新電子產(chǎn)品開發(fā)的過程中，會依照電子產(chǎn)品功能訂定規(guī)格，再依照功能規(guī)格設(shè)計電路，并依序完成電路圖繪制、設(shè)計電路板、樣品試作及功能驗證等作業(yè)，最后才大量生產(chǎn)。

 

以下為電子產(chǎn)品在電路板設(shè)計時的開發(fā)流程：

1.  訂定功能需求

企業(yè)根據(jù)開發(fā)需求，訂定電子產(chǎn)品的功能及外觀，并將相關(guān)功能規(guī)格交給電子設(shè)計工程師(E.E Enginer)，將外觀設(shè)計交給結(jié)構(gòu)工程師，電子設(shè)計工程師可用硬體實作或軟件模擬將各電路功能逐一設(shè)計完成。

 

2.  繪制電路圖

電子設(shè)計工程師將電路設(shè)計完成并經(jīng)確認(rèn)后，開始使用電路設(shè)計軟件進(jìn)行整體電路圖(Schematic)繪制工作，完成后再交由PCB布局工程師(PCB Layout Enginer)進(jìn)行電路板的設(shè)計工作。

 

3.  設(shè)計電路板

PCB布局工程師根據(jù)電子工程師提供的電路圖及實體產(chǎn)品設(shè)計規(guī)范，先進(jìn)行零件布局，再依零件擺放位置進(jìn)行電路布線，完成后即可由電路板編輯器產(chǎn)生電路板底片檔(Gerber Files)，交由電路板工廠進(jìn)行樣品(PCB Sample)試做，待完成后交回給電子設(shè)計工程師。

 

4.  PCBA組裝測試

電子設(shè)計工程師收到電路板樣品后，進(jìn)行零件的PCBA組裝焊接，并進(jìn)行功能除錯及驗證，并與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)做PCBA組裝測試，完成測試后即可大量生產(chǎn)。

 

整個電路板的設(shè)計流程可分為三個階段：

第一階段資料搜集/建立

1.  繪制電路圖

繪制電路圖前，因為電路圖編輯器的初始設(shè)定，并非適用于每種產(chǎn)品，因此，會先針對作業(yè)環(huán)境作適宜的修改，例如重新設(shè)定圖紙大小(Sheet Size)、圖框(Sheet Border)、屏幕顯示格點(Display Grid)及工作設(shè)計格點(Design Grid)距離等。

接著開始將零件從零件庫(Library)取出，擺放至適當(dāng)位置，如欲使用的自建的零件庫，須先掛載到編輯器中。然后依原始電路圖，使用連接線將零件腳位連接(如圖1-7所示)。如果電路太大一張圖紙放不下，會分開于數(shù)張圖紙上，其中電氣特性相同的腳位，會以端點連接器(Off-Page)做連結(jié)，一般會將組成同一功能的零件放在相鄰區(qū)域。

圖1 電路圖

 

2.  各類文件輸出

在圖紙右下方，標(biāo)注電路圖相關(guān)資訊，最后輸出相關(guān)文件，如電路的PDF文件、BOM表(Bil Of Material ，零件列表)、Netlist(網(wǎng)路表)等。

　

第二階段電路建立及布線

1.  取得電路板框資料

因為在零件布局前需先設(shè)定電路板外型及大小，所以，先取得結(jié)構(gòu)工程師的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖，以取得電路板框尺寸及高度限制等資料。

 

2.  電路圖資料轉(zhuǎn)換成電路板

電路板編輯器其操作環(huán)境初始設(shè)定未必是合適的，因此在開啟電路板編輯器后，會先針對操作環(huán)境作適宜的修改，例如設(shè)定走線寬度(Trace Width)、屏幕顯示格點及工作設(shè)計格點等。再根據(jù)電路圖編輯器所產(chǎn)生的網(wǎng)路表(Netlist)，轉(zhuǎn)入至電路板編輯器中，以便取得所有零件的包裝(Package)及各包裝間的電器特性連接資料。電路圖編輯器中零件腳位間的連接線，此時會轉(zhuǎn)成使用預(yù)拉線 (Connection，或稱鼠線) 連接(如圖1-8所示)。

圖2 零件間使用預(yù)拉線連接

 

3.  電路板布局

電路板零件的擺放布局必須考慮結(jié)構(gòu)大小、布線長度、美觀等因素。因為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是固定的，零件的位置必須先考慮與結(jié)構(gòu)相互搭配的零件，如開關(guān)、音量調(diào)節(jié)的可變電阻、DC電源座等，都是必須先固定在某個位置上，然后盡量讓相互連接的零件放在同一區(qū)域，最后再考慮整體的美觀，可將相同零件排在一起，例如電阻、電容、LED等。圖1-9為電路板零件布局完成圖，其中S1、J1及U1為配合結(jié)構(gòu)設(shè)計位置必須固定。

 

一般布局原則及順序如下︰

(1) 必須固定位置的零件，如︰螺絲孔、開關(guān)、可變電阻、連接座等。

(2) 主要零件或較大型零件，如︰單晶片、變壓器、繼電器等。

(3) 次要零件或小型零件，如︰電晶體、電阻、電容等。

圖3 電路板零件布局

 

4.  電路板布線

較復(fù)雜的電路板銅箔布線，一般會先訂定布線規(guī)范(Routing Constraint)，可讓軟件在布線的過程中自動檢查是否符合規(guī)范，如︰走線和走線、走線和零件、零件和零件間的間距、是否限定走線長度等。布線可分為人工布線(Manual Routing)及自動布線(Auto Routing)，如下說明︰

(1) 人工布線

全部的走線均由人工一條一條布線，優(yōu)點是布線最佳化，可有效的利用電路板空間，亦考慮到走線間的美觀，缺點是設(shè)計時間較長，圖1-10為人工布線電路板圖。

圖4 使用單面板做人工布線

　

(2) 自動布線

自動布線前必須先輸入布線規(guī)范，自動布線軟件再依規(guī)范做多次嘗試性的布線，但自動布線尚無法做到最佳化的布線，所以，最后還是需要使用人工做修改。因自動布線大量的使用貫孔(Via)，導(dǎo)致浪費電路板空間，專業(yè)的布線工程師較不會采用自動布線方式，圖1-11 為未經(jīng)人工修正之自動布線電路板圖。

圖5 使用雙面板做自動布線

 

5.  設(shè)計驗證(Verify Design)

由于有些電路板編輯器不會對手工布線做錯誤檢查。所以，對于必須另外做安全間距(Clearance)驗證，以檢查布線結(jié)果是否符合布線規(guī)范；未接線(Connectivity)驗證，以檢查是否已完成所有走線。當(dāng)然，對于較復(fù)雜的電路還需做其他如高速走線(High Speed)驗證、導(dǎo)孔數(shù)量(Maximum via count)驗證、電源板層(Plane)驗證、測試點(Test Point)驗證及電路板制造 (Fabrication)相關(guān)驗證、等檢查。

　

第三階段資料匯出

電路板設(shè)計流程的最后階段，是要做出圖前的處理，如電路板文字面、底片檔輸出等，以下列出此階段重點工作︰

1.  重排零件序號

電路板上文字面的零件序號(Reference Designator)，是由電路圖所指定的，為了方便未來的測試或維修，將零件序號依照其在電路板的位置重新排序，當(dāng)然電路板編輯器會將新的零件序號傳回(Back Anotation)原電路圖，使電路圖和電路板零件序號保持一致性。

 

2.  調(diào)整零件序號方向及位置

由于零件布局時，序號文字方向可能已隨零件旋轉(zhuǎn)，或是移動零件時，序號的字面遮蓋到零件本體、腳位或貫孔上，必須做適當(dāng)調(diào)整以利辨識。

 

3.  加入文字訊息

一般會在電路板上加入型號、設(shè)計日期、版本、公司商標(biāo)、網(wǎng)址等文字或圖形資料，這些都是和零件序號一樣在文字層( Silkscren Layer )中顯示。

 

4.  輸出底片檔

最后電路板編輯器必須產(chǎn)生底片檔(Gerber Files)，才能交由電路板制造工廠試做樣品，以雙面電路板為例，必須輸出的底片檔如下說明︰

Routing TOP        正面的走線層(可選擇含板框Board Outline資料)

Routing BOTTOM   背面的走線層(可選擇含板框Board Outline資料)

Silkscreen         文字絲印層

Solder Mask TOP    正面的防焊層

Solder Mask BOTTOM   背面的防焊層

NC Drill       鉆孔層

 

5.  產(chǎn)生報表

當(dāng)完成電路板后，應(yīng)將相關(guān)資料以報表呈現(xiàn)，以便于制造生產(chǎn)或測試時做參考，常見報表如下︰

(1) 零件列表 (Bil Of Material Report) 

(2) 零件座標(biāo)列表 (Component Location Report) 

(3) 訊號接點列表 (Net List Report) 

(4) 測試點列表 (Testpin Report)