層，用于指定元件放置和布線的允許區域，對所有的敷銅層有效。Keep out層的基本規則是：元件不能被放置在Keep out層的對象上面；布線不能跨過Keep out層的對象。7. Multi Layer：放置在該層的對象將會出現在所有的敷銅層上，插入式元件引腳的焊盤通常放置在該層。第6頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二1. 先由原理圖生成網絡表文件，網絡表中除了描述了電路各元件間如何連接，還包含了各元件的標識、型號、封裝形式等在繪制原理圖時所指定的元件屬性信息。 然后新建一個PCB文件，在PCB編輯器中裝載此網絡表到該PCB中，在導入網絡表時，Protel會根據網絡表中

9、各元件所指定的封裝名，在用戶設定的當前封裝庫列表中查找這些封裝名，若找到則將其放置在PCB中。若裝載網絡表時指定的元件封裝名不存在，則Protel會相應地提示錯誤。 用戶在PCB編輯器中完成各元件的布局和PCB布線等工作。2. 若無原理圖，可先新建一個PCB文件，然后用戶直接在PCB編輯器中選取封裝庫中的封裝，放置到PCB中，再完成各元件的布局和PCB布線等工作。PCB圖的繪制方式我們這里使用第一種方式第7頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二生成原理圖的網絡表文件在原理圖繪圖頁的環境下，執行菜單命令Design/Create Netlist將彈出Netlist Creati

10、on對話框，如圖所示，生成此原理圖的網絡表文件。在對話框中確定網絡表的輸出格式、網絡標識符作用域及網絡表包含的繪圖頁等。對于單頁原理圖，我們使用系統的缺省設置即可。點OK生成原理圖相應的網絡表，網絡表文件是文本文件，其描述的內容很容易理解。第8頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二建立一個PCB文件（1） 有兩種方式創建PCB文件：PCB向導方式 和直接創建方式。 我們這里使用PCB向導方式，以一個矩形單面板為例進行示范。 執行菜單命令File/New將彈出新建文檔對話框。如圖所示，切換到Wizards標簽，選擇PCB向導，確認后進入歡迎對話框。第9頁，共36頁，2022年，

11、5月20日，2點21分，星期二建立一個PCB文件（2） 有幾種板型可選，同時可以選擇度量方式為英制還是公制。我們這里選擇定制板型，公制方式。第10頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二建立一個PCB文件（3） 設置板的寬、高、形狀等參數。缺省的布線線寬用于繪制板的物理邊界線的線寬Keep Out區距板物理邊界的距離（布線和元件放置區域一般比板物理區域略小）切去板的角部區域板的內部切除一塊標出板的物理尺寸信息第11頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二建立一個PCB文件（4） 板的預覽圖，可以修改寬度和高度。紫色區域為Keep Out區，黃色線條標示出板的物理

12、邊界(板的物理區域略大于Keep Out區)。第12頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二建立一個PCB文件（5） 填寫一些其它信息。第13頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二建立一個PCB文件（6） 設置板的信號層數和內平面層數。對于單面板，我們可以按以下方式選定。孔壁金屬化孔壁不鍍金屬第14頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二建立一個PCB文件（7） 設置板的通孔僅為直通方式，還是可以有盲孔和埋孔（只對多層板有效）。第15頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二建立一個PCB文件（8） 設置板上安裝的是以表貼元件為主

13、還是以插入式元件為主，對于后者，設置相鄰焊盤之間允許通過的導線數目。第16頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二建立一個PCB文件（9） 根據制板廠家工藝能力設置相應的最小線寬、最小孔徑、最小焊盤直徑和導線間最小間距。第17頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二建立一個PCB文件（10） 設置好是否將該板型存為模板后，一個矩形單面板創建完成。第18頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二第19頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二設置PCB編輯器工作環境 選擇菜單項Design/Options打開文檔配置對話框。 我們這里以

14、單面板為例（假定采取元件放在頂層，僅在底層布線的方式）進行設置，將當前顯示的層設置為左下圖。 Options標簽下可設置背景柵格大小、元件移動的間隔、度量方式等內容。第20頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二設置當前所使用的封裝庫列表 在繪制原理圖時我們應當已經知道你所使用的各個封裝名位于那些封裝庫中。在PCB編輯環境下，將用到的這些封裝庫添加到當前的封裝庫列表中。 所有原理圖中用到的封裝名均應在當前封裝庫列表的某個庫中能找到。而且同一個封裝名不應出現在當前封裝庫列表的多個庫中，因為不同封裝庫中的同名封裝可能具體形式不同，這樣容易導致錯誤。 和原理圖時類似，可通過此按鈕添加

15、/移除PCB元件封裝庫。此處是示意，實際情況因你的具體設計而定。第21頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二裝載網絡表 執行菜單命令Design/Load Net將彈出裝載網絡表對話框，如圖所示，按Browse按鈕選擇之前所生成的網絡表文件。若無問題則按Execute命令執行網絡表的裝載。若有問題，Protel軟件會提示。 初學者常遇到的問題有： Footprint not found in Library 表示你在原理圖中指定的某元件封裝名在當前封裝庫列表中找不到。 Component not found 常由上面的錯誤而引起。 在導入網絡表時，Protel會根據網絡表中各

16、元件所指明的封裝名，在當前封裝庫列表中查找這些封裝名，若找到則將其放置在PCB中。若裝載網絡表時指明的元件封裝名不存在，則Protel無法將其放置在PCB中，并提示錯誤。 Protel還會檢查原理圖中各元件的引腳編號(在原理圖元件庫中所設定)，在其指定的封裝名中，是否有相同編號的焊盤(在PCB封裝庫中所設定)。第22頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二PCB元件布局 執行完網絡表的裝載后，Protel會將所有元件擺放在板的右側邊界處(元件缺省被放在頂層)，用藍色的虛擬線提示出具有兩個相同網絡名的位置。接著我們需對這些元件擺放到PCB的適當位置，這個步驟稱為PCB的布局（Pl

17、acement）。自動布局 選擇菜單命令Tools/Auto Placement/Auto Placer.，選擇布局算法，自動完成元器件的布局。自動布局要達到較好的效果，需要事先設置合適的布局設計規則（菜單項Design/Rules的Placement標簽下）。手動布局（本次實訓主要采用這種方式） 以拖曳的方式分別將元件一個個地拖進電路板布線允許范圍內，按照電路功能需求將元件在電路板內一一擺放合適。元件處于浮動狀態時，按空格鍵可以旋轉元件（雖然按X鍵和Y鍵也可以對元件鏡像，但PCB元件的位置是要安裝實物器件的，故很少使用）。第23頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二PCB布

18、線自動布線 選擇菜單Auto Route，在里面選擇針對某個網絡名、連接、元件、區域或全部內容，自動完成PCB的布線工作。自動布線要達到較好的效果，需要事先設置合適的布線設計規則。 接著我們對各元件按照電路實際情況進行連線，這個步驟稱為PCB的布線（Routing）。手動布線（本次實訓主要采用此方式） 選擇工具欄中的布線工具完成布線工作。我們這里以單面板為例（假定采取元件放在頂層，僅在底層布線的方式）。第24頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二單擊交互式布線連接按鈕后進行手動連線，如示例所示由于需要在底層布線，所以先切換當前的工作層為BottomLayer。（應時刻注意你當

19、前的工作層是哪一層）注意：在不同層放置“線”，會代表不同的實際意義。如在信號層放置的線是銅導線，在絲印層放置的線是用漆繪制的線條，在內平面層放置的線對應的是無銅的部分，在Keep Out層放置的線是用作提供允許布線區域邊界的標記，在機械層放置的線用于指示板邊界等信息。第25頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二布線技巧 在手動布線的過程中，遇到布線需要拐彎的情況時，可以用Shift+Space鍵在以下拐角模式中進行切換：直線-45度線直線-小圓弧-45度線90度直角導線直線-小圓弧-直線任意角度直線45度弧線-直線第26頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二

20、導線屬性編輯 處于拉線狀態時按Tab鍵可對導線屬性進行編輯。 雙擊已經布好的導線可對其屬性進行編輯。第27頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二放置焊盤 焊盤主要用于焊接元件引腳或焊線等，選擇工具欄中的放置焊盤按鈕 ，或者選擇菜單項Place/Pad，放置焊盤。焊盤可放在PCB圖的任意一層，效果相同。因為焊盤的缺省Layer屬性為MultiLayer第28頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二放置過孔 過孔可連接TopLayer層和BottomLayer層。選擇工具欄中的放置過孔按鈕 ，或者選擇菜單中的Place/Via命令，放置過孔。第29頁，共36頁，2022年，5月20日，2點21分，星期二淚滴的應用 添加淚滴是把走線與焊盤或過孔逐漸加大形成淚滴狀，使其連接更可靠，增強