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原创 用PROTEL99制作印刷电路版的基本流程

2007-11-19 21:10 1972 0 分类: 汽车电子

PROTEL99制作印刷电路版的基本流程
一、电路版设计的先期工作
  1、利用原理图设计工具绘制原理图,并且生成对应的网络表。当然,有些特殊情况下,如电路版比较简单,已经有了网络表等情况下也可以不进行原理图的设计,直接进入PCB设计系统,在PCB设计系统中,可以直接取用零件封装,人工生成网络表。
2
、手工更改网络表 将一些元件的固定用脚等原理图上没有的焊盘定义到与它相通的网络上,没任何物理连接的可定义到地或保护地等。将一些原理图和PCB封装库中引脚名称不一致的器件引脚名称改成和PCB封装库中的一致,特别是二、三极管等。
二、画出自己定义的非标准器件的封装库
  建议将自己所画的器件都放入一个自己建立的PCB 库专用设计文件。
三、设置PCB设计环境和绘制印刷电路的版框含中间的镂空等
  1、进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境,包括设置格点大小和类型,光标类型,版层参数,布线参数等等。大多数参数都可以用系统默认值,而且这些参数经过设置之后,符合个人的习惯,以后无须再去修改。
  2、规划电路版,主要是确定电路版的边框,包括电路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。对于3mm 的螺丝可用6.5~8mm 的外径和3.2~3.5mm 内径的焊盘对于标准板可从其它板或PCB izard 中调入。
  注意:在绘制电路版地边框前,一定要将当前层设置成Keep Out层,即禁止布线层。
四、打开所有要用到的PCB 库文件后,调入网络表文件和修改零件封装
  这一步是非常重要的一个环节,网络表是PCB自动布线的灵魂,也是原理图设计与印象电路版设计的接口,只有将网络表装入后,才能进行电路版的布线。
在原理图设计的过程中,ERC检查不会涉及到零件的封装问题。因此,原理图设计时,零件的封装可能被遗忘,在引进网络表时可以根据设计情况来修改或补充零件的封装。
当然,可以直接在PCB内人工生成网络表,并且指定零件封装。
五、布置零件封装的位置,也称零件布局
  Protel99可以进行自动布局,也可以进行手动布局。如果进行自动布局,运行"Tools"下面的"Auto Place",用这个命令,你需要有足够的耐心。布线的关键是布局,多数设计者采用手动布局的形式。用鼠标选中一个元件,按住鼠标左键不放,拖住这个元件到达目的地,放开左键,将该元件固定。Protel99在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐。使用自动选择方式可以很快地收集相似封装的元件,然后旋转、展开和整理成组,就可以移动到板上所需位置上了。当简易的布局完成后,使用自动对齐方式整齐地展开或缩紧一组封装相似的元件。
  提示:在自动选择时,使用Shift+XYCtrl+XY可展开和缩紧选定组件的XY方向。  
注意:零件布局,应当从机械结构散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。先布置与机械尺寸有关的器件,并锁定这些器件,然后是大的占位置的器件和电路的核心元件,再是外围的小元件。
六、根据情况再作适当调整然后将全部器件锁定
  假如板上空间允许则可在板上放上一些类似于实验板的布线区。对于大板子,应在中间多加固定螺丝孔。板上有重的器件或较大的接插件等受力器件边上也应加固定螺丝孔,有需要的话可在适当位置放上一些测试用焊盘,最好在原理图中就加上。将过小的焊盘过孔改大,将所有固定螺丝孔焊盘的网络定义到地或保护地等。
  放好后用VIEW3D 功能察看一下实际效果,存盘。
七、布线规则设置
布线规则是设置布线的各个规范(象使用层面、各组线宽、过孔间距、布线的拓朴结构等部分规则,可通过Design-Rules Menu 处从其它板导出后,再导入这块板)这个步骤不必每次都要设置,按个人的习惯,设定一次就可以。
Design-Rules 一般需要重新设置以下几点:
  1、安全间距(Routing标签的Clearance Constraint)
  它规定了板上不同网络的走线焊盘过孔等之间必须保持的距离。一般板子可设为0.254mm,较空的板子可设为0.3mm,较密的贴片板子可设为0.2-0.22mm,极少数印板加工厂家的生产能力在0.1-0.15mm,假如能征得他们同意你就能设成此值。0.1mm 以下是绝对禁止的。
  2、走线层面和方向(Routing标签的Routing Layers
  此处可设置使用的走线层和每层的主要走线方向。请注意贴片的单面板只用顶层,直插型的单面板只用底层,但是多层板的电源层不是在这里设置的(可以在Design-Layer Stack Manager中,点顶层或底层后,用Add Plane 添加,用鼠标左键双击后设置,点中本层后用Delete 删除),机械层也不是在这里设置的(可以在Design-Mechanical Layer 中选择所要用到的机械层,并选择是否可视和是否同时在单层显示模式下显示)。
  机械层1 一般用于画板子的边框;
  机械层3 一般用于画板子上的挡条等机械结构件;
  机械层4 一般用于画标尺和注释等,具体可自己用PCB Wizard 中导出一个PCAT结构的板子看一下
  3、过孔形状(Routing标签的Routing Via Style
  它规定了手工和自动布线时自动产生的过孔的内、外径,均分为最小、最大和首选值,其中首选值是最重要的,下同。
  4、走线线宽(Routing标签的Width Constraint
  它规定了手工和自动布线时走线的宽度。整个板范围的首选项一般取0.2-0.6mm,另添加一些网络或网络组(Net Class)的线宽设置,如地线、+5 伏电源线、交流电源输入线、功率输出线和电源组等。网络组可以事先在Design-Netlist Manager中定义好,地线一般可选1mm 宽度,各种电源线一般可选0.5-1mm 宽度,印板上线宽和电流的关系大约是每毫米线宽允许通过1安培的电流,具体可参看有关资料。当线径首选值太大使得SMD 焊盘在自动布线无法走通时,它会在进入到SMD 焊盘处自动缩小成最小宽度和焊盘的宽度之间的一段走线,其中Board 为对整个板的线宽约束,它的优先级最低,即布线时首先满足网络和网络组等的线宽约束条件。下图为一个实例
<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />


<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />



  5、敷铜连接形状的设置(Manufacturing标签的Polygon Connect Style
  建议用Relief Connect 方式导线宽度Conductor Width 0.3<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />-0.5mm 4 根导线45 90 度。
  其余各项一般可用它原先的缺省值,而象布线的拓朴结构、电源层的间距和连接形状匹配的网络长度等项可根据需要设置。
  选Tools-Preferences,其中Options 栏的Interactive Routing 处选Push Obstacle (遇到不同网络的走线时推挤其它的走线,Ignore Obstacle为穿过,Avoid Obstacle 为拦断)模式并选中Automatically Remove (自动删除多余的走线)。Defaults 栏的Track Via 等也可改一下,一般不必去动它们。
  在不希望有走线的区域内放置FILL 填充层,如散热器和卧放的两脚晶振下方所在布线层,要上锡的在Top Bottom Solder 相应处放FILL
布线规则设置也是印刷电路版设计的关键之一,需要丰富的实践经验。
八、自动布线和手工调整
  1、点击菜单命令Auto Route/Setup 对自动布线功能进行设置
  选中除了Add Testpoints 以外的所有项,特别是选中其中的Lock All Pre-Route 选项,Routing Grid 可选1mil 等。自动布线开始前PROTEL 会给你一个推荐值可不去理它或改为它的推荐值,此值越小板越容易100%布通,但布线难度和所花时间越大。
  2、点击菜单命令Auto Route/All 开始自动布线
  假如不能完全布通则可手工继续完成或UNDO 一次(千万不要用撤消全部布线功能,它会删除所有的预布线和自由焊盘、过孔)后调整一下布局或布线规则,再重新布线。完成后做一次DRC,有错则改正。布局和布线过程中,若发现原理图有错则应及时更新原理图和网络表,手工更改网络表(同第一步),并重装网络表后再布。
  3、对布线进行手工初步调整
需加粗的地线、电源线、功率输出线等加粗,某几根绕得太多的线重布一下,消除部分不必要的过孔,再次用VIEW3D 功能察看实际效果。手工调整中可选Tools-Density Map 查看布线密度,红色为最密,黄色次之,绿色为较松,看完后可按键盘上的End 键刷新屏幕。红色部分一般应将走线调整得松一些,直到变成黄色或绿色。
九、切换到单层显示模式下(点击菜单命令Tools/Preferences,选中对话框中Display栏的Single Layer Mode
  将每个布线层的线拉整齐和美观。手工调整时应经常做DRC,因为有时候有些线会断开而你可能会从它断开处中间走上好几根线,快完成时可将每个布线层单独打印出来,以方便改线时参考,其间也要经常用3D显示和密度图功能查看。
  最后取消单层显示模式,存盘。
十、如果器件需要重新标注可点击菜单命令Tools/Re-Annotate 并选择好方向后,按OK钮。
  并回原理图中选Tools-Back Annotate 并选择好新生成的那个*.WAS 文件后,按OK 钮。原理图中有些标号应重新拖放以求美观,全部调完并DRC 通过后,拖放所有丝印层的字符到合适位置。
  注意字符尽量不要放在元件下面或过孔焊盘上面。对于过大的字符可适当缩小,DrillDrawing 层可按需放上一些坐标(Place-Coordinate)和尺寸((Place-Dimension)。
  最后再放上印板名称、设计版本号、公司名称、文件首次加工日期、印板文件名、文件加工编号等信息(请参见第五步图中所示)。并可用第三方提供的程序来加上图形和中文注释如BMP2PCB.EXE 和宏势公司ROTEL99 PROTEL99SE 专用PCB 汉字输入程序包中的FONT.EXE 等。
十一、对所有过孔和焊盘补泪滴
  补泪滴可增加它们的牢度,但会使板上的线变得较难看。顺序按下键盘的S A 键(全选),再选择Tools-Teardrops,选中General 栏的前三个,并选Add Track 模式,如果你不需要把最终文件转为PROTEL DOS 版格式文件的话也可用其它模式,后按OK 钮。完成后顺序按下键盘的X A 键(全部不选中)。对于贴片和单面板一定要加。
十二、放置覆铜区
  将设计规则里的安全间距暂时改为0.5-1mm并清除错误标记,选Place-Polygon Plane 在各布线层放置地线网络的覆铜(尽量用八角形,而不是用圆弧来包裹焊盘。最终要转成DOS 格式文件的话,一定要选择用八角形)。下图即为一个在顶层放置覆铜的设置举例:



  设置完成后,再按OK 扭,画出需覆铜区域的边框,最后一条边可不画,直接按鼠标右键就可开始覆铜。它缺省认为你的起点和终点之间始终用一条直线相连,电路频率较高时可选Grid Size Track Width 大,覆出网格线。
  相应放置其余几个布线层的覆铜,观察某一层上较大面积没有覆铜的地方,在其它层有覆铜处放一个过孔,双击覆铜区域内任一点并选择一个覆铜后,直接点OK,再点Yes 便可更新这个覆铜。几个覆铜多次反复几次直到每个覆铜层都较满为止。将设计规则里的安全间距改回原值。
十三、最后再做一次DRC
  选择其中Clearance Constraints Max/Min Width Constraints Short Circuit Constraints Un-Routed Nets Constraints 这几项,按Run DRC 钮,有错则改正。全部正确后存盘。
十四、对于支持PROTEL99SE 格式(PCB4.0)加工的厂家可在观看文档目录情况下,将这个文件导出为一个*.PCB 文件;对于支持PROTEL99 格式(PCB3.0)加工的厂家,可将文件另存为PCB 3.0 二进制文件,做DRC。通过后不存盘退出。在观看文档目录情况下,将这个文件导出为一个*.PCB 文件。由于目前很大一部分厂家只能做DOS 下的PROTEL AUTOTRAX 画的板子,所以以下这几步是产生一个DOS PCB 文件必不可少的:
  1、将所有机械层内容改到机械层1,在观看文档目录情况下,将网络表导出为*.NET 文件,在打开本PCB 文件观看的情况下,将PCB 导出为PROTEL PCB 2.8 ASCII FILE 格式的*.PCB 文件。
  2 、用PROTEL FOR WINDOWS PCB 2.8 打开PCB 文件,选择文件菜单中的另存为,并选择Autotrax 格式存成一个DOS 下可打开的文件。
  3、用DOS 下的PROTEL AUTOTRAX 打开这个文件。个别字符串可能要重新拖放或调整大小。上下放的全部两脚贴片元件可能会产生焊盘X-Y大小互换的情况,一个一个调整它们。大的四列贴片IC 也会全部焊盘X-Y 互换,只能自动调整一半后,手工一个一个改,请随时存盘,这个过程中很容易产生人为错误。PROTEL DOS 版可是没有UNDO 功能的。假如你先前布了覆铜并选择了用圆弧来包裹焊盘,那么现在所有的网络基本上都已相连了,手工一个一个删除和修改这些圆弧是非常累的,所以前面推荐大家一定要用八角形来包裹焊盘。这些都完成后,用前面导出的网络表作DRC Route 中的Separation Setup ,各项值应比WINDOWS 版下小一些,有错则改正,直到DRC 全部通过为止。
  也可直接生成GERBER 和钻孔文件交给厂家选File-CAM Manager Next>钮出来六个选项,Bom 为元器件清单表,DRC 为设计规则检查报告,Gerber 为光绘文件,NC Drill 为钻孔文件,Pick Place 为自动拾放文件,Test Points 为测试点报告。选择Gerber 后按提示一步步往下做。其中有些与生产工艺能力有关的参数需印板生产厂家提供。直到按下Finish 为止。在生成的Gerber Output 1 上按鼠标右键,选Insert NC Drill 加入钻孔文件,再按鼠标右键选Generate CAM Files 生成真正的输出文件,光绘文件可导出后用CAM350 打开并校验。注意电源层是负片输出的。
十五、发Email 或拷盘给加工厂家,注明板材料和厚度(做一般板子时,厚度为1.6mm,特大型板可用2mm,射频用微带板等一般在0.8-1mm 左右,并应该给出板子的介电常数等指标)、数量、加工时需特别注意之处等。Email发出后两小时内打电话给厂家确认收到与否。
十六、产生BOM 文件并导出后编辑成符合公司内部规定的格式。
十七、将边框螺丝孔接插件等与机箱机械加工有关的部分(即先把其它不相关的部分选中后删除),导出为公制尺寸的AutoCAD R14 DWG 格式文件给机械设计人员。
二十一、整理和打印各种文档。如元器件清单、器件装配图(并应注上打印比例)、安装和接线说明等。
 


 






贴片元件封装--SMT基础知识介绍


 




 


SMT(Surface Mount Technology)是电子业界一门新兴的工业技术,它的兴起及迅猛发展是电子组装业的一次革命,被誉为电子业的明日之星,它使电子组装变得越来越快速和简单,随之而来的是各种电子产品更新换代越来越快,集成度越来越高,价格越来越便宜。为ITInformation Technology)产业的飞速发展作出了巨大贡献。


SMT零件


SMT所涉及的零件种类繁多,样式各异,有许多已经形成了业界通用的标准,这主要是一些芯片电容电阻等等;有许多仍在经历着不断的变化,尤其是IC类零件,其封装形式的变化层出不穷,令人目不暇接,传统的引脚封装正在经受着新一代封装形式(BGAFLIP CHIP等等)的冲击,在本章里将分标准零件与IC类零件详细阐述。


一、标准零件
标准零件是在SMT发展过程中逐步形成的,主要是针对用量比较大的零件,本节只讲述常见的标准零件。目前主要有以下几种:电阻(R)、排阻(RARN)、电感(L)、陶瓷电容(C)、排容(CP)、钽质电容(C)、二极管(D)、晶体管(Q)【括号内为PCB(印刷电路板)上之零件代码】,在PCB上可根据代码来判定其零件类型,一般说来,零件代码与实际装着的零件是相对应的。


1、 零件规格:
(1)
、零件规格即零件的外形尺寸,SMT发展至今,业界为方便作业,已经形成了一个标准零件系列,各家零件供货商皆是按这一标准制造。


标准零件之尺寸规格有英制与公制两种表示方法,如下表
公制表示法 1206 0805 0603 0402
英制表示法 3216 2125 1608 1005
含义 L:1.2inch(3.2mm)W:0.6inch(1.6mm) L:0.8inch(2.0mm)W:0.5inch(1.25mm) L:0.6inch(1.6mm)W:0.3inch(0.8mm)
L:0.4inch(1.0mm)W:0.2inch(0.5mm)
注:aLLength):长度; WWidth):宽度; inch:英寸
b
1inch=25.4mm


2)、在(1)中未提及零件的厚度,在这一点上因零件不同而有所差异,在生产时应以实际量测为准。


3)、以上所讲的主要是针对电子产品中用量最大的电阻(排阻)和电容(排容),其它如电感、二极管、晶体管等等因用量较小,且形状也多种多样,在此不作讨论。


4)、SMT发展至今,随着电子产品集成度的不断提高,标准零件逐步向微型化发展,如今最小的标准零件已经到了0201


2、钽质电容(Tantalum)
钽质电容已经越来越多应用于各种电子产品上,属于比较贵重的零件,发展至今,也有了一个标准尺寸系列,用英文字母YAXBCD来代表。


其对应关系如下表
型号 Y A X B C D
规格
L
mm 3.2 3.8 3.5 4.7 6.0 7.3
W (mm) 1.6 1.9 2.8 2.6 3.2 4.3
T
mm 1.6 1.6 1.9 2.1 2.5 2.8
注意:电容值相同但规格型号不同的钽质电容不可代用。
如:10UF/16V”B”型与10UF/16V”C”型不可相互代用。


二、IC类零件
IC
Integrated Circuit(集成电路块)之英文缩写,业界一般以IC的封装形式来划分其类型,传统ICSOPSOJQFPPLCC等等,现在比较新型的ICBGACSPFLIP CHIP等等,这些零件类型因其PIN (零件脚)的多寡大小以及PINPIN之间的间距不一样,而呈现出各种各样的形状,在本节我们将讲述每种IC的外形及常用称谓等。
1
、基本IC类型
(1)
SOP(Small outline Package):零件两面有脚,脚向外张开(一般称为鸥翼型引脚).


(2)SOJ(Small outline J-lead Package):零件两面有脚,脚向零件底部弯曲(J型引脚)。


(3)QFP(Quad Flat Package):零件四边有脚,零件脚向外张开。


(4)PLCC(Plastic Leadless Chip Carrier):零件四边有脚,零件脚向零件底部弯曲。


(5)BGA(Ball Grid Array):零件表面无脚,其脚成球状矩阵排列于零件底部。


(6)CSPCHIP SCAL PACKAGE):零件尺寸包装。


2IC称谓
在业界对IC的称呼一般采用类型+PIN脚数的格式,如:SOP14PINSOP16PINSOJ20PINQFP100PINPLCC44PIN等等。


三、零件极性识别
SMT零件中,可分为有极性零件与无极性零件两大类。
无极性零件:电阻、电容、排阻、排容、电感
有极性零件:二极管、钽质电容、IC
其中无极性零件在生产中不需进行极性的识别,在此不赘述;但有极性零件之极性对产品有致命的影响,故下面将对有极性零件进行详尽的描述。
1
、二极管(D):在实际生产中二极管又有很多种类别和形态,常见的有Glass tube diode Green LEDCylinder Diode等几种。
(1)
Glass tube diode:红色玻璃管一端为正极(黑色一端为负极)
(2)
Green LED:一般在零件表面用一黑点或在零件背面用一正三角形作记号,零件表面黑点一端为正极(有黑色一端为负极);若在背面作标示,则正三角形所指方向为负极。
(3)
Cylinder Diode: 有白色横线一端为负极.
2
、钽质电容:零件表面标有白色横线一端为正极。
3
IC
IC
类零件一般是在零件面的一个角标注一个向下凹的小圆点,或在一端标示一小缺口来表示其极性。
4
、上面说明了常见零件之极性标示,但在生产过程中,正确的极性指的是零件之极性与PCB上标识之极性一致,一般在PCB
装着IC的位置都有很明确的极性标示,IC零件之极性标示与PCB上相应标示吻合即可。


四、零件值换算
这里主要指电阻值与电容值换算,因为在SMT上所用的电阻电容都是尺寸非常小的零件,表示其电阻值或电容值的时候不可能用常用的描述办法表述。如今在业界的标准是电容不标示电容值,而以颜色来区分不同容值的电容,电阻则是把代码标示在零件本体上,即用少量的数字元或英文字母来表示电阻值,于是在代码与实际电阻值之间,人们制定了一定的换算规则,下面便详细讲述有关细则。
1
、电阻
(1)
、电阻单位为欧姆,符号为”Ω”.
(2)
、单位换算:1MΩ= KΩ= Ω
(3)
、电阻又分为一般电阻与精密电阻两类,其主要区别为零件误差值及零件表面之表示码位元数不同。
一般电阻:误差值为±5%;其表示码为三码 例:103
精密电阻: 误差值为±1%;其表示码为四码 例:1002
(4)
、换算规则如下:
一般电阻 精密电阻


数值(AB)×10n= 电阻值±误差值(5%) 数值(ABC)×10n=电阻值±误差值(1%);
:103=10× =10kΩ±5% 1003=100× =100kΩ±1%
(5)
、阻值换算的特殊状况:
a
、当n=89,10的次方数分别为-2-1,即 或 。
b
、当代码中含字母“R”时,此“R”相当于小数点“&#8226;”
:4R3=4.3Ω±5% 69R9=69.9Ω±1%
(6)
、精密电阻除符合以上之换算规则外,另有其它代码表示方法,而又因制造厂商的不同,其代码也不一样,对于这种电阻的换算,应根据厂商提供之代码对照表进行核对换算。


2、电容换算
在这里主要讲解电容常用单位之间的换算,因为电子行业中电容的单位一般都比较小,同一种电容有时因供货商不一样而表示的方法也不一样,生产时要能够快速在各种单位之间转换。
(1)
、电容基本单位
1F= MF= μF= NF= PF
(2)
、常用单位
常用的单位有μFNFPF,在实际生产中要对这三个单位相互间的转换非常熟练.



 

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