想要学好PCB设计,当然要了解PCB制造的各个流程,这样有助于我们在设计PCB的时候,知道哪些关键设计对最终的PCB板起什么作用,有什么影响。
如果真正想要了解PCB板的制造流程,我们可以自己尝试手工制作,这样就样就更清楚了,正所谓"眼过千遍,不如手过一遍"。手工PCB板的主要流程:
- PCB线路绘制。
- 转印。
- 钻孔。
PCB设计流程
封装库设计,原理图设计,PCB板型设计,元件布局,走线,优化,铺铜,制板文件输出,元件清单整理。
PCB设计工具
俗话说:生产工具是推动生产力发展的的重要因素之一。一个好的设计工具能缩短完成一个PCB板的设计周期。用于PCB设计的主要软件有Protel、Altium Designer、Mentor pads、Cadence等等。这些都是设计工具,只要了解PCB设计的过程和主要的步骤,想要学习不一样的设计工具也是不难的。好比说有人用筷子吃饭,有人用勺子吃饭,有人用刀叉吃饭。最终的结果都能吃饱就行了,就算直接用手吃也是有的。但是为了入乡随俗,只好多学会几个设计工具。因为去到不一样的公司要求使用的工具也就就不一样。
封装库设计
封装库主要包括元件库和封装库。元件库和封装库生成的库又叫做"集成库"。你要画原理图的时候需要使用到的元件就是一个封装。元件封装与PCB封装是相互关联的。在此我向你们提一个问题,你觉得元件封装和PCB封装在设计的过程中哪一个更重要?如果你说元件封装更重要,那么你就错了。为什么?我觉得这两者都重要,但是最重要的还是PCB封装的设计,因为我们设计PCB板的目的就是为了安装电子元件。如果你在设计PCB封装的时候,设计的误差小了0.1mm又或者大了0.1mm的话,也许你会因为这0.1mm的误差造成严重的损失。小的双面板打样一次几块到几十块。如果是多层板的话,打样一次几百到几千以上,如果量产出现的问题那就是几万起了。所以说后果很严重。
元件封装只是一种元件的原理符号,你可以根据你画原理图怎么方便怎么更改它的引脚顺序,但前提是你设计的每一个引脚的功能必须是按照真实的设置。否则也会造成很严重的后果。
原理图设计
原理图设计的目的就是完成元件与元件的虚拟连接,从而把真实的电子元件与电子元件的引脚关联起来,方便后面的布线。原理图设计难吗?其实并不难,现在的原理图设计,更多的是使用。很多的芯片资料就带有它的使用案例,你可以直接拿来用,很多的开发板都有完整的原理图,你要什么功能模块,你也可以照搬。高级一点的芯片,有时候反而更容易设计原理图,因为芯片的功能引脚都已经固定,只要按照芯片的说明文档设计就好。
PCB设计
PCB设计又可分以下几个部分设计。
(1)PCB板设计
PCB板设计,主要是按要求对板的设计。比如说PCB板的层数设计,PCB板是要用一层还是两层,还是四层,六层,八层等等。PCB板的大小,形状设计。如果PCB板的大小是自己定那么需要根据元件的多少,尽可能设定得小一点,这样可以节约制板打样的成本。如果是由工业设计的人定,那只好按照他们提供的板型尺寸来设计。
(2)元件布局
元件布局就是如何在PCB板上摆放元件。元件的布局一般是按照模块化和就近原则布局。使实现同一种功能的所以元件放在一个范围内。模块与模块之间也需要注意干扰与被干扰的问题。会产生干扰的模块远离容易受到干扰的模块,或者在两者之间做好隔离。元件的布局可以根据整体的美观上进行布局调整。
(3)布线
布线就是根据网络连接把元件与元件之间连接起来。一些软件工具虽然有自动布线但是一般很难布出能让自己满意的线,所以一般都会选择自己手动布线,有些人看到那么多线布起来会不会很难。其实布线并不难,要求低一点的PCB板只要你能把它连起来PCB板就可以使用。布线,没有最好的布线,只有更好的布线。布线一般会尽可能的走得整齐一点,这样管理起来,修改起来也会容易点,就算看起来也会舒服点。
(4)优化
优化是指优化线路走线,标识放置,补泪滴处理等等。
线路优化,优化线路的走向。线路是否经过敏感区域,会不会受到干扰,电源线的走线宽度是否需要加粗处理。如果设计的PCB板存在高速线和差分线,还需要进行高速线的等长处理和差分线的特殊处理。你是否看到过一些电路板上会有如下图片所示的走线?
这种线叫做"蛇形走线",他的作用就是延长走线的距离。为什么延长走线的距离?因为那一组走线需要做到等长。意思就是那一组的走线的距离长度是一样长的。而需要等长处理的走线一般都是哪些高速芯片的地址线和数据线。
标识放置,是把需要知道的相关信息标注出来,方便测试或者后期的安装。又或者在PCB板上放置你自家的标识。
补泪滴,是为了让焊盘更坚固,防止机械制板时焊盘与导线之间断开,在焊盘和导线之间用铜膜布置一个过渡区。形状像泪滴,故常称作补泪滴。这个的设计不需要我们如何去处理,因为设计工具会有这个的功能。
(5)铺铜
铺铜就是把除走线之外的空地方的铜都保留下来。这样的话可以减少线路板腐蚀的时间。也可以把空白的地方的铜连接到地网络中,这样做的好处就是即减少了线路板板腐蚀的时间又增强了PCB板的坑干扰的能力。
(6)规则检查
这是PCB设计工具对你设计的PCB板进行全面的检查。不过检查是否存在错误的判断标准是你自己设定的。规则有很多,但需要设定的规则只有重要的几个。比如说,PCB走线的线宽、过孔的内外径大小、走线与焊盘的最小间距等等。而设定的这些规则参数可以根据PCB制板商的工艺能力进行适当的调整。如果自己做的PCB板要求不高的话,那么需要调整的规则就少很多。在调整规则之前要知道哪些规则是最重要的,哪些规则是次要的。重要的规则就是规则参数的设定会直接影响最终制板的成败以及制板的成本。比如说有走线与焊盘的最小间距,过孔的内径大等。每一家制板商都有自己的制板能力极限,如果你做的板超出了他的制板能力,那么他就无法制作完成。还有与成本有关,例如过孔的内径的大小,如果你设置的过孔内径是3mm以下的话就要加钱,否则就不用。次要的规则就是哪些规则的设定不会对PCB板造很大的影响,例如,丝印层字符与字符的间距,丝印层字符到焊盘的距离等。规则的设定不是自己想怎么设就可以怎么设,规则的设定有时要根据具体的封装大小来进行调整,例如:你设定的焊盘到焊盘的规则初始值是0.5mm但现在有一个元件封装的焊盘小于0.5mm,那么你在规则检查的时候就会报错,所以只好根据实际来设定规则。
(7)输出制板文件
制板文件其实真正是叫"Gerber文件",又叫光绘文件。这些是制作PCB板的重要数据文件,主要数据信息有(线路层、、字符层等)图像及钻、铣数据。
(8)完善元件清单
主要是完善每一种元件的具体参数,方便采购购买元件和报价。必要的元件参数有:元件的封装类型,准确的封装名称,这个可以在元件封装设计的时候按照真正的元件名称来定义就好,元件的品牌等等。