Protel中必用的PCB工藝的介紹
不少初學(xué)者感到Protel軟件本身簡(jiǎn)單易學(xué),容易上手,但較難理解的反倒是軟件以外的一些概念和術(shù)語(yǔ)。為推廣這一強有力的EDA工具,國內出版了該軟件的使用手冊等等,但遺憾的是,這些讀物往往都是針對軟件使用方法本身而編寫(xiě)的,對讀者頗感困惑的PCB I藝中有關(guān)概念鮮有解釋。筆者擬就軟件涉及到的與PCB工藝的條目。擷摘若干,略加解釋?zhuān)员闳藗兏玫乩斫夂褪褂眠@一軟件。要想設計出合乎要求的印板圖,必須先了解現代印刷電路板的一般工藝流程,否則將是閉門(mén)造車(chē)。
一般而言,印板有單面、雙面和多層板之分。單面印板的工藝過(guò)程較簡(jiǎn)單,通常是下料——絲網(wǎng)漏印——腐蝕——去除印料——孔加工——印標記——涂助焊劑——成品。多層印板的工藝較為復雜,即:內層材料處理——定位孔加工——表面清潔處理——制內層走線(xiàn)及圖形——腐蝕——層壓前處理——外內層材料層壓——孔加工——孔金屬化——制外層圖形——鍍耐腐蝕可焊金屬——去除感光膠——腐蝕——插頭鍍金——外形加工——熱熔——涂焊劑——成品。雙面板的工藝復雜情況介于二者之間,此處不贅述。
1、“層(Layer) ”的概念
與字處理或其它許多軟件中為實(shí)現圖、文、色彩等的嵌套與合成而引入的“層”的概念有所同,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今,由于SMT加工中電子線(xiàn)路元件的密集安裝。防干擾和布線(xiàn)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(xiàn),在板的中間還設有能被特殊加工的夾層銅箔,例如,現在的計算機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置走線(xiàn)較為簡(jiǎn)單的電源布線(xiàn)層(如軟件中的Ground Dever和Power Dever),并常用大面積填充的辦法來(lái)布線(xiàn)(如軟件中的ExternaI P1a11e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(guò)孔(Via)”來(lái)溝通。有了以上解釋?zhuān)筒浑y理解“多層焊盤(pán)”和“布線(xiàn)層設置”的有關(guān)概念了。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子,不少人布線(xiàn)完成,到打印出來(lái)時(shí)方才發(fā)現很多連線(xiàn)的終端都沒(méi)有焊盤(pán),其實(shí)這是自己添加器件庫時(shí)忽略了“層”的概念,沒(méi)把自己繪制封裝的焊盤(pán)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,務(wù)必關(guān)閉那些未被使用的層,免得惹事生非走彎路。
2、過(guò)孔(Via)
為連通各層之間的線(xiàn)路,在各層需要連通的導線(xiàn)的文匯處鉆上一個(gè)公共孔,這就是過(guò)孔。工藝上在過(guò)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(guò)孔的上下兩面做成普通的焊盤(pán)形狀,可直接與上下兩面的線(xiàn)路相通,也可不連。一般而言,設計線(xiàn)路時(shí)對過(guò)孔的處理有以下原則:
(1)盡量少用過(guò)孔,一旦選用了過(guò)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(guò)孔不相連的線(xiàn)與過(guò)孔的間隙,如果是自動(dòng)布線(xiàn),可在“過(guò)孔數量最小化” ( Via Minimiz8tion)子菜單里選擇“on”項來(lái)自動(dòng)解決。
(2)需要的載流量越大,所需的過(guò)孔尺寸越大,如電源層和地層與其它層聯(lián)接所用的過(guò)孔就要大一些。
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志圖案和文字代號等,例如元件標號和標稱(chēng)值、元件外廓形狀和廠(chǎng)家標志、生產(chǎn)日期等等。不少初學(xué)者設計絲印層的有關(guān)內容時(shí),只注意文字符號放置得整齊美觀(guān),忽略了實(shí)際制出的PCB效果。他們設計的印板上,字符不是被元件擋住就是侵入了助焊區域被抹賒,還有的把元件標號打在相鄰元件上,如此種種的設計都將會(huì )給裝配和維修帶來(lái)很大不便。正確的絲印層字符布置原則是:”不出歧義,見(jiàn)縫插針,美觀(guān)大方”。
4、SMD的特殊性
Protel封裝庫內有大量SMD封裝,即表面焊裝器件。這類(lèi)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(lèi)器件要定義好器件所在面,以免“丟失引腳(Missing Plns)”。另外,這類(lèi)元件的有關(guān)文字標注只能隨元件所在面放置。
5、網(wǎng)格狀填充區(External Plane )和填充區(Fill)
正如兩者的名字那樣,網(wǎng)絡(luò )狀填充區是把大面積的銅箔處理成網(wǎng)狀的,填充區僅是完整保留銅箔。初學(xué)者設計過(guò)程中在計算機上往往看不到二者的區別,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別,所以使用時(shí)更不注意對二者的區分,要強調的是,前者在電路特性上有較強的抑制高頻干擾的作用,適用于需做大面積填充的地方,特別是把某些區域當做屏蔽區、分割區或大電流的電源線(xiàn)時(shí)尤為合適。后者多用于一般的線(xiàn)端部或轉折區等需要小面積填充的地方。
6、焊盤(pán)( Pad)
焊盤(pán)是PCB設計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,在設計中千篇一律地使用圓形焊盤(pán)。選擇元件的焊盤(pán)類(lèi)型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動(dòng)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(pán),如圓、方、八角、圓方和定位用焊盤(pán)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(pán),可自行設計成“淚滴狀”,在大家熟悉的彩電PCB的行輸出變壓器引腳焊盤(pán)的設計中,不少廠(chǎng)家正是采用的這種形式。一般而言,自行編輯焊盤(pán)時(shí)除了以上所講的以外,還要考慮以下原則:
(1)形狀上長(cháng)短不一致時(shí)要考慮連線(xiàn)寬度與焊盤(pán)特定邊長(cháng)的大小差異不能過(guò)大;
(2)需要在元件引角之間走線(xiàn)時(shí)選用長(cháng)短不對稱(chēng)的焊盤(pán)往往事半功倍;
(3)各元件焊盤(pán)孔的大小要按元件引腳粗細分別編輯確定,原則是孔的尺寸比引腳直徑大0.2- 0.4毫米。
7、各類(lèi)膜(Mask)
這些膜不僅是PCB制作工藝過(guò)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(TOp or Bottom 和元件面(或焊接面)阻焊膜(TOp or BottomPaste Mask)兩類(lèi)。顧名思義,助焊膜是涂于焊盤(pán)上,提高可焊性能的一層膜,也就是在綠色板子上比焊盤(pán)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波峰焊等焊接形式,要求板子上非焊盤(pán)處的銅箔不能粘錫,因此在焊盤(pán)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?jiàn),這兩種膜是一種互補關(guān)系。由此討論,就不難確定菜單中類(lèi)似“solder Mask En1argement”等項目的設置了。
8、飛線(xiàn),飛線(xiàn)有兩重含義:
自動(dòng)布線(xiàn)時(shí)供觀(guān)察用的類(lèi)似橡皮筋的網(wǎng)絡(luò )連線(xiàn),在通過(guò)網(wǎng)絡(luò )表調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(xiàn)的交叉狀況,不斷調整元件的位置使這種交叉最少,以獲得最大的自動(dòng)布線(xiàn)的布通率。這一步很重要,可以說(shuō)是磨刀不誤砍柴功,多花些時(shí)間,值!另外,自動(dòng)布線(xiàn)結束,還有哪些網(wǎng)絡(luò )尚未布通,也可通過(guò)該功能來(lái)查找。找出未布通網(wǎng)絡(luò )之后,可用手工補償,實(shí)在補償不了就要用到“飛線(xiàn)”的第二層含義,就是在將來(lái)的印板上用導線(xiàn)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(dòng)線(xiàn)生產(chǎn),可將這種飛線(xiàn)視為0歐阻值、具有統一焊盤(pán)間距的電阻元件來(lái)進(jìn)行設計。