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PCB Layout 设计流程

发布时间 :2018-06-14 17:03 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳恒运娱乐捷PCB设计部
先有一些基本PCB概念,再开始进行软件上教学。首先要有个观念,PCB谈的是制作工艺,不是电路设计。所以即使你不太懂什么叫电路设计,只要确定有一个可正常工作的电路图 ,基本上也就可以做出一个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。
 
至于如何确定这是一个可以"工作" 的电路图? 你可以先用洞洞板手焊验证一下电路或用面包板插一插,先确定一下这是可工作的...Layout PCB时,IC零件再选择SMD的版本)
 
要完成一个PCB电路板,基本上可分为主要三个阶段, 第一个阶段电路图绘制,第二个阶段电路布局,第三阶段为建立BOM表,然后进行备料及手焊样品。
 
若你的PCB 需要layout到4层板以上或者高速,RF,天线这种高频的东西,这已经属pro专业等级了,没有经过专家指导并不容易,再加上你没有太多量测仪器,有些也不太可能自己做,这已经是另一个level了,建议找具相关设计专长领域的Layout House 代工,因为可能后续还有EMI,FCC,CE,NCC规范要过。
 
阶段1: 电路图绘制
这是电路图绘制阶段
这是电路图绘制阶段
 
电路绘图的流程
 
绘制电路图--> 对元件进行编号(Annotate the component ) -->执行DRC --> 产生Netlist档案。
 
1、依照参考电路进行电路图绘制,将每一个电路元件 (component ) ,完成其连线. 即Schematic symbol的连线图。
 
2、元件进行编号(Annotate the component ): 加入的每一个电路元件,包含IC或被动零件,都是没有编号过的,所以要从新给予编号. U?,U? --> U1,U2. R? R? R? --> R1,R2,R3
 
3、执行DRC: 即执行 Design Rule Check,如可能有元件pin没有连接线 (这个要放"x",No Connect),或线路这一端找不到另一端的命称? 或...
 
4、产生Netlist档案: Netlist档案,是为了给PCB Layout软件读的。有了Netlist,Layout 软件才知道每一个元件的线路连接关系,更重要的是,每一个元件的Footprint。Netlist 要能正确产生,必须要把电路图上每一个component (Schematic symbol) 关联到一个Footprint实体 。 Footprint 就是元件的轮廓(contour) ,尺寸,外型,如IC的封装样式,连接器的外型等。如SOP8,SOP-24,0805,0604,0402,..
 
Note: 一个Schematic symbol可以对到多个Footprint ,如同一颗IC,可以有多种不同的封装样式,BGA,PLCC,TQFP,SOP,SSOP等。Schematic symbol 就只是一个电路符号,PCB已经是到了实际生产端,要能实际焊接。 footprint不对,PCB板做出了,IC元件上不了。所以你备了什么料,footprint 就得是什么。通常Layout设计软件都会有footprint library,让你挑,如果没有你要自己产生这个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,也必须自己来做,也就是加入一个新的symbol 到component library。
把电路图上每一个component (Schematic symbol) 关联到一个Footprint实体
把电路图上每一个component (Schematic symbol) 关联到一个Footprint实体
 
miniUSB 连接器的Footprint
miniUSB 连接器的Footprint
 
阶段2: 开始进行PCB Layout 
 
PCB Layout 流程
 
载入Netlist--> 将footprint摆放位置 (Placement) --> Routing (走线) --> 对Ground产生铜面(铺铜)---> 执行DRC -->产生Gerber档案。
 
将footprint摆放位置 (Placement): 将netlist载入后,电路图上的元件都会呈现,并且有 ratsnest。ratsnest是用描述电路图上元间彼此间的"线"连接关系。这里的"线"是virtual wire 只是知道连线关系 ,之后对这些线进行实际routing 布线,也就是绘制Track。track 是实际的线, 所以就会有线宽的问题, 电流愈大的线, 线宽要设比较大。 例如: Track width : 0.2mm 可走0.5A; 0,5mm : 1.25A
 
进行Layout 之前,要在Edge.cut这一层设定PCB outline 板框大小,元件就只能放在这范围里面。
 
另外也要描述Copper layer 的层数,如双层板及四层板,六层板,所谓几层板指的就是copper 层的数量,copper数愈多当然可以走线的平面就愈多。 
 
设定一些设计规则: 如最小Track Width,Clearance ,Via Diameter,Drill size。另外就是设定各种几种布线会用到的Track width,Via Size.
Note: Clearance: track,pad,via都会有净空空间,Clearance即extra space outside the border
设定各种几种布线会用到的Track width,Via Size.
Note: width 单位通常用 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约等于1mm; 10 mil 约等于0.25mm
要描述Copper layer 的层数; 此图为copper layer为2
要描述Copper layer 的层数; 此图为copper layer为2
要描述Copper layer 的层数; 此图为copper layer为2
 
PCB设计软件
 
Via:
Via 指的就是钻孔这件事。电路板是由一层层的copper迭出来的,而不同电路copper层之间的连通靠的就是via。当你布线时,元件间的走线会需要从TOP层走到Bottom 层(或称 Front 层走到Back层),就会须要钻孔。
 
Plated-thru Hole: 指的是孔壁上有镀铜
copper 之间透过Via 来连接。图来源: https://e2e.ti.com
copper 之间透过Via 来连接。
 
不同的Via型式:
 
* Through Via (Through Hole) 指的是要打穿的孔(贯孔)。从PCB8外观看的到。
* Blind Via (buried via): 在多层板中,线路连接在只在中间的几层而非全部。依据穿透的型式又区分为盲孔(Blind hole)埋孔(Buried hole)
* 另一种via为NPTH (non-plated through hole) ,它是Through-Hole 但孔壁没有镀铜(Non-plated),主要是用在机构上的螺丝锁孔。
不同的Via型式:
 
Via 参数:  通常会描述Via的直径及Drill size。Drill size指的是钻孔口径的大小。
 Via 参数:  通常会描述Via的直径及Drill size。Drill size指的是钻孔口径的大小。
 
Pad锡垫其实分好多种:
1、Through hole pad: DIP元件使用的Pad (有钻孔) 
2、SMD pad: SMD元件使用的Pad(不用钻孔) 
3、Anti pad(绝缘锡垫 ):用于隔离孔与内层电器连接围绕在孔周围的隔离环.如果孔在内层中不需要线路连接,就需Anti pad要来隔离.其内径当然要大于孔的外径.
Pad锡垫其实分好多种:
 
Copper zone:
就是指在PCB铺铜 (Copper Pour) 一般PCB在电路设计时经常需要铺设大面积的铜箔来当作电源(Vcc、Vdd或Vss)与接地(GND,Ground)之用。F.Cu及B.Cu都可以铺.
 
Thermal relief Pad:
copper zone所连接的pad,会有设定Thermal relief 的需要。由于pad 连接(接触)大面积的铜箔 (copper plane) 会增加散热的速度,导致该pad需要升温才能容易焊上,这会很容易造成空焊或冷焊的情况。所以解决方去 就是pad 仍然可以连接到铜箔,但必须减少其接触的面积。隔离环修改为轮辐状,用以将隔离环的内部的铜连接到隔离环的外部。
TOP层铺铺的状态,到下方排pad为GND,连接GND Copper zone 都是设定Thermal relief Pad
TOP层铺铺的状态,到下方排pad为GND,连接GND Copper zone 都是设定Thermal relief Pad
 
 
TOP层铺铺的状态,到下方排pad为GND,连接GND Copper zone 都是设定Thermal relief Pad
一般F.Cu及B.Cu 都会同时铺 Copper zone for GND,所以也都会设定Thermal relief Pad 
 
第三阶段: 建立BOM表,进行备料及手焊样品。
建立BOM表以进行后续的备料及手焊第一版的Sample。透过产测程式,确认功能无误,这就是第一片Engineer Sample。
 
经客户对产品规格及功能验证通过(承认Acknowledgment)后,才会进行试产 Pilot run (注1),然后才是进入MP (Mass Production)量产阶段。
 
试产 Pilot run 可交由加工厂,由机台自动进行SMD/DIP零件焊接,这就是PCBA (PCB Assembly)
 
注1: Pilot run  : 是用来评估产品的成熟度是否可进入正式大量生产的生产阶段。
手焊 PCB Sample
手焊 PCB Sample


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