基于Protel的电子线路板设计第6章课件.ppt

1、第6章 印刷电路板(PCB)的设计基础 6.1 PCB设计的基础概念设计的基础概念6.3 PCB文件编辑器的基本操作技巧文件编辑器的基本操作技巧6.4 PCB板的工作层板的工作层6.5 PCB浏览器的使用浏览器的使用 6.1 PCB设计的基础概念设计的基础概念6.1.1 什么是印刷电路板什么是印刷电路板将电子元器件及其之间复杂的连接关系，按预定设计，制成印刷线路、印制元件或由两者结合而成的导电图形，蚀刻在一块绝缘基材上，提供电子元器件在安装与互连时的主要支撑，称为印刷电路。在绝缘基材上，只提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路(Printed Wiring)，它不包括印制元件。印制电路

2、或者印制线路的成品板称为印刷电路板，也称PCB(Printed Circuit Board)板。标准的PCB板如图6.1所示。图6.1 标准的PCB板图示PCB板在各种电子设备中有如下功能：(1)提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑。(2)实现集成电路等各种电子元器件之间的布线、电气连接(信号传输)或电绝缘。(3)提供所要求的电气特性，如特性阻抗等。(4)为自动装配提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。6.1.2 印刷电路板的分类印刷电路板的分类1.按绝缘基材分按绝缘基材分按照绝缘基材的不同，印刷电路板可分为刚性印刷电路板、挠性印刷电路板和刚挠结合印刷电路板。1

3、)刚性印刷电路板刚性印刷电路板具有一定的机械强度，用它制成的部件具有一定的抗弯能力，在使用时处于平展状态。一般电子设备中使用的都是刚性印刷电路板。2)挠性印刷电路板挠性印刷电路板又称软性电路板，是用挠性基材制成的电路板，即FPC。其主要特点是：可弯曲折叠，能方便地在三维空间装连，减小了电子整机设备的体积；质量轻，配线一致性好，使电子整机设备的可靠性得到提高。3)刚挠结合印刷电路板刚挠结合印刷电路板是利用挠性基材并在不同区域与刚性基材结合而制成的印刷电路板。挠性基材和刚性基材上的导电图形通常是互连的。使用挠性印刷电路板和刚挠结合印刷电路板可以连接不同平面内的电路，可以折叠、卷曲、弯曲，也可以连接

4、活动部件，实现三维布线。2.按布线层数分按布线层数分印刷电路板按布线层数可分为单面板、双面板和多层板三类。目前，单面板和双面板的应用最为广泛。1)单面板单面板即绝缘基板上仅一面具有导电图形的印刷电路板，如图6.2所示。这样用户只能在没有导电图形的另一面放置元器件。单面板适用于比较简单的电路，具有成本低、不用打过孔等优点，但是实际的线路设计工作往往比双面板和多层板困难。图6.2 单面板2)双面板双面板是绝缘基板的两面都有导电图形的印刷电路板，如图6.3所示。由于两面都有导电图形，因此一般采用金属化孔使两面的布线连接起来。双面板是被广泛采用的一种电路结构，一般用于比较复杂的电路，使电路板的导线更加

5、密集，体积也减小很多。图6.3 双面板3)多层板多层板即在绝缘基板上，印制三层或三层以上导电图形的印刷电路板。多层板使用数片双面板，并在每层板间放进一层绝缘层后黏牢(压合)。板子的层数代表了有几层独立的布线层，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。各层之间信号的连通是通过通孔、埋孔和盲孔技术实现的。多层板主要应用于导线很密集或体积很小的电路。它在双面板的基础上，增加了内部电源层、接地层和多个中间信号层。如果PCB板上的元器件需要不同的电源供应，则通常这类PCB会有两层以上的电源层与接地层。6.1.3 印刷电路板的组成要素印刷电路板的组成要素1元件封装元件封装1)基本概念元件封装是电子元件在印

6、刷电路板上的投影轮廓图，既描绘了元件的实际外观大小尺寸，又比较精确地描绘了元件引脚之间的相对位置。简要地说，就是表达元件的外形尺寸和焊盘位置坐标的图形。可见，元件封装是实际元件的空间的、物理上的概念。用户在电路设计过程中，无论是绘制原理图还是设计PCB板，都需要表达元件的具体图形，由此可以清晰地表达各个元件之间的连接关系。编辑原理图时，使用的是原理图元件库中的元件符号；编辑PCB板时，所使用的是PCB元件封装库中的元件封装；而电路图与PCB板之间沟通的渠道就是网络表。电路原理图中使用的元件符号着重于元件图的逻辑意义，而不太注重实际的尺寸与外观。其代表电气特性的部分，就是引脚。引脚名称(或引脚序

7、号)及元件序号是延续该元件电气意义的主要数据。元件封装则着重于元件的实体，包括尺寸及相对位置，其承接电气特性的部分是焊盘名称(或焊盘序号)及元件序号。换言之，原理图中的引脚名称(或引脚序号)转移到PCB板中就是焊盘名称(或焊盘序号)，而原理图中的元件序号转移到PCB板中就是相同的元件序号，如图6.4所示。图6.4 电路原理图中的元件符号与PCB板中的元件封装2)元件封装的分类元件的封装形式可以分成两大类，即插入式封装(THT,Through Hole Technology)和表面贴片式封装(SMT，Surface Mounted Technology)。(1)THT封装。将元件安置在板子的一面

8、，将引脚焊在另一面上，这种技术称为插入式(THT)封装技术。由于要为这种元件每个引脚钻一个孔，因此实质上占掉了PCB板两面的空间，并且焊盘也比较大。但是，THT元件和SMT元件相比较，它与PCB的连接性比较好。像插座这类元件需要承受一定的压力，所以通常它们都是THT封装的。图6.5所示是常见的THT封装元件外形图，它们分别是S(Single In-line Package)、DIP(Dual In-line Package)和三端调压器。图6.5 常见THT封装元件外形图(2)SMT封装。使用表面贴片式封装技术的元件，引脚焊在元件的同一面。这种技术不用为焊接每一个引脚而在PCB上钻孔，并且SM

9、T封装元件比THT封装元件要小，为PCB板节省了空间，因此使用SMT元件的PCB板，其上的元件相对要密集很多。另外，SMT元件要比THT元件便宜，所以现今的PCB上大部分都采用SMT封装的元件。图6.6所示是常见的SMT封装元件的外形图，它们是PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)封装、SOP封装(Small Outline Package)、PQFP(Plastic Quad Flat Package)封装和BGA(Ball Grid Array)封装。图6.6 常见的SMT封装元件的外形图3)元件封装的命名规则元件封装的命名规则一般为元件类型焊盘距离(或焊盘数)

10、元件外形尺寸我们可以根据元件封装的命名规则来判别元件封装的规格。如：AXIAL0.3表示此元件封装为轴状，两焊盘间的距离为300 mil(约等于0.3英寸)，如图6.7(a)所示；DIP10表示双排引脚的元件封装，两排共16个引脚；RB.2/.4表示极性电容类元件封装，其中“.2”表示焊盘间距为200 mil，“.4”表示元件直径为400 mil，如图6.7(b)所示。图6.7 封装命名举例4)常用元件的封装形式为方便读者进行原理图设计和PCB板设计，表6.1列出了常用元件(以插入式为主)在原理图中的元件库名的搜索关键词，及其在PCB元件封装库中的封装搜索关键词。注意：表6.1中原理图的元件库

11、特指Miscellaneous Devices.ddb，载入路径是Program Files Design Explorer 99 SELibrarySchMiscellaneous Devices.ddb；PCB图的封装库特指Advpcb.ddb，载入路径是Program FilesDesign Explorer 99 SELibraryPcbGeneric Footprint Advpcb.ddbPCB Footprint.lib。表表6.1 常用元件的封装形式常用元件的封装形式2铜膜导线铜膜导线(Conductor Pattern)在印刷线路板(板上没有焊元器件，通常也称裸板)表面可以看

12、到的细小线路，如图6.8所示，亦称之为铜膜导线或布线。原本铜箔是覆盖在整个板子上的，在根据导电图形生产PCB板过程中部分被蚀刻处理掉，留下来的部分就形成了细小线路，用于提供PCB上各元器件间的电路连接。图6.8 裸板上的铜膜导线3过孔过孔(Via)过孔是双层板和多层板的重要组成部分，在各信号层有连接关系的导线的交汇处钻孔，并在钻孔后的基材上沉积金属以实现不同导电层之间的电气连接。从工艺流程来说，过孔又分为三类，即从顶层贯通到底层的穿透式导孔(又称通孔，Through Via)；从顶层通到内层或从内层通到底层而不贯通整板的盲导孔(又称盲孔，Blind Via)；以及连接内层之间而在成品板表层不可

13、见的隐藏导孔(又称埋孔，Buried Via)，如图6.9所示。过孔主要由中间的钻孔及其周围的焊盘区两个部分组成，即通孔直径和过孔直径这两部分尺寸决定了过孔的大小。见图示6.10。图6.9 过孔的三种类型图6.10 过孔的尺寸在高速、高密度的PCB设计时，过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间。另外，过孔越小，其自身的寄生电容和寄生电感也越小，更适合于高速电路。但是要注意，孔越小，钻孔加工工艺越难，成本也越高。通常情况下，板厚和孔径比最好应不大于3:1。一般而言，设计线路时对过孔的处理有以下原则：(1)尽量少用过孔，一旦选用了过孔，务必处理好它与周边各实体的间隙，特别是容易被忽视的中间各

14、层与过孔不相连的线与过孔的间隙。(2)需要的载流量越大，所需的过孔尺寸越大，如电源层、地层与其它层连接所用的过孔就要大一些。4焊盘焊盘(Pad)焊盘的作用是放置焊锡、连接导线和焊接元件的管脚。所有元件孔或引脚通过焊盘实现电气连接。为确保元器件与基板之间的牢固粘结，孔周围的焊盘应该尽可能大。焊盘的外径决定焊盘的大小，用D表示；焊盘的内径由元件引线直径、孔金属化电镀层厚度等方面决定，用d表示，一般不小于0.6 mm，具体如图6.11所示。对于单面板，D(d+1.5)mm；对于双面板D(d+1.0)mm。图6.11 插入式焊盘的尺寸常见的焊盘形状有圆形、方形、多边形、泪滴式，等等。选择焊盘类型要综合

15、考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。表6.2所示为不同形状的焊盘及其应用场合。表表6.2 不同形状的焊盘及其应用场合不同形状的焊盘及其应用场合5层层在这里，“层”的概念不是虚拟的，而是PCB板材料本身存在的实实在在的铜箔层。由于现今电子线路的元件密集安装、防干扰和布线等特殊要求，一些较新的电子产品中所用的印刷板不仅有上、下两面供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔。例如，现在的计算机主板所用的PCB板材料多在4层以上。这些层因加工难度相对较大，大多被设置为走线较简单的电源布线层，并常用大面积填充的办法来布线；上、下表面层与中间各层需要连通的地方用“过孔”来

16、沟通。这样就不难理解“多层焊盘”和“布线层设置”的有关概念了。需提醒的是，一旦选定了所用PCB板的层数，务必关闭那些未被使用的层，以免布线出现差错。6.2 印刷电路板的制作工艺印刷电路板的制作工艺6.2.1 PCB板生产过程中涉及到的基本概念板生产过程中涉及到的基本概念 1基板基板 PCB板的原始物料是覆铜基板，简称基板。基板是两面有铜的树脂板。现在最常用的板材代号是FR-4。2铜箔铜箔铜箔是在基板上形成导线的导体，其生产过程有两种方法：压延与电解。压延就是将高纯度铜材压制成厚度仅为1 mil(相当于0.0254 mm)的铜箔。电解铜箔是利用电解原理，使纯铜在滚动的金属轮上不断析出，形成铜箔。

17、PCB厂常用的铜箔厚度在0.33.0 mil之间。3PPPP是多层板制作中不可缺少的原料，它的作用就是用做层间的粘接剂。4干膜干膜感光干膜简称干膜，主要成分是一种对特定光谱敏感而会发生光化学反应的树脂类物质。实用的干膜有三层，感光层被夹在上、下两层间起保护作用的塑料薄膜中。5防焊漆防焊漆防焊漆实际上是一种阻焊剂，是对液态的焊锡不具有亲和力的一种液态感光材料。它和感光干膜一样，在特定光谱的光照射下会发生变化而硬化。使用时，防焊漆要和硬化剂搅拌在一起使用。防焊漆也叫油墨。我们通常见到的PCB板的颜色实际上就是防焊漆的颜色。6底片底片这里的底片类似于摄影的底片，都是利用感光材料记录图像的材料。客户将

18、设计好的线路图传到PCB工厂，由CAM中心的工作站将线路图输出，但不是通过常见的打印机，而是光绘机，它的输出介质就是底片，也叫菲林(film)。胶片曝光的地方呈黑色不透光，反之是透明的。底片在PCB工厂中的作用是举足轻重的，所有利用影像转移原理，要做到基板上的东西，都要先变成底片。6.2.2 印刷电路板的制造工艺流程印刷电路板的制造工艺流程 1影像转移影像转移(成形导线制作成形导线制作)即利用感光材料把图形从一种介质转移到另一种介质上。以内层线路制作为例：基板上先要压上一层感光干膜，干膜上再覆盖上底片，接着曝光。揭开底片看干膜，被光照的地方与未被光照的地方迥然不同。对光聚合型干膜，受光照的地方

19、颜色变深，意味着已经硬化(光聚合反应的结果)，再经过显影(使用碳酸钠溶液洗去未硬化干膜)，原本底片上透明的地方，干膜就得以保留，而原来底片上呈黑色的地方，干膜由于未被硬化，所以被显影掉了。再使用蚀铜液(腐蚀铜的化学药品)对基板进行蚀刻，没有干膜保护的铜就被蚀刻掉，而干膜下的铜面则被保留。如果底片上使用无色透明来代表线路与有铜区，使用黑色来代表无铜区，经过曝光、显影、蚀刻，底片上的影像就转移到基板上来了。2钻孔与电镀钻孔与电镀如果制作的是多层PCB板，并且包含埋孔或是盲孔的话，每一层板子在黏合前必须要先钻孔与电镀。如果不经过这个步骤，那就没办法互相连接了。在根据钻孔需求由机器设备钻孔之后，孔壁必

20、须经过电镀。在孔壁内部作金属化处理后，可以让内部的各层线路能够彼此连接。在开始电镀之前，必须先清掉孔内的杂物。这是因为树脂环氧物在加热后会产生一些化学变化，而它会覆盖住内部PCB层，所以要先清除掉。清除与电镀动作都会在化学过程中完成。3多层多层PCB压合压合各单片层必须要压合才能制造出多层板。压合动作包括在各层间加入绝缘层，以及用粘结剂PP将彼此黏牢等。如果有透过好几层的导孔，那么每层都必须重复处理。多层板的外侧两面上的布线通常在多层板压合后才处理。4处理阻焊层、丝印层和金手指部分电镀处理阻焊层、丝印层和金手指部分电镀接下来将防焊漆覆盖在最外层的布线上，这样一来布线就不会接触到电镀部分了。丝印

21、层面印在其上，以标示各零件的位置，它不能够覆盖在任何布线或是金手指(指实现将两块PCB板相互连结的边接头，其上包含了许多裸露的铜垫，事实上也是PCB布线的一部分)上，不然可能会减低可焊性或是电流连接的稳定性。金手指部分通常会镀上金，这样在插入扩展槽时，才能确保高品质的电流连接。5测试测试测试PCB是否有短路或是断路，可以使用光学或电子方式。光学方式采用扫描方式找出各层的缺陷；电子测试则通常用飞针探测仪来检查所有连接。6元件的安装与焊接元件的安装与焊接无论是THT封装，还是SMT封装的元器件都采用自动化设备来完成元件的安装与焊接。THT封装元件通常采用波峰焊接(Wave Soldering)方式

22、。首先将引脚切割到靠近板子，并且稍微弯曲以让零件能够固定。接着将PCB板移到助溶剂的液面，让PCB板底部接触到助溶剂，这样可以将底部金属上的氧化物去除。在加热PCB板后，则移到融化的焊锡上完成焊接。SMT封装元件通常采用再流回焊接(Over Reflow Soldering)方式。主要经历四个阶段：预热段、保温段、回流段和冷却段。PCB板经预热段，实现PCB板上元件的温度趋于均匀，并保证焊膏中的助焊剂得到充分预熔化。进入到回流段后，焊膏在快速熔化的条件下将元件焊接于PCB板上。最后以尽可能快的速度经历冷却段，整个焊接完成，从而得到明亮的焊点。6.2.3 节省节省PCB板制造成本的方法板制造成本

23、的方法印刷电路技术的发展水平，一般以印刷电路板上的线宽、孔径、板厚/孔径比值为代表。为了让PCB的成本能够更低，有许多因素必须要考虑：(1)板子的大小是成本考虑的重点。板子越小，成本就越低。部份的PCB尺寸已经成为标准，只要按照标准尺寸设计PCB板，那么生产成本自然就会下降。(2)使用SMT封装元件会比使用THT封装元件设计节省成本，因为PCB上的元器件会更密集，相应的PCB板也会更小。但是要注意：如果板子上的零件很密集，那么布线也必须更细，生产PCB的设备也相对的要昂贵，且相应的生产PCB的材质也要更高级，对布线设计要求的水平就更高。这些问题带来的成本，可能比缩小PCB尺寸所节省的还要高。(

24、3)层数越多成本越高，不过层数少的PCB通常会造成大小的增加。(4)由于钻孔需要时间，因此导孔越少越好。埋孔比贯穿所有层的导孔要贵。因为埋孔必须要在接合前就先钻好。(5)板子上孔的大小是依照零件引脚的直径来决定的。如果板子上有不同类型引脚的元器件，那么因为钻孔机器不能使用同一个钻头钻所有的孔，则相对更耗时间，这也就带来了制造成本的相对提升。(6)使用飞针式探测方式的电子测试，通常比光学方式贵。一般来说，光学测试已经足够保证PCB上没有任何错误了。6.3 PCB文件编辑器的基本操作技巧文件编辑器的基本操作技巧6.3.1 新建新建PCB设计文件设计文件启动PCB文件编辑器的过程与原理图文件编辑器类

25、似。其操作步骤如下：(1)启动Protel 99 SE后，执行菜单命令或File|New，将打开一个已存在的设计数据库，或创建一个新的设计数据库文件。(2)创建或打开设计数据库后，打开Documents文件夹，再次执行菜单命令，或在Documents文件夹的工作窗口中单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择New命令，都将弹出新建设计文件对话框，如图6.12所示。选取其中PCB Document图标的文件类型，单击“OK”按钮，即在Documents文件夹中建立了一个新的PCB设计文件，默认名为“PCB1”,扩展名为.PCB。用户最好为新建的PCB设计文件更改一个能描述此电路板功能的名称，使文件具

26、有较好的可读性。图6.12 新建PCB设计文件(3)双击工作窗口中的(或单击PCB文件管理器中的)PCB1.PCB文件图标，就可以启动PCB文件编辑器了，如图6.13所示。图中标注了界面中各部分的功能，左侧是PCB管理窗口，右侧是工作窗口。启动PCB编辑器后，菜单栏和工具栏将发生相应变化。图6.13 PCB文件编辑器的各组成部分6.3.2 PCB文件编辑器的画面管理文件编辑器的画面管理1画面的导航画面的导航PCB文件编辑器中对画面的导航有如下三种方法：(1)使用工作窗口的滚动条。(2)使用PCB浏览器(Browse PCB)中的导航窗口。在PCB文件编辑器界面下，单击Browse PCB标签，

27、则显示PCB浏览器窗口，可以发现，在PCB浏览器的左下方有一个导航窗口，如图6.14所示。其中显示的是当前正在编辑的整张PCB图纸的缩略图，利用该窗口可以方便地浏览PCB图，并在工作区快速定位。图6.14 PCB浏览器(Browse PCB)中的导航窗口窗口的整个矩形代表整个PCB工作窗口，可显示在PCB管理器中浏览的元件或网络。图中可看到一个虚线框，这个虚线框就代表了当前的编辑窗口，移动这个虚线框可移动当前的编辑画面。将鼠标箭头移到虚线框中，按下鼠标左键并移动鼠标，就可使工作窗口在画面上移动。因观察窗口显示的是整张图纸，所以可快速地将所需的部分移动到工作窗口，如图6.15所示。将光标指向虚线

28、框的顶点，按住鼠标左键，拖动顶点可改变虚线框的大小，同时，工作窗口的画面被缩放，虚线框越小，画面放大比例越大，图越清晰。图6.15 调节虚线框的大小实现画面控制此窗口还可作为放大镜来使用。单击视窗下的Magnifier按钮，光标变成一个放大镜，将其移动到工作窗口要放大的部位，在视窗中可显示该部分被放大后的图样。单击Configure按钮，在弹出的对话框中可选择放大镜的放大比例，或按下空格键也可更改放大比例。(3)使用十字光标的自动滑动功能。当PCB编辑器处于某中命令状态时(如正在放置焊盘、线条等)，将鼠标移动到工作窗口时，光标会变成十字形，这时若移动光标到工作窗口边沿时，显示的画面将自动地向窗

29、口内侧滑动。这种自动滑动主要是用以执行某些命令的，也可以用来移动画面，且是手工放置元器件和手工布线中最方便的操作方式。按鼠标右键(停止命令)可以停止自动滑动功能。2.画面的放大、缩小及相关操作画面的放大、缩小及相关操作在PCB文件编辑器设计窗口中可以灵活的放大、缩小画面，并且可以实现以最合适的比例显示整个绘图界面等视图的管理操作。1)当前窗口画面的放大和缩小操作放大画面是为了能够看清楚PCB文件工作界面上各个对象的详细信息，以确保元件与走线之间具有良好的电气连接关系，并且元件的标号、注释等内容都能够清楚地显示出来。缩小画面是为了能够从整体上查看PCB设计工作界面上的布局情况。在电路板设计过程中

30、，布置元件等对象时一般也都是在放大率较小的工作界面下进行的。具体可采用如下操作之一实现：菜单命令：选择“View”菜单，在其下拉菜单中选择放大画面Zoom In；缩小画面Zoom Out，如图6.16所示。图6.16 放大和缩小画面命令 快捷键方式：放大画面PageUp 键；缩小画面PageDown 键。单击主工具栏中的按钮：放大画面；缩小画面，如图 6.17 所示。图6.17 放大和缩小画面的控制按钮2)在当前窗口中显示PCB板中的所有对象在进行PCB设计时，经常会出现PCB设计界面的对象不在显示画面内的情况，虽然可以通过移动滚动条查看，但是难以获得一个整体的印象，并且移动滚动条有时会比较麻

31、烦。此时，用户可以利用如下方法之一实现在当前窗口显示整张图纸或PCB图纸中的整个电路板(注意：一般来说，PCB图纸的范围总是要覆盖其中的电路板，即电路板只属于PCB文档的一部分)，使所有对象都放置在PCB设计工作界面下，而不需要移动滚动条来查看各个对象。这对于调整对象的布局是十分有用的。菜单命令：选择View菜单，在其下拉菜单中选择显示整个PCB图纸Fit Document；显示整个PCB电路板Fit Board，如图6.18所示。图6.18 显示整个PCB图纸命令 快捷键方式：显示整个PCB图纸按下V字母键，松开后再按下 D 字母键；显示整个 PCB 电路板按 V 字母键，松开后再按下 F

32、字母键。单击主工具栏中的按钮：显示整个 PCB 图纸，如图 6.19 所示。图6.19 显示整个PCB图纸的命令控制按钮3)选择画面的一个区域放大如果用户想指定一个区域来放大，可以选择如下任一方法来进行：菜单命令：选择View菜单，在其下拉菜单中选择Area命令，如图6.20所示。图6.20 选择一个区域放大命令 快捷键方式：按下 V 字母键，松开后再按下 A字母键。单击主工具栏中的按钮，如图 6.21 所示。图6.21 选择一个区域放大的命令控制按钮这时鼠标指针上增加一个十字光标。在需要放大的区域左上角按下鼠标左键，这时将出现一个矩形，如图6.22所示。包括在矩形当中的对象将是被选中来进行放

33、大的。此时拖动鼠标使得矩形包括需要放大的对象，然后单击一下鼠标左键，这时矩形中的对象将放大到整个设计工作界面，如图6.23所示。图6.22 选定一个放大区域的具体操作图6.23 选定一个放大区域后的具体操作结果4)画面的刷新在PCB设计过程中，用户将发现经过元件的布局、对象的修改等操作后，PCB设计工作界面中会多出一些斑点、短的走线痕迹等，影响用户对电路板图的观察。这时可以刷新一下显示界面，使这些斑点、走线痕迹消失。实际上，在前述内容中提到的显示界面的放大、缩小、显示PCB板所有对象等操作中，都会对视图进行刷新，但是这些方法都改变了显示界面中对象的位置或显示比例。这里介绍的是不改变视图内容的刷

34、新方法：菜单命令：选择View菜单，在其下拉菜单中选择Refresh命令，如图6.24所示。键盘上的快捷键：按End键。图6.24 刷新画面的命令5)拖动视图当不希望改变视图的显示比例时，无论怎样移动滚动条，总是无法将布局图放置在PCB编辑器工作界面的中间。我们可以采用拖动视图的方法解决此问题。具体方法是：当PCB设计编辑器处于空闲状态，即不进行布线、放置对象等任何操作或命令状态时，按住鼠标的右键不放，这时鼠标指针变成一个手的状态；拖动鼠标到显示界面的合适位置，然后松开鼠标右键，即可改变显示界面中对象在工作窗口中的位置。3工作层的切换工作层的切换如何使一个工作层成为当前工作层呢？此时可以注意一

35、下PCB编辑器窗口底部的工作层标签：当工作层标签处于凸起状态时，此工作层就是当前工作层，如图6.25所示。图6.25 切换工作层当一个工作层变为当前工作层后，如果在PCB编辑器工作窗口中放置Track(走线)、Fill(填充)、Polygon(多边形)、Arc(圆弧)、String(字符串)、Coordinate(坐标标注)和Dimension(尺寸标注)等各种对象时，这些对象会放置在当前工作层上，而Component(元件)、Pad(焊盘)以及Via(过孔)等对象则只能放置在固定的工作层上。欲将一个工作层设置为当前工作层，可以按如下方法之一进行操作：在需要设置为当前工作层的工作层标签上单击鼠

36、标左键。按下小键盘上的加号键(+)，当前工作层将向右转移。如当前工作层为Top Layer，按下加号键之后，Bottom Layer将变成当前工作层；再按下加号键时，Mechanical1则变成当前工作层。不停地按下加号键，将构成一个循环。按下小键盘上的减号键(-)，当前工作层将向左边转移，与按加号键的情况正好相反。不停地按下减号键，也构成一个循环。按下小键盘中的乘号键(*)，当前工作层将在Top Layer和Bottom Layer之间切换。如果在按下乘号键之前，当前工作层既不是顶层，也不是底层，则按下乘号键后，顶层将首先变成当前工作层。乘号键的这个作用主要是为了方便放置元件对象(因为元件对

37、象只能放在顶层或底层上)或手动走线。当一个工作层变成当前工作层后，当前工作层的走线就显示在最前面。如顶层为当前工作层，而顶层上的走线和底层上的走线处于交叉状态，则在交叉处顶层走线会覆盖底层上的走线。4栅格和计量单位的设置栅格和计量单位的设置1)栅格参数的设定栅格(Grid)的设定包括电气栅格(Electrical Grid)的设定及一般栅格的设定，而一般栅格的设定又包括锁定栅格(Snap Grid)与可见栅格(Visible Grid)的设定。当我们要设定栅格时，只需启动Design菜单下的Options命令，即可打开如图6.26所示的对话框。图6.26 栅格参数的设定(3)电气栅格范围。电气

38、栅格主要是为了支持PCB的布线功能而设置的特殊栅格。当任何导电对象(如导线、过孔、元件等)没有定位在锁定栅格上时，就该启动电气栅格的功能。只要将某个导电对象移到另外一个导电对象的电气栅格范围内，就会自动连接在一起。选中Electrical Grid复选框表示启动电气栅格的功能。Range(范围)用于设置电气栅格的间距，一般比锁定栅格的间距小一些才行。(4)可视栅格的类型设置。可视栅格是系统提供的一种在屏幕上可见的栅格。通常可视栅格的间距为一个锁定栅格的整数倍。系统提供Dots(点状)和Lines(线状)两种显示类型。2)计量单位的设置Protel 99 SE提供Metric(公制)和Imper

39、ial(英制)两种计量单位，系统默认为英制。电子元件的封装基本上都采用英制单位，所以，设计时的计量单位最好选用英制。英制的默认单位为mil(毫英寸)，公制的默认单位为mm(毫米)。1mil0.0254mm。按下快捷键Q，计量单位在英制和公制之间切换。6.4 PCB板的工作层板的工作层6.4.1 工作层的分类及其功能工作层的分类及其功能在设计PCB板时，首先要做的第一件事就是设置电路板的类型，实际上就是设置电路板的工作层。Protel 99的PCB文件编辑器提供了多达32层的工作层，通常可以完成16层印刷电路板的自动布线，手工布线时甚至可达到20层以上，可以在任何层面上绘图。Protel 99把

40、32层的工作层加上8个其它辅助层，分成几个不同类型的专用工作层面。用户需要对各种工作层面的意义有清楚的了解。选择Design菜单，在其下拉菜单中选择Options命令并执行，即可打开工作层面对话框。在对话框中可以根据需要打开或关闭层面。层面名称前若有“”，就表示该层面是打开的，无“”则表示该层面是关闭的(关闭的层面并非不存在，只是不显示而已)，如图6.27所示。从图中可见，Protel 99的工作层按照不同的类型分为几组，其名称和作用如下。图6.27 工作层的分类和设置1Signal Layers(信号层信号层)Protel 99提供了16个信号层：Top Layer(顶层)、Bottom L

41、ayer(底层)和Mid1(中间层1)Mid14(中间层14)。信号层就是用来完成印制电路板铜箔走线的布线层。信号层中的顶层和底层主要用于放置元件和信号的走线，中间层主要用于放置信号的走线。在设计双面板时，一般只使用Top Layer(顶层)和Bottom Layer(底层)两层，当印刷电路板层数超过4层时，就需要使用Mid(中间布线层)。图6.28所示为信号层图例。图6.28 信号层图例2Internal Planes(内部电源内部电源/接地层接地层)Protel 99提供了四种内部的电源和接地层，分别为Plane1、Plane2、Plane3、Plane4。内部电源/接地层主要用于4层以上

42、印刷电路板，作为电源和接地专用布线层，双面板不需要使用。内部电源/接地层可以赋予一个网络名称。PCB设计编辑器会自动将属于这个网络名称的焊盘连接到相应的电源或接地层。Protel 99还允许将内部电源/接地层切分为子层，即每一层可以允许有两个或者两个以上的电源面，如+5 V或+12 V等。3Mechanical Layers(机械层机械层)Protel 99 SE系统提供了16个机械层，我们可以在任何一个机械层上确定电路板物理边界，如图6.29所示。而在其它的机械层上放置有关制作及装配的示意信息，如外形尺寸、数据标记、对齐标记、装配说明以及其它机械信息等。图6.29 机械层(Mechanica

43、l 1)上确定物理边界执行Design|Mechanical Layers命令，系统将显示如图6.30所示的“设置机械层”对话框，用以为PCB板设置更多的机械层。通过该对话框用户可以选定使用哪一个机械层，即选中各机械层名后的Enabled复选框。Visible复选框用来确定此机械层是否可见，也就是打开(显示)还是关闭此层。Display In Single Layer Mode复选框用来授权是否可以在单层显示时放到各个层上。另外，在打印或者绘制其它层时可以将机械层加上，这是机械层的一个重要特征。由此带来的好处是可以在机械层上添加一些基准信息，然后在打印或绘制顶层(或底层)时同时将机械层上的基准

44、信息也打印(或者绘制)出来。图6.30 设置机械层对话框4.Solder Mask(阻焊层阻焊层)阻焊层上绘制的是PCB板上的焊盘和过孔周围的保护区域。Protel 99 SE提供了两个阻焊层，分别是Top Solder Mark(顶层阻焊层)和Bottom Solder Mark(底层阻焊层)。为了让电路板适应波峰焊等机器焊接形式，要求电路板上非焊接处的铜箔不能粘锡，所以在焊盘以外的各部位都涂覆一层涂料，如防焊漆，用于阻止这些部位上锡。阻焊层用于在设计过程中匹配焊盘，是PCB上自动产生的绿色或棕色层面，如图6.31所示。它是绝缘的防护层，可以保护铜线不致氧化，也可以防止元器件被焊到不正确的地

45、方。图6.31 具有绿色或棕色层面的阻焊层5Paste Mask(助焊层助焊层)助焊层也称锡膏层，没有涂绝缘防护层，可看到露在外面的铜箔，能够上锡，是具有焊接性能的层面。它与阻焊层是一种互补关系。Protel 99提供了两个助焊层，分别是Top Paste Mark(顶层助焊层)和Bottom Paste Mark(底层助焊层)。助焊层主要用于有表面贴元器件的印制电路板。6Silkscreen(丝印层丝印层)在PCB的阻焊层上印出所需要的标志图案与文字符号(大多是白色的)等的层面(如图6.30左图中所示的白色部分)，由于采用的是丝印的方法，因此称为丝印层。丝印层主要用于标示各元器件在板子上的位

46、置，绘制相关文字说明和图形说明，如元器件的外形轮廓、元件标号和标称值以及厂家标志、生产日期等各种注释字符等。根据各元器件标示在板子上的位置，可方便地进行元器件的安装和维修。Protel 99 SE提供了Top Overlay(顶层丝印层)和Bottom Overlay(底层丝印层)两个丝印层，如图6.32所示。一般各种标注字符都设置在顶层丝印层，底层丝印层可关闭。图6.32 丝印刷7Keep Out(禁止布线层禁止布线层)禁止布线层用于定义在电路板上能够有效放置元件和布线的区域。通过在此层上布置走线形成一个闭合的区域作为布线有效区，在该区域之外是不能自动布局和布线的。8Multi Layer(

47、设置多层面设置多层面)电路板上焊盘和穿透式过孔要穿透整个电路板，与不同的导电图形建立电气连接关系，因此系统专门设置了一个抽象的层多层。一般焊盘与过孔都要设置在多层上，如果关闭此层，焊盘与过孔就无法显示出来。9Drill Layers(钻孔位置层钻孔位置层)Protel 99提供两个钻孔位置层，分别为Drill Drawing(钻孔图)和Drill Guide(钻孔说明)，主要用于提供电路板制造过程中的钻孔信息。10Other(其它层其它层)剩下的层归结起来共有6层，用户可在System操作框中进行设置。各层的功能简要介绍如下：(1)Connections(连接层)：用于设置是否显示飞线，在绝大

48、多数情况下都要显示飞线。(2)DRC Error(设计规则检查错误层)：用于设置是否显示自动布线检查错误信息。(3)Pad Holes(焊盘孔层)：用于设置是否显示焊盘通孔。(4)Via Holes(过孔层)：用于设置是否显示过孔的通孔。(5)Visible Grid(可视网格层)：共有两层，由系统自己使用，主要是为了设计者在绘图时便于定位。6.4.2 工作层的管理工作层的管理Protel 99 SE现扩展到32个信号层、16个内层电源/接地层、16个机械层。系统提供工作层管理器，用户可以对PCB工作层进行层结构定义，层添加、删除，各信号层的位置排列等操作，可以看到层堆栈的立体效果。另外，Pr

49、otel 99 SE也允许用于自行定义机械层的显示数目。通过执行菜单命令Design|Layer Stack Manager可启动工作层管理器。工作层管理器对话框如图6.33所示。图6.33 PCB工作层管理器工作层管理器的主要功能是以按钮形式进行控制的。功能按钮排列在对话框的右上方，依次提供如下功能。1)添加层的操作(1)选取Top Layer层，单击Add Layer(添加层)按钮，就可在顶层之下添加一个中间信号层(Midlayer)。如此重复操作，可添加30个中间信号层。(2)选取Top Layer层，单击Add Plane按钮，可添加一个内层电源/接地层。如此重复操作，可添加16个内部

50、电源/接地层。2)删除层的操作先选中要删除的某一中间信号层或内层电源/接地层，单击Delete(删除)按钮，在确认之后，可删除该工作层。3)层的移动先选中要移动的某一中间信号层或内层电源/接地层，单击Move Up(向上移动)按钮或Move Down(向下移动)按钮，可改变各个工作层间的上下关系。4)层的编辑先选中要编辑的某一层，单击Properties(属性)按钮，将弹出如图6.34所示的Edit Layer(工作层编辑)对话框。其中可设置该层的Name(名称)和Copper thickness(覆铜厚度)等属性。图6.34 工作层编辑对话框5)钻孔层的管理单击图6.33中右下角的Drill