(電子產(chǎn)品案例實踐)第4章元件封裝制作

第4章元件封裝制作4.1印刷電路板的概念4.2Protel99SE自帶元件封裝庫4.3PCB元件封裝編輯器4.4創(chuàng)立元件封裝4.5原理圖元件設(shè)置封裝屬性4.6原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表小結(jié)4.1印刷電路板的概念

1.印刷電路板的概念

將電子元器件及其之間的電氣連接線，制成由印刷電氣線路和印制元件結(jié)合而成的導電圖形，其成品板稱為印刷電路板(PrintedCircuitBoard，PCB)，又稱印制電路板。標準的PCB板如圖4.1所示。圖4.1標準的PCB板

2.印刷電路板的分類

1)按絕緣基材分

(1)剛性印刷電路板。

(2)撓性印刷電路板。

(3)剛撓結(jié)合印刷電路板。2)按布線層數(shù)分

(1)單面板。

(2)雙面板。

(3)多層板。圖4.2單面板外表圖4.3單面板底面圖4.4雙面板外表圖4.5雙面板底面

3.印刷電路板的組成要素

1)元件封裝的含義

(1)直插式封裝(THT封裝)。

(2)表貼式封裝(SMT封裝)。圖4.6雙列直插式封裝圖4.7單列直插式封裝圖4.8三端調(diào)壓器封裝圖4.9塑料有引線芯片載體封裝圖4.10小尺寸封裝圖4.11塑料四邊引腳扁平封裝圖4.12球形觸點陣列封裝2)焊盤(Pad)

在Protel99SE的印刷電路板設(shè)計中，元件封裝其實就是指元件在印刷電路板上對應(yīng)的各個焊盤的類型、間距、大小以及元件外殼的大小和形狀。直插式芯片元件的實物管腳、在Protel99SE中的元件封裝以及與實際電路中的焊盤的比照方圖4.13所示。圖4.13直插式芯片元件實物、封裝和焊盤貼片式電阻元件實物、在Protel99SE中的元件封裝以及與實際電路中的焊盤的比照方圖4.14所示。圖4.14貼片式電阻元件實物、封裝和焊盤3)銅膜導線(ConductorPattern)

我們在印刷線路板(板上沒有焊元器件，通常也稱裸板)的外表可以看到的細小線路，如圖4.15所示，亦稱為銅膜導線或布線。圖4.15裸板上的銅膜導線4)過孔(Via)

過孔是雙面板和多層板的重要組成局部，通過在各信號層間有連接關(guān)系的導線的交匯處鉆孔，并在鉆孔后的基材上沉積金屬以實現(xiàn)不同導電層之間的電氣連接。5)層

層有兩種概念：第一種，通常說的幾層電路板是指電路板的布線層數(shù)，單層板是絕緣基板的一面具有導電圖形的印刷電路板；雙層板是絕緣基板的兩面都有導電圖形的印刷電路板，中間是由過孔連接兩面的電氣線；多層板的層數(shù)就代表了有幾層獨立的布線層，由于基板都是兩面的，因此通常多層板的層數(shù)都是偶數(shù)。第二種，指Protel99SE的不同類型的工作層面，包括信號層、內(nèi)部電源/接地層、機械層等，放置不同的信息以實現(xiàn)各種功能。4.2Protel99SE自帶元件封裝庫

最根本的印刷電路板(PCB)使用的元件封裝都在這個元件封裝庫中，主要包括直插式和貼片式的電阻、電容等模擬元件和芯片的封裝。PCBFootprints.lib元件封裝庫中常用的元件封裝與對應(yīng)的元件如表4.1所示。4.3PCB元件封裝編輯器

1.元件封裝編輯器

翻開E盤下的TDA2030A.ddb數(shù)據(jù)庫文件，雙擊設(shè)計數(shù)據(jù)庫中的設(shè)計數(shù)據(jù)庫(Documents)圖標，進入該文件夾。在該文件夾中執(zhí)行菜單命令File?|?New，或在工作窗口空白處單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇New選項，點擊，在該文件夾中新建PCB元件封裝庫文件，新建后的結(jié)果如圖4.16所示。圖4.16新建PCB元件封裝庫文件可以看到在窗口左邊的樹形瀏覽器和右邊的設(shè)計窗口都顯示了PCB元件封裝庫文件PCBLIB1.LIB。雙擊翻開該文件，并點擊左邊樹形瀏覽器的BrowsePCBLib頁面，就可以進入PCB元件封裝庫編輯器，如圖4.17所示，在這里可以新建、修改和保存元件封裝。圖4.17PCB元件封裝庫編輯器2.放置元件封裝工具欄

Protel99SE的PCB元件封裝編輯器的放置元件封裝工具欄提供多種繪圖工具，選擇View?|?Toolbars?|?PlacementTools菜單命令，可以顯示或者關(guān)閉浮動的放置元件封裝工具欄；主菜單命令Place和快捷鍵B+P命令同樣可以啟動繪圖工具，翻開的放置元件封裝工具欄如圖4.18所示。圖4.18放置元件封裝工具欄

3.快捷鍵操作

PageUp鍵：放大元件編輯界面。

PageDown鍵：縮小元件編輯界面。

空格鍵：按住鼠標左鍵，按空格鍵可以90°旋轉(zhuǎn)當前鼠標選中的內(nèi)容。

X鍵：按住鼠標左鍵，按X鍵可以水平旋轉(zhuǎn)當前鼠標選中的內(nèi)容。

Y鍵：按住鼠標左鍵，按Y鍵可以垂直旋轉(zhuǎn)當前鼠標選中的內(nèi)容。

Tab鍵：按住鼠標左鍵，按Tab鍵可以設(shè)置當前鼠標選中內(nèi)容的屬性。Ctrl+X鍵：按住鼠標左鍵拖動，可選中多個元件，按Ctrl+X鍵，光標變成十字形時點擊鼠標左鍵可以剪切選中的內(nèi)容。

Ctrl+C鍵：按住鼠標左鍵拖動，可選中多個元件，按Ctrl+C鍵，光標變成十字形時點擊鼠標左鍵可以復制選中的內(nèi)容。

Ctrl+V鍵：按住鼠標左鍵拖動，可選中多個元件，按Ctrl+V鍵，光標變成十字形時點擊鼠標左鍵可以粘貼選中的內(nèi)容。

Shift+Delete鍵：按住鼠標左鍵拖動，可選中多個元件，按Shift+Delete鍵，光標變成十字形時點擊鼠標左鍵可以刪除選中的內(nèi)容。4.4創(chuàng)立元件封裝

1.手動法繪制TDA2030A功放芯片封裝

TDA2030A功放芯片是5腳的直插式元件，它的外形和管腳如圖4.19所示。圖4.19TDA2030A功放芯片的外形和管腳1)新建元件

在PCB元件封裝編輯器的窗口中，選擇菜單Tools?|?NewComponent命令，或者直接點擊左邊BrowePCBLib欄中的Add按鈕，彈出元件封裝生成向?qū)Т翱?，如圖4.20所示。圖4.20元件封裝生成向?qū)Т翱邳c擊元件生成封裝向?qū)Т翱谥械腘ext按鈕，可以直接生成一個空白的元件，在左邊BrowsePCBLib欄中的Components框中可以看到新建的空白元件封裝。單擊選中該新建元件封裝，并選擇菜單Tools?|?RenameComponent命令，或者直接點擊左邊BrowsePCBLib欄中的Rename按鈕，可以修改該元件封裝的名稱，如圖4.21所示。圖4.21修改元件封裝的名稱2)設(shè)置元件封裝屬性編輯窗口

選擇菜單Tools?|?Library，可出現(xiàn)如圖4.22所示的元件封裝庫屬性對話框DocumentOptions。圖4.22元件封裝屬性對話框在圖4.22中DocumentOptions對話框中Layers選項卡的復選框中打勾，可以選擇需要顯示的層，在VisibleGrid下拉框中可選擇網(wǎng)格的間距。

在DocumentOptions對話框中，選擇Options選項卡，如圖4.23所示。圖4.23Options選項卡3)繪制元件外形

元件的外形框沒有電氣特性，因此選擇封裝設(shè)計窗口下的TopOverlay層。在該層下，選擇放置元件封裝工具欄中的放置線工具，或選擇菜單Place|Track命令，或直接按P+T鍵，系統(tǒng)進入放置線狀態(tài)，此時光標變成十字形狀，如圖4.24所示。圖4.24放置線狀態(tài)下的光標單擊鼠標左鍵可以拖出一條直線，單擊鼠標左鍵可以轉(zhuǎn)彎，單擊右鍵或按Esc鍵可將狀態(tài)切換到待命模式。觀察狀態(tài)欄中的X、Y坐標，以X=0為中軸線，繪制一個406mil?×?189mil的矩形，矩形各頂點坐標為(-203，0)，(203，0)，(-203，189)，(203，189)，如圖4.25所示。圖4.25繪制矩形外形4)放置焊盤

由于TDA2030A是直插式元件，因此焊盤默認在MultiLayer層，即連接了TopLayer層和BottomLayer層的多層。選擇放置元件封裝工具欄中的放置焊盤工具，或選擇菜單Place|Pad命令，或直接按P+P鍵，系統(tǒng)自動進入MultiLayer層，進入放置焊盤狀態(tài)，此時光標變成十字形狀，中間帶一個跟隨鼠標的焊盤。重復單擊鼠標左鍵可以重復放置焊盤，單擊鼠標右鍵或按Esc鍵可以退回系統(tǒng)待命狀態(tài)。放置五個焊盤后，如圖4.26所示。圖4.26放置焊盤5)設(shè)置焊盤屬性

在焊盤未被放置的狀態(tài)下，按住鼠標左鍵使焊盤進入活動狀態(tài)，按Tab鍵可以翻開焊盤屬性設(shè)置窗口；或者鼠標左鍵雙擊焊盤，也可翻開焊盤屬性設(shè)置窗口，如圖4.27所示。圖4.27焊盤屬性設(shè)置窗口圖4.28修改所有焊盤屬性圖4.29修改焊盤屬性后的元件封裝圖4.30設(shè)置后的焊盤位置圖4.31元件管腳圖圖4.32設(shè)置焊盤的序號

2.封裝向?qū)?.1μFCBB電容封裝

0.1μFCBB電容無極性，電容兩腳間距為5mm，大小為8×3mm，其實物圖如圖4.33所示。圖4.330.1μFCBB電容圖4.34元件封裝生成向?qū)Т翱趫D4.35元件封裝類型選擇窗口圖4.36焊盤類型設(shè)置窗口圖4.37焊盤尺寸設(shè)置窗口圖4.38焊盤間距設(shè)置窗口圖4.39電容類型設(shè)置窗口圖4.40元件封裝外形邊框設(shè)置窗口圖4.41元件命名窗口圖4.420.1μFCBB元件封裝

3.封裝向?qū)呻p路可調(diào)電阻封裝

雙路可調(diào)電阻實物如圖4.43所示。圖4.43雙路可調(diào)電阻圖4.44雙路可調(diào)電阻的外形尺寸圖4.45元件封裝類型選擇窗口圖4.46焊盤尺寸設(shè)置窗口圖4.47焊盤間距設(shè)置窗口圖4.48元件外形設(shè)置窗口圖4.49元件管腳個數(shù)設(shè)置窗口圖4.50自動生成的元件封裝圖4.51修改生成的元件外框圖4.52雙路可調(diào)電阻原理圖符號圖4.53調(diào)整后元件封裝的焊盤序號

4.生成其他元件封裝

上面介紹了手動法和向?qū)Хㄉ稍庋b的方法，還有電容和單排插針的封裝需要生成。下面分別給出各個元件封裝的尺寸，請自行完成封裝設(shè)計并對照。圖4.541μFCBB電容實物和封裝圖4.5522μF黑金剛電容實物和封裝圖4.563300μF電容實物和封裝圖4.57兩腳單排插座實物和封裝圖4.58三腳單排插座實物和封裝圖4.59橋堆實物和封裝4.5原理圖元件設(shè)置封裝屬性

1.設(shè)置一個元件封裝屬性

在第3章3.5節(jié)中介紹過原理圖元件的屬性窗口。在原理圖中，元件放置前，即元件在活動狀態(tài)下，按Tab鍵可以翻開元件屬性設(shè)置窗口；在元件放置后，可以雙擊該元件翻開元件屬性設(shè)置窗口；或者鼠標右鍵單擊元件，選擇彈出菜單中的Properties菜單項選擇項，翻開元件屬性設(shè)置窗口，翻開的元件屬性設(shè)置窗口如圖4.60所示。圖4.60元件屬性設(shè)置窗口2.填寫小音箱元件的封裝

常用元件封裝在安裝文件夾|Library|Pcb|GenericFootprints目錄下的AdvPcb.ddb數(shù)據(jù)庫中，該數(shù)據(jù)庫中只有一個PCBFootprints.lib元件封裝庫文件；自建的元件封裝那么保存在小音箱的TDA2030A.ddb數(shù)據(jù)庫的自建PCBLIB1.LIB元件封裝庫中。根據(jù)小音箱的電路功能，我們設(shè)計的小音箱的各個元件封裝如表4.3所示。4.6原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表

1.網(wǎng)絡(luò)表的含義

制作元件封裝，在原理圖中對電路進行正確的電氣連接以及對元件各屬性進行設(shè)置完畢后，就可以從原理圖文件生成相應(yīng)的PCB印刷電路板文件了。從原理圖文件生成相應(yīng)的PCB印刷電路板文件，要通過一個中間步驟，即將原理圖文件生成網(wǎng)絡(luò)表。2.網(wǎng)絡(luò)表的創(chuàng)立

原理圖繪制完畢后，在原理圖編輯器中，執(zhí)行菜單Design|CreateNetlist，彈出如圖4.61所示的網(wǎng)絡(luò)表創(chuàng)立設(shè)置窗口。該窗口主要對網(wǎng)絡(luò)表文件的輸出格式、網(wǎng)絡(luò)標識符的作用范圍以及網(wǎng)絡(luò)表的范圍等屬性進行設(shè)置。圖4.61網(wǎng)絡(luò)表創(chuàng)立設(shè)置窗口小結(jié)

1．Protel99SE自帶多種元件封裝，常用元件封裝在AdvPcb.ddb數(shù)據(jù)庫中的PCBFootprints.lib庫中。需要繪制元件封裝的，那么應(yīng)新建PCBLibraryDocument文件，在PCB元件封裝編輯器中繪制元件封裝。

2．元件封裝可以調(diào)用元件封裝工具欄中的各種工具手動繪制；也可以采用Protel99SE提供的元件封裝自動生成向?qū)е袑?yīng)的元件類型來完成；如果沒有對應(yīng)的類型也可以采用類