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PCB Layout 設(shè)計(jì)流程

發(fā)布時(shí)間 :2018-06-14 17:03 閱讀 : 來(lái)源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計(jì)部
先有一些基本PCB概念,再開始進(jìn)行軟件上教學(xué)。首先要有個(gè)觀念,PCB談的是制作工藝,不是電路設(shè)計(jì)。所以即使你不太懂什么叫電路設(shè)計(jì),只要確定有一個(gè)可正常工作的電路圖 ,基本上也就可以做出一個(gè)PCB板。你也可以做出你自己的PCB板,只要你掌握了一些的Design Rule。
 
至于如何確定這是一個(gè)可以"工作" 的電路圖? 你可以先用洞洞板手焊驗(yàn)證一下電路或用面包板插一插,先確定一下這是可工作的...Layout PCB時(shí),IC零件再選擇SMD的版本)
 
要完成一個(gè)PCB電路板,基本上可分為主要三個(gè)階段, 第一個(gè)階段電路圖繪制,第二個(gè)階段電路布局,第三階段為建立BOM表,然后進(jìn)行備料及手焊樣品。
 
若你的PCB 需要layout到4層板以上或者高速,RF,天線這種高頻的東西,這已經(jīng)屬pro專業(yè)等級(jí)了,沒有經(jīng)過(guò)專家指導(dǎo)并不容易,再加上你沒有太多量測(cè)儀器,有些也不太可能自己做,這已經(jīng)是另一個(gè)level了,建議找具相關(guān)設(shè)計(jì)專長(zhǎng)領(lǐng)域的Layout House 代工,因?yàn)榭赡芎罄m(xù)還有EMI,F(xiàn)CC,CE,NCC規(guī)范要過(guò)。
 
階段1: 電路圖繪制
這是電路圖繪制階段
這是電路圖繪制階段
 
電路繪圖的流程
 
繪制電路圖--> 對(duì)元件進(jìn)行編號(hào)(Annotate the component ) -->執(zhí)行DRC --> 產(chǎn)生Netlist檔案。
 
1、依照參考電路進(jìn)行電路圖繪制,將每一個(gè)電路元件 (component ) ,完成其連線. 即Schematic symbol的連線圖。
 
2、元件進(jìn)行編號(hào)(Annotate the component ): 加入的每一個(gè)電路元件,包含IC或被動(dòng)零件,都是沒有編號(hào)過(guò)的,所以要從新給予編號(hào). U?,U? --> U1,U2. R? R? R? --> R1,R2,R3
 
3、執(zhí)行DRC: 即執(zhí)行 Design Rule Check,如可能有元件pin沒有連接線 (這個(gè)要放"x",No Connect),或線路這一端找不到另一端的命稱? 或...
 
4、產(chǎn)生Netlist檔案: Netlist檔案,是為了給PCB Layout軟件讀的。有了Netlist,Layout 軟件才知道每一個(gè)元件的線路連接關(guān)系,更重要的是,每一個(gè)元件的Footprint。Netlist 要能正確產(chǎn)生,必須要把電路圖上每一個(gè)component (Schematic symbol) 關(guān)聯(lián)到一個(gè)Footprint實(shí)體 。 Footprint 就是元件的輪廓(contour) ,尺寸,外型,如IC的封裝樣式,連接器的外型等。如SOP8,SOP-24,0805,0604,0402,..
 
Note: 一個(gè)Schematic symbol可以對(duì)到多個(gè)Footprint ,如同一顆IC,可以有多種不同的封裝樣式,BGA,PLCC,TQFP,SOP,SSOP等。Schematic symbol 就只是一個(gè)電路符號(hào),PCB已經(jīng)是到了實(shí)際生產(chǎn)端,要能實(shí)際焊接。 footprint不對(duì),PCB板做出了,IC元件上不了。所以你備了什么料,footprint 就得是什么。通常Layout設(shè)計(jì)軟件都會(huì)有footprint library,讓你挑,如果沒有你要自己產(chǎn)生這個(gè)footprint,尺寸很重要,所以你要有IC的DataBook才好做。
 
Note: 若你要的Schematic symbol,library找不到,也必須自己來(lái)做,也就是加入一個(gè)新的symbol 到component library。
把電路圖上每一個(gè)component (Schematic symbol) 關(guān)聯(lián)到一個(gè)Footprint實(shí)體
把電路圖上每一個(gè)component (Schematic symbol) 關(guān)聯(lián)到一個(gè)Footprint實(shí)體
 
miniUSB 連接器的Footprint
miniUSB 連接器的Footprint
 
階段2: 開始進(jìn)行PCB Layout 
 
PCB Layout 流程
 
載入Netlist--> 將footprint擺放位置 (Placement) --> Routing (走線) --> 對(duì)Ground產(chǎn)生銅面(鋪銅)---> 執(zhí)行DRC -->產(chǎn)生Gerber檔案。
 
將footprint擺放位置 (Placement): 將netlist載入后,電路圖上的元件都會(huì)呈現(xiàn),并且有 ratsnest。ratsnest是用描述電路圖上元間彼此間的"線"連接關(guān)系。這里的"線"是virtual wire 只是知道連線關(guān)系 ,之后對(duì)這些線進(jìn)行實(shí)際routing 布線,也就是繪制Track。track 是實(shí)際的線, 所以就會(huì)有線寬的問(wèn)題, 電流愈大的線, 線寬要設(shè)比較大。 例如: Track width : 0.2mm 可走0.5A; 0,5mm : 1.25A
 
進(jìn)行Layout 之前,要在Edge.cut這一層設(shè)定PCB outline 板框大小,元件就只能放在這范圍里面。
 
另外也要描述Copper layer 的層數(shù),如雙層板及四層板,六層板,所謂幾層板指的就是copper 層的數(shù)量,copper數(shù)愈多當(dāng)然可以走線的平面就愈多。 
 
設(shè)定一些設(shè)計(jì)規(guī)則: 如最小Track Width,Clearance ,Via Diameter,Drill size。另外就是設(shè)定各種幾種布線會(huì)用到的Track width,Via Size.
Note: Clearance: track,pad,via都會(huì)有凈空空間,Clearance即extra space outside the border
設(shè)定各種幾種布線會(huì)用到的Track width,Via Size.
Note: width 單位通常用 mm (Millimeter)或 mil。mil是千分之一英吋inch. 1 mil=0.00254 cm。
2.54mm=0.1 inches
所以40mil約等于1mm; 10 mil 約等于0.25mm
要描述Copper layer 的層數(shù); 此圖為copper layer為2
要描述Copper layer 的層數(shù); 此圖為copper layer為2
要描述Copper layer 的層數(shù); 此圖為copper layer為2
 
PCB設(shè)計(jì)軟件
 
Via:
Via 指的就是鉆孔這件事。電路板是由一層層的copper迭出來(lái)的,而不同電路copper層之間的連通靠的就是via。當(dāng)你布線時(shí),元件間的走線會(huì)需要從TOP層走到Bottom 層(或稱 Front 層走到Back層),就會(huì)須要鉆孔。
 
Plated-thru Hole: 指的是孔壁上有鍍銅
copper 之間透過(guò)Via 來(lái)連接。圖來(lái)源: https://e2e.ti.com
copper 之間透過(guò)Via 來(lái)連接。
 
不同的Via型式:
 
* Through Via (Through Hole) 指的是要打穿的孔(貫孔)。從PCB8外觀看的到。
* Blind Via (buried via): 在多層板中,線路連接在只在中間的幾層而非全部。依據(jù)穿透的型式又區(qū)分為盲孔(Blind hole)埋孔(Buried hole)。
* 另一種via為NPTH (non-plated through hole) ,它是Through-Hole 但孔壁沒有鍍銅(Non-plated),主要是用在機(jī)構(gòu)上的螺絲鎖孔。
不同的Via型式:
 
Via 參數(shù):  通常會(huì)描述Via的直徑及Drill size。Drill size指的是鉆孔口徑的大小。
 Via 參數(shù):  通常會(huì)描述Via的直徑及Drill size。Drill size指的是鉆孔口徑的大小。
 
Pad錫墊其實(shí)分好多種:
1、Through hole pad: DIP元件使用的Pad (有鉆孔) 
2、SMD pad: SMD元件使用的Pad(不用鉆孔) 
3、Anti pad(絕緣錫墊 ):用于隔離孔與內(nèi)層電器連接圍繞在孔周圍的隔離環(huán).如果孔在內(nèi)層中不需要線路連接,就需Anti pad要來(lái)隔離.其內(nèi)徑當(dāng)然要大于孔的外徑.
Pad錫墊其實(shí)分好多種:
 
Copper zone:
就是指在PCB鋪銅 (Copper Pour) 一般PCB在電路設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常需要鋪設(shè)大面積的銅箔來(lái)當(dāng)作電源(Vcc、Vdd或Vss)與接地(GND,Ground)之用。F.Cu及B.Cu都可以鋪.
 
Thermal relief Pad:
copper zone所連接的pad,會(huì)有設(shè)定Thermal relief 的需要。由于pad 連接(接觸)大面積的銅箔 (copper plane) 會(huì)增加散熱的速度,導(dǎo)致該pad需要升溫才能容易焊上,這會(huì)很容易造成空焊或冷焊的情況。所以解決方去 就是pad 仍然可以連接到銅箔,但必須減少其接觸的面積。隔離環(huán)修改為輪輻狀,用以將隔離環(huán)的內(nèi)部的銅連接到隔離環(huán)的外部。
TOP層鋪鋪的狀態(tài),到下方排pad為GND,連接GND Copper zone 都是設(shè)定Thermal relief Pad
TOP層鋪鋪的狀態(tài),到下方排pad為GND,連接GND Copper zone 都是設(shè)定Thermal relief Pad
 
 
TOP層鋪鋪的狀態(tài),到下方排pad為GND,連接GND Copper zone 都是設(shè)定Thermal relief Pad
一般F.Cu及B.Cu 都會(huì)同時(shí)鋪 Copper zone for GND,所以也都會(huì)設(shè)定Thermal relief Pad 
 
第三階段: 建立BOM表,進(jìn)行備料及手焊樣品。
建立BOM表以進(jìn)行后續(xù)的備料及手焊第一版的Sample。透過(guò)產(chǎn)測(cè)程式,確認(rèn)功能無(wú)誤,這就是第一片Engineer Sample。
 
經(jīng)客戶對(duì)產(chǎn)品規(guī)格及功能驗(yàn)證通過(guò)(承認(rèn)Acknowledgment)后,才會(huì)進(jìn)行試產(chǎn) Pilot run (注1),然后才是進(jìn)入MP (Mass Production)量產(chǎn)階段。
 
試產(chǎn) Pilot run 可交由加工廠,由機(jī)臺(tái)自動(dòng)進(jìn)行SMD/DIP零件焊接,這就是PCBA (PCB Assembly)
 
注1: Pilot run  : 是用來(lái)評(píng)估產(chǎn)品的成熟度是否可進(jìn)入正式大量生產(chǎn)的生產(chǎn)階段。
手焊 PCB Sample
手焊 PCB Sample


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