試析Protel設(shè)計(jì)PCB的原則及實(shí)驗(yàn)室制板的方法

李鵬

PCB作為電子產(chǎn)品不可或缺的組成部件，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備之中，對(duì)于實(shí)現(xiàn)不同電子元件之間的電氣互聯(lián)發(fā)揮著重要作用。而Protel則是一款十分優(yōu)秀的電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件，可以很好地滿足PCB的電路設(shè)計(jì)要求。基于此，本文分析了用Protel設(shè)計(jì)PCB的原則，并提出了Protel設(shè)計(jì)PCB的實(shí)驗(yàn)室制板方法，以期對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生有所裨益。

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展和電子產(chǎn)品的升級(jí)換代，傳統(tǒng)的手工PCB設(shè)計(jì)方式逐漸被計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)所取代。Protel作為一款功能強(qiáng)大的EDA軟件，在PCB設(shè)計(jì)中有著十分廣泛的應(yīng)用，在相關(guān)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中引入基于Protel的PCB設(shè)計(jì)及制板方法，對(duì)于增強(qiáng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力具有重要作用。

一、Protel設(shè)計(jì)PCB的原則

1.元件布局

元件布局主要遵循以下原則：

高頻元件連接時(shí)，連線應(yīng)盡可能短，以降低電磁干擾；相互之間容易產(chǎn)生干擾的元件應(yīng)該盡量分開(kāi)，不宜靠得太近；對(duì)于存在高電位差的元件，必須滿足相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)；重量較大的元件盡量不要安裝在電路板上，以免損壞PCB板體；對(duì)于容易發(fā)熱的元件，不宜安裝在熱敏元件附近；可調(diào)節(jié)元件要安放到便于調(diào)節(jié)的位置，如果是機(jī)外調(diào)節(jié)，則必須安放到與外殼旋鈕相對(duì)應(yīng)的位置。

其次，根據(jù)電路功能要求，在沒(méi)有特別要求的情況下，應(yīng)盡量根據(jù)原理圖中的元件安排進(jìn)行布局，讓信號(hào)從左輸入、從右輸出；從上輸入、從下輸出。根據(jù)電路流程，合理布置各電路單元的方位，確保信號(hào)傳輸順暢無(wú)阻，并避免出現(xiàn)信號(hào)方向上的沖突。

另外，元件布局應(yīng)以各功能單元為核心，均勻、有序、緊湊地分布在核心電路附近；數(shù)字電路與模擬電路要彼此分開(kāi)；元件和電路板邊緣不宜靠得太近，一般應(yīng)保持3mm以上。

2.導(dǎo)線布線

（1）線長(zhǎng)。銅膜線越短越好，尤其是在高頻電路中。銅膜線變向時(shí)，盡量采用圓角或斜角，而不宜出現(xiàn)尖角或直角，特別是布線密度較高時(shí)更要如此，否則會(huì)影響電氣性能。對(duì)于雙面板布線，要盡量使兩面的導(dǎo)線彼此垂直或斜交，以防導(dǎo)線平行而出現(xiàn)寄生電容。

（2）線寬。銅膜線的寬度要滿足兩方面的要求，一是便于生產(chǎn)，二是達(dá)到相應(yīng)的電氣性能規(guī)定。通常而言，銅膜線的寬度以0.3mm為宜。

（3）間距。兩條銅膜線之間要保持一定的安全距離，該間距至少應(yīng)該能夠承受線上的峰值電壓。另外，出于生產(chǎn)方面的考慮，線的間距要盡可能的寬，特別是布線密度較低時(shí)，更要保持較大的間距。

（4）屏蔽及接地。公共地線要盡量設(shè)計(jì)到PCB板的邊緣位置，同時(shí)，在電路板上要盡量多地留一些銅箔作為地線，以增強(qiáng)其屏蔽功能。此外，地線要盡可能設(shè)計(jì)成環(huán)形或網(wǎng)格形。

3.焊盤(pán)尺寸

確定焊盤(pán)內(nèi)孔尺寸時(shí)，應(yīng)從元件引線直徑、公差尺寸、鍍錫層厚度、孔徑公差多個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮。一般而言，可在金屬引腳直徑的基礎(chǔ)上增加0.2mm作為焊盤(pán)孔徑，并以該孔徑加上1.2mm作為焊盤(pán)外徑。當(dāng)焊盤(pán)的孔徑小于0.4mm時(shí)，應(yīng)確保焊盤(pán)外徑與焊盤(pán)孔徑的比值在0.5～3之間；當(dāng)焊盤(pán)孔徑大于2mm時(shí)，應(yīng)確保焊盤(pán)外徑與焊盤(pán)孔徑的比值在1.5～2之間。另外，特殊情況下也可以使用橢圓、方形等其他形狀。

二、Protel設(shè)計(jì)PCB的實(shí)驗(yàn)室制板的方法

1.熱轉(zhuǎn)印法

熱轉(zhuǎn)印法需要使用美紋膠紙、覆銅板、剪刀、油性筆等工具和材料。制板前應(yīng)輸出并打印圖形文件。

熱轉(zhuǎn)印法的工藝流程如下：下料、拋光、水洗、烘干、貼圖、轉(zhuǎn)印、冷卻、取紙、腐蝕、水洗、烘干、鉆孔、拋光、裁邊、打磨邊緣。

制板時(shí)，應(yīng)注意以下操作細(xì)節(jié)：

（1）應(yīng)參照PCB板尺寸，裁出大小合適的覆銅板；

（2）盡可能采用抗氧化性強(qiáng)的板材作為覆銅板；

（3）轉(zhuǎn)印溫度以175℃為宜，熱轉(zhuǎn)印前，要將板子過(guò)2～3遍；

（4）腐蝕液可以采用1：4的三氯化鐵水溶液，也可以采用濃鹽酸和過(guò)氧化氫的混合水溶液（HCl：H2O2：H2O=1：2：4）；

（5）采用手工鉆孔時(shí)，必須挑選規(guī)格適宜的鉆頭，且盡可能將孔鉆到焊盤(pán)中心。

2.感光板曝光法

感光板曝光法需要用到菲林底片、感光板、剪刀、油性筆、透明膠等工具和材料。制板前應(yīng)輸出圖形文件并打印菲林底片。

感光板曝光法的工藝流程如下：裁板、貼圖、曝光、顯影、腐蝕、脫模、鉆孔、拋光、鉆孔、裁邊、打磨邊緣。

制板時(shí)，應(yīng)注意以下操作細(xì)節(jié)：

（1）注意打印好正片和負(fù)片，以備曝光時(shí)使用；

（2）裁板要小心操作，以防感光膜從板上脫落；

（3）顯影液的溫度以45～55℃為宜，且顯影粉：水=1：100；

（4）褪膜時(shí)應(yīng)采用1：20的脫模液，溫度以50～55℃為宜，沒(méi)有脫模液時(shí)，也可用酒精等替代，經(jīng)擦拭即可褪膜。

Protel是目前廣泛采用的一種PCB設(shè)計(jì)軟件，利用Protel設(shè)計(jì)PCB時(shí)，對(duì)于元件布局、導(dǎo)線布線、焊盤(pán)尺寸等方面都有一定的要求，學(xué)生在學(xué)習(xí)PCB設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格遵循這些原則，并熟練掌握熱轉(zhuǎn)印法和感光板曝光法這兩種實(shí)驗(yàn)室常用制板方法，切實(shí)提高自身動(dòng)手能力，為將來(lái)走向工作崗位奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]鄒春妮.基于protel DXP 2004的pcb設(shè)計(jì)思想和方法的研究[J].中國(guó)科技縱橫，2015（3）.

（作者單位：西藏民族大學(xué)信息工程學(xué)院）