印制线路板设计工艺流程

印制线路板的设计工艺流程图如图3. 18 所示，包括电子元器件数据库登录、设计准备、区块划分、电子元器件配置、配置确认、布线和最终检验。在流程过程中，无论在哪道工序上发现了问题，都必须返回到上道工序，进行重新确认或修正。

一，电子元器件数据库登录
如果对电子元器件数据库登录缺乏应有的重视，就有可能造成焊点位置的偏差，而这往往就是产生印制电路残次品的关键所在。例如，在图3.19 的引线式石英振子焊脚的信息登录中可以看出，只有通过对具体电子元器件数据库尽可能的准确登录，才能够防隐患于未然，才能够保障检验检测工具确认了的结果确实可靠。不要以为繁琐详尽的电子元器件数据库会给印制线路板的设计带来麻烦，恰恰相反，繁琐详尽的电子元器件数据库反倒会提高设计的效率和印制线路板的质量。电子元器件数据库是印制电路电原理图设计、印制线路板设计、印制电路组装等各相关部门共同遵守的协议与交流平台，其内容也属于各公司经验积累的一部分而予以妥善保存。

另外一个需要举出并强调的例子就是贴片式半可变电容器。贴片式半可变电容器又称为贴片式微调电容器，在电子电路中的应用远没有贴片式固定电阻器、贴片式固定电容器、贴片式电解电容器那么普遍。在结构上，贴片式半可变电容器可以分为开放型和封闭型两类型。开放型贴片式半可变电容器(开放型片式微调电容器)常见的结构形式见图3.20 。封闭型贴片式半可变电容器(封闭型片式微调电容器)的常见结构形式见图3.21 。贴片式半可变电容器以陶瓷为电介质，照理说它似乎不应当具有正负极的极性，然而正是因为这么一个"照理说"才使得这种使用不多的电子元件在新设计印制电路板的组装中屡屡出现问题，因此不得不强调一下贴片式半可变电容器的极性问题，也就是在贴片式半可变电容器的两个引出端中，究竟哪一个引出端是与动片相连接的问题。贴片式半可变电容器的极性可能会随着生产厂家的不同而不同。如果在设计印制电路板的平面图形的过程中，没有充分注意到所选用的贴片式半可变电容器的极性的话，当你将贴片式半可变电容器调整到合适的电容量后，把拿着调整起子的手挪开时，电容量的大小突然又变得不合适了，或者说，已经调整过了的整个电路又变得失配了，那很可能就是在印制电路中将贴片式半可变电容器的极性组装颠倒了。因为这时候动片与地之间的电容量包含了半可变电容器的电容量以及与之并联的人体感应的电容量。而随着人体感应电容量的变化，动片与地之间的电容量发生了变化。贴片式半可变电容器自身在结构上，应当是动片引出端与其屏蔽外壳相连接;当将片式半可变电容器片式半可变电容器组装到印制电路中的时候，合理的组装方式应当是把动片引出端与本机的"接地"端相连接，这样才不会出现上面所说的"当你将贴片式半可变电容器调整到合适的电容量后，把拿着调整起子的手挪开时，电容量的大小突然又变得不合适了"的现象。

二，设计准备
在进行设计准备时，首先根据整体结构设计中所确定的印制线路板的大小以及自家公司所能达到的布线密度，决定所使用的印制线路板的种类、层数以及组装方式等，井编制合乎这些条件的印制线路板设计条件设定文件。

接下来要读取由印制电路整体结构CAD 提供的信息，内容包括印制线路板的外形尺寸(包括孔的尺寸)、印制线路板工艺水平决定的最小线条宽度和最小线条间隔、禁止布线区和禁止配置电子元器件区等所谓的禁止区域、高度限制、指定位置的电子元器件位置坐标等。印制线路板CAD 中的数据形式与印制电路整体结构CAD 中的数据结构形式是不同的，因此在读取由印制电路整体结构CAD 提供的信息时一般都需要经过转换才能使用;不过最近出现了)种IDF 数据形式，它可以在二者之间相互通用。

然后再读取由电路原理图CAD 提供的信息，内容包括电路网络阻扰方面的信息、电子元器件编号与型号以及各种制约条件等。这些制约条件中有预解析中得出的最佳布局限制、布线长度限制、衰减电阻值限制，还有电路原理图的设计人员在电路图中标注的防护图形、去搞电容器的配置限制、各种经验技巧等。

一般来说，在从印制电路设定文件读取所定义的电子元器件编号、型号、性能等信息时，应当能够自动地为它们的引出端增添焊脚的位置。

三，区块划分
区块划分阶段要解决的是印制线路板的布局问题。在布局不合理的情况下，是根本设计不出性能良好的印制线路板的。电路原理图设计人员的电路设计意图，将通过印制线路板设计人员，充分地反映在区块划分上;因此印制线路板设计人员在正式的布线之前，必须得到电路原理图设计人员对自己区块划分计划的认可。而且即使是在区块划分得到签发许可的情况下，印制电路生产厂家的线路板设计人员也最好能直接见一下印制电路订购厂家的电路原理图设计人员，以便能够最后确切地知道后者的真实意图。

在区块划分中，首先要满足的是从系统整体结构设计中读取的位置指定电子元器件的配置问题。例如，对于我们在图2. 1 中所提到过的带有调幅和调频收音机功能的光碟机电路，考虑到电路整体系统结构设计所规定的包含孔尺寸的外形尺寸、位置指定电子元器件的配置，由印制线路设计人员规划出的包括控制电路、控制电路连接器、电源连接器在内的区块划分示于图3. 22 。在区块划分中控制电路理所当然地靠近控制电路连接器;大电流容易发热的两只功率放大器靠近电源连接器，而且置于易于散热的边缘部位;为减少开关噪声而在控制电路区域周围留有较为空旷的隔离带，使其与CD 、AM 、FM 电路隔开。这种留有隔离带的处理方式常见于单面、双面、4 层等层数较少的印制线路板的区块划分之中。

四，电子元器件配置
在区块划分结束后，就要往区块内配置电子元器件了。电子元器件配置首先应当从主要区块内的集成电路、大规模集成电路之类的核心电子元器件开始，并根据与其他区块相连接的信号通道走向、电流的大小，确定它们的取向。例如，在图3. 22 中，高频电路中的电流较小，:fM 和AM 以及CD 电路中的集成电路应当布置在远离控制电路的位置，因为控制电路是由信号电流较大的数字电路构成的。在布置了核心电子元器件的位置后，接下来要布置的就是去搞电容以及一些具有条件限制的电子元器件的位置。最后布置的才是那些没有条件限制的电子元器件，它们的排列依据是与之相连接的核心电子元器件引出端的位置。虽然也有能够自动配置电子元器件的印制线路板CAD 软件;但是如果事先把每个区块内具有限制条件的电子元器件配置好了以后再利用这种软件，将会得到更为理想的结果。

五，配置确认
在前面的电子元器件数据库登录、设计准备、区块划分、电子元器件配置过程中，对以后的制成品印制电路性能影响最大的应当是区块划分，如果在完成布线后或者将印制电路制成为成品后才发现其性能不好而进行修正，效果往往不令人满意。因此在电子元器件配置完成后，应当让电路原理图的设计人员确认一下上述步骤，尤其是其中的区块划分有无差错。否则，绝对不允许转入后续的布线过程。如果在这种确认过程中，能够利用所说的设计规则检查工具，来检测上述的区块划分和元器件配置，将可以有效地避免在完成布线后或者将印制电路制成为成品后才发现检测不合格而被剔除所造成的损失。

电路原理图设计人员在本次确认中，主要关心的问题是信号通道布线是否合适、是否满足了限制条件、是否达到了整个电路系统结构设计所规定的高度限制和禁止布线区与禁止配置电子元器件区等要求。在数字电路的情况下，还要从避免电磁干扰的角度审查一下去藕电容的配置方式。

在确认过程中如果发现某两连接点之间的最短连线为图3.23 所示斜线的情况下，应当将其解析为要么按照X 轴方向走向、要么按照Y 轴方向走向的折线。只有在保证折线长度满足导电带长度限制的情况下，才可以或折或斜均无后顾之忧地实施后续的布线过程。

六，布线
在进行数字电路布线的时候，首先是按照拓扑学规则、微带线的工作条件、高频电流布线中需要注意的问题等限制条件，利用印制线路板CAD 的半自动布线支援功能与手工布线相结合的方法，进行时钟脉冲传输线和总线布线工作。其次，靠手工方式将电源通道的导体图形一直连接到电源滤波
器，与去藕电容相连接的导电带应当布得尽可能的短。在布电源通道的导电带时，应当注意导电带的宽度必须满足集成电路、大规模集成电路的电流容量，图3. 24 是大电流(大功率)电路中导电带的几何尺寸与其容许的电流大小和自身的分布电阻值的关系曲线。在所有的限制条件都得到满足后，就可以启用印制线路板的自动布线功能进行布线了。不过，一般来说，自动布线后的图形修正工作要远比自动布线繁琐得多、耗时得多。有时候在自动布线后，还会剩下一部分无法自动布线的内容，这部分也需要手工布线。在空院姓还应当贴上一些接地导体图形，以便将电磁干扰屏蔽掉;另外，为了使这些屏蔽电磁干扰的导体图形不至于变成高效率电磁辐射电路图形，应当为它们选择合适的与接地层连接的位置;而且，也不能因为这种接地的屏蔽导体图形的添加而引起时钟脉冲通道导体图形与总线导体图形特性阻抗的变化。整个布线过程应当始终不要忘记了各种防电磁干扰措施。

当所布的导体图形是模拟电路的信号通道时，应当注意到不同电路的信号电流大小可能会差异很大。其布线顺序是先布信号电流小的，依次再布信号电流大的;与接地层的连接也是按照信号电流由小到大的顺序进行。当整个电路中既有数字电路又有模拟电路时，二者应当隔离开来;在需要将二者连接到一起时，接点应当设置在模拟信号电流变大了的电路部分;并且将它们的接地点安置在该部分，实现点接地。但是，当使用接地导体图形将数字电路与模拟电路隔离时，绝不能造成数字电路返回电流环路的路径变大，否则会引起电磁干扰。因此在隔离处究竟使用不使用接地导体图形，要视具体情况而定，不可一概而论。还必须注意任何信号电流与返回电流形成的环路绝对不可以与其他信号电流与返回电流形成的环路相交叉。许多模拟电路都是相同的，以前使用过的印制线路板设计方案往往可以重复使用或者作为参考方案使用，建议注意保留，以作为经验的积累。

在模拟电路为高频电路的情况下，则必须考虑电路的分布参数特性，仅仅移动了一下电子元器件的位置、导电带的位置、孔的位置，就有可能使得印制电路的性能完全两样。因此，这类电路的设计需要设计专家的经验和检验把关或者遵照解析规则逐步修正，才能得到满意的结果。不过，这类电路中也有像广播通信中所使用的那种频率与工作方式经长年累月都不改变的电路，这时候我们就可以巧妙地利用这一特点，将其中的某些部件制作成组件，甚至借助于分立电子器元件，以期达到开发周期短、性能稳定的目的。

电源电路有时候是外购现成的电源组件，有时候是自己设计印制线路板。在自己设计电源电路印制线路板的情况下，应当保证导电带的宽度(有时候还有厚度)必须能够满足电流容量的需求，必须得到UL 认证和符合电器产品安全法。所谓UL 认证，是一种与安全鉴定相关的认证，起源于美国保险商实验室(Underwrites LaboratoriesInc. )，它是世界上最大的从事安全试验和鉴定的民间机构之一。在设计开关电源的场合下，由于存在着很大的开关电流，应当格外小心对于电磁干扰的防护。

七，印制线路板设计的最终检验
印制线路板设计的最终检验，包括由电路原理图设计人员的认证和靠检测工具的检测两个过程。

作为电路原理图设计的人员，当遇到设计成精细布线的印制线路板时，就不得不将图形放大10 倍以上才能够仔细观察;当遇到设计成多层印制线路板时，就很难判断跨层布线的连接状态。于是开发了一种图像浏览器(Viewer) ，利用它只需要点击电路原理图上的电子元器件或者电子电路网络，对应部位就会在图像浏览器中发亮，从而方便了电路原理图设计人员的最终检验过程，参见图3. 25 0电路原理图设计人员在最终检验过程中主要关心的问题与他们在中间检测过程中关心的问题是一样的，内容包括信号通道布线是否合理、电路原理图中记载的限制条件是否得到满足、电源与接地布线是否得当。

另外，可供印制线路板最终检测用的检测工具有后解析、设计规则检测、经验技巧积累起来的检测方式以及下面我们将要讨论的印制线路板设计的可制造性分析。

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