為了將零件固定在PCB上面,我們將它們的接腳直接焊在布線上。在最基本的PCB(單面板)上,零件都集中在其中一面,導(dǎo)線則都集中在另一面。這么一來我們就需要在板子上打洞,這樣接腳才能穿過板子到另一面,所以零件的接腳是焊在另一面上的。因?yàn)槿绱?,PCB的正反面分別被稱為零件面(Component Side)與焊接面(Solder Side)。
板子本身的基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的材質(zhì)所制作成。在表面可以看到的細(xì)小線路材料是銅箔,原本銅箔是覆蓋在整個(gè)板子上的,而在制造過程中部份被蝕刻處理掉,留下來的部份就變成網(wǎng)狀的細(xì)小線路了。這些線路被稱作導(dǎo)線(conductor pattern)或稱布線,并用來提供PCB上零件的電路連接。
如果PCB上頭有某些零件,需要在制作完成后也可以拿掉或裝回去,那么該零件安裝時(shí)會用到插座(Socket)。由于插座是直接焊在板子上的,零件可以任意的拆裝。下面看到的是ZIF(Zero Insertion Force,零撥插力式)插座,它可以讓零件(這里指的是CPU)可以輕松插進(jìn)插座,也可以拆下來。插座旁的固定桿,可以在您插進(jìn)零件后將其固定。
如果要將兩塊PCB相互連結(jié),一般我們都會用到俗稱「金手指」的邊接頭(edge connector)。金手指上包含了許多裸露的銅墊,這些銅墊事實(shí)上也是PCB布線的一部份。通常連接時(shí),我們將其中一片PCB上的金手指插進(jìn)另一片PCB上合適的插槽上(一般叫做擴(kuò)充槽Slot)。在計(jì)算機(jī)中,像是顯示卡,聲卡或是其它類似的界面卡,都是借著金手指來與主機(jī)板連接的。
PCB上的綠色或是棕色,是阻焊漆(solder mask)的顏色。這層是絕緣的防護(hù)層,可以保護(hù)銅線,也可以防止零件被焊到不正確的地方。在阻焊層上另外會印刷上一層絲網(wǎng)印刷面(silk screen)。通常在這上面會印上文字與符號(大多是白色的),以標(biāo)示出各零件在板子上的位置。絲網(wǎng)印刷面也被稱作圖標(biāo)面(legend)。
層(Layer)的概念
Protel的“層”不是虛擬的,而是印刷板材料本身實(shí)實(shí)在在的各銅箔層?,F(xiàn)今,由于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(jì)算機(jī)主板所用的印板材料多在4層以上。這些層因加工相對較難而大多用于設(shè)置走線較為簡單的電源布線層(如軟件中的GroundDever和PowerDever),并常用大面積填充的辦法來布線(如軟件中的ExternaIP1a11e和Fill)。上下位置的表面層與中間各層需要連通的地方用軟件中提到的所謂“過孔(Via)”來溝通。有了以上解釋,就不難理解“多層焊盤”和“布線層設(shè)置”的有關(guān)概念了。舉個(gè)簡單的例子,不少人布線完成,到打印出來時(shí)方才發(fā)現(xiàn)很多連線的終端都沒有焊盤,其實(shí)這是自己添加器件庫 時(shí)忽略了“層”的概念,沒把自己繪制封裝的焊盤特性定義為”多層(Mulii一Layer)的緣故。要提醒的是,一旦選定了所用印板的層數(shù),務(wù)必關(guān)閉那些未被使用的層,免得惹事生非走彎路。
1、過孔
過孔,在線路板中,一條線路從板的一面跳到另一面,連接兩條連線的孔也叫過孔(區(qū)別于焊盤,邊上沒有助焊層。)
過孔也稱金屬化孔,在雙面板和多層板中,為連通各層之間的印制導(dǎo)線,在各層需要連通的導(dǎo)線的交匯處鉆上一個(gè)公共孔,即過孔,在工藝上,過孔的孔壁圓柱面上用化學(xué)沉積的方法鍍上一層金屬,用以連通中間各層需要連通的銅箔,而過孔的上下兩面做成圓形焊盤形狀,過孔的參數(shù)主要有孔的外徑和鉆孔尺寸。
過孔不僅可以是通孔,還可以是掩埋式。所謂通孔式過孔是指穿通所有敷銅層的過孔;掩埋式過孔則僅穿通中間幾個(gè)敷銅層面,仿佛被其它敷銅層掩埋起來。
為連通各層之間的線路,在各層需要連通的導(dǎo)線的文匯處鉆上一個(gè)公共孔,這就是過孔。工藝上在過孔的孔壁圓柱面上用化學(xué)沉積的方法鍍上一層金屬,用以連通中間各層需要連通的銅箔,而過孔的上下兩面做成普通的焊盤形狀,可直接與上下兩面的線路相通,也可不連。
一般而言,設(shè)計(jì)線路時(shí)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(shí)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,如果是自動布線,可在“過孔數(shù)量最小化”(ViaMinimiz8tion)子菜單里選擇“on”項(xiàng)來自動解決。(2)需要的載流量越大,所需的過孔尺寸越大,如電源層和地層與其它層聯(lián)接所用的過孔就要大一些。
2、敷銅層
敷銅是指PCB板上的一層或幾層銅,就像門上刷的柒一樣,經(jīng)過特殊處理加工后,敷銅就變成了電路板上的一條條導(dǎo)線。
敷銅一定要在頂層和底層。另外要設(shè)置好柵格和線寬的大小。是一種填充,把空白處都敷銅。這樣有利于信號的屏蔽和板子的堅(jiān)固!
一般都是全面敷銅,設(shè)置其網(wǎng)絡(luò)為GND的,所以又稱為鋪地!
3、絲印層(Overlay)
為方便電路的安裝和維修等,在印刷板的上下兩表面印刷上所需要的標(biāo)志圖案和文字代號等,例如元件標(biāo)號和標(biāo)稱值、元件外廓形狀和廠家標(biāo)志、生產(chǎn)日期等等。不少初學(xué)者設(shè)計(jì)絲印層的有關(guān)內(nèi)容時(shí),只注意文字符號放置得整齊美觀,忽略了實(shí)際制出的PCB效果。他們設(shè)計(jì)的印板上,字符不是被元件擋住就是侵入了助焊區(qū)域被抹賒,還有的把元件標(biāo)號打在相鄰元件上,如此種種的設(shè)計(jì)都將會給裝配和維修帶來很大不便。正確的絲印層字符布置原則是:”不出歧義,見縫插針,美觀大方”。
4、SMD的特殊性
Protel封裝庫內(nèi)有大量SMD封裝,即表面焊裝器件。這類器件除體積小巧之外的最大特點(diǎn)是單面分布元引腳孔。因此,選用這類器件要定義好器件所在面,以免“丟失引腳(MissingPlns)”。另外,這類元件的有關(guān)文字標(biāo)注只能隨元件所在面放置。
5、網(wǎng)格狀填充區(qū)(ExternalPlane)和填充區(qū)(Fill)
正如兩者的名字那樣,網(wǎng)絡(luò)狀填充區(qū)是把大面積的銅箔處理成網(wǎng)狀的,填充區(qū)僅是完整保留銅箔。初學(xué)者設(shè)計(jì)過程中在計(jì)算機(jī)上往往看不到二者的區(qū)別,實(shí)質(zhì)上,只要你把圖面放大后就一目了然了。正是由于平常不容易看出二者的區(qū)別,所以使用時(shí)更不注意對二者的區(qū)分,要強(qiáng)調(diào)的是,前者在電路特性上有較強(qiáng)的抑制高頻干擾的作用,適用于需做大面積填充的地方,特別是把某些區(qū)域當(dāng)做屏蔽區(qū)、分割區(qū)或大電流的電源線時(shí)尤為合適。后者多用于一般的線端部或轉(zhuǎn)折區(qū)等需要小面積填充的地方。
6、焊盤(Pad)
焊盤是PCB設(shè)計(jì)中最常接觸也是最重要的概念,但初學(xué)者卻容易忽視它的選擇和修正,在設(shè)計(jì)中千篇一律地使用圓形焊盤。選擇元件的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。Protel在封裝庫中給出了一系列不同大小和形狀的焊盤,如圓、方、八角、圓方和定位用焊盤等,但有時(shí)這還不夠用,需要自己編輯。例如,對發(fā)熱且受力較大、電流較大的焊盤,可自行設(shè)計(jì)成“淚滴狀”,在大家熟悉的彩電PCB的行輸出變壓器引腳焊盤的設(shè)計(jì)中,不少廠家正是采用的這種形式。一般而言,自行編輯焊盤時(shí)除了以上所講的以外,還要考慮以下原則:
(1)形狀上長短不一致時(shí)要考慮連線寬度與焊盤特定邊長的大小差異不能過大;
(2)需要在元件引角之間走線時(shí)選用長短不對稱的焊盤往往事半功倍;
(3)各元件焊盤孔的大小要按元件引腳粗細(xì)分別編輯確定,原則是孔的尺寸比引腳直徑大0.2-0.4毫米。
7、各類膜(Mask)
這些膜不僅是PcB制作工藝過程中必不可少的,而且更是元件焊裝的必要條件。按“膜”所處的位置及其作用,“膜”可分為元件面(或焊接面)助焊膜(TOporBottom和元件面(或焊接面)阻焊膜(TOporBottomPasteMask)兩類。顧名思義,助焊膜是涂于焊盤上,提高可焊性能的一層膜,也就是在綠色板子上比焊盤略大的各淺色圓斑。阻焊膜的情況正好相反,為了使制成的板子適應(yīng)波峰焊等焊接形式,要求板子上非焊盤處的銅箔不能粘錫,因此在焊盤以外的各部位都要涂覆一層涂料,用于阻止這些部位上錫??梢?,這兩種膜是一種互補(bǔ)關(guān)系。由此討論,就不難確定菜單中類似“solderMaskEn1argement”等項(xiàng)目的設(shè)置了。
8、飛線,飛線有兩重含義
自動布線時(shí)供觀察用的類似橡皮筋的網(wǎng)絡(luò)連線,在通過網(wǎng)絡(luò)表調(diào)入元件并做了初步布局后,用“Show命令就可以看到該布局下的網(wǎng)絡(luò)連線的交叉狀況,不斷調(diào)整元件的位置使這種交叉最少,以獲得最大的自動布線的布通率。這一步很重要,可以說是磨刀不誤砍柴功,多花些時(shí)間,值!另外,自動布線結(jié)束,還有哪些網(wǎng)絡(luò)尚未布通,也可通過該功能來查找。找出未布通網(wǎng)絡(luò)之后,可用手工補(bǔ)償,實(shí)在補(bǔ)償不了就要用到“飛線”的第二層含義,就是在將來的印板上用導(dǎo)線連通這些網(wǎng)絡(luò)。要交待的是,如果該電路板是大批量自動線生產(chǎn),可將這種飛線視為0歐阻值、具有統(tǒng)一焊盤間距的電阻元件來進(jìn)行設(shè)計(jì)。
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