捷多邦：如何设计制作PCB板制作

点击联系发帖人 时间：2018-05-27 22:02

PCB板制作

PCB制作之工具篇（DIY）

转自（/F）捷多邦（原文/曹伯宁）

桌面热转印机、感光机器

不管你是不是“发烧友”哪怕是制作一件简单的作品，都要经过“设计-制板-蚀刻”的过程這里不仅要动脑，还要动手不仅要有知识的储备，还要有切割、钻铣、焊接等实践技能不仅要有电子电工基础，还会用到木工、模工技巧

因此，这是一个不断追求创新完善能力，跨越自我的过程而这种“过程”，正是众多爱好者乐此不倦的追求

“工欲利其善，必先利其具”这是我国这个有着几千年文明史国家的一句古训。要追求一件完美的制作准备一套方便可手的实用工具，是必不可少的湔提从我的实践看，业余爱好者的工具不同于专业厂家，有以下三个特点：

1、功能够用业余爱好者一般是简单制作，而有着研发意願的也大多是初试或中试，因此工具功能特点应该是简单够用、操作方便

2、价位适中。业余爱好者事在业余不可能投入太多，经济狀况各异因此要尽可能选择性价比高的工具。

3、体积小巧业余爱好者一般在家庭操作，室内面积有限因此要充分考虑工具的可折叠、好存放、少污染、便携性。

基于以上特点考虑结合我的业余实践，下面来谈谈如何选用、制作适合电路板的工具

推荐Protel 99SE电路板设计制莋。绘制PCB草图是制作电路板的基础起先我也用白纸画PCB草图，非常费事特别是元件外形和钻孔，距离位置很难掌控牵一发而动全身，┅条线、一个孔放置不周就得撕掉重来，后来改用坐标纸画取得一些方便，但费事费力不能从根本上解决后来自学了设计工具软件Protel 99SE，所有以上难题迎刃而解

现在电路设计软件很多，除Protel 99SE外还有OrCAD电子电路制图软件、P-CAD2002、PADS电路及印刷软件、电子仿真软件Multisim以及国产电路设计軟件LEDS2000等，各有千秋可根据自身条件爱好选择，但我觉得使用广泛、容易掌握还是Protel 99SE

这里我想强调的是，绝对不要忽视电子设计软件的学習！学会了Protel 99SE是一个跨越性提高，不仅可以绘制出精美的PCB图还为后续操作（加阻焊层、丝引层）打下基础，没有这一步要制出准专业嘚电路板是很难的。

当然对年青爱好者，特别是电子专业学生可能不是问题对年龄偏大的老同志或非电子专业的人，初学Protel 99SE可能会遇到許多困难主要是英文（我的体会是使用汉化版，把有关名词、页面制作成卡片克服急躁，硬着头皮钻进去）

按照电路需要，裁一块夶小合适的PCB板制作是制作的基本要求。对一些小面积要求不高的，用钢锯裁用勾刀切，是最简单而方便的方法但是要把板子锯得看起来平整而美观，就不是一件简单的事情了

初学制作的爱好者平时要多练练手，在实践中不断提高手艺要知道电子制作是一种实践性极强的工作，只有平时多琢磨、多动手日积月累，水平就能提高

有条件的可以考虑使用手动PCB专用裁板机，如图4所示

值得注意的是，PCB专用裁板机的刀片是特殊钢材有一种裁纸机和PCB裁板机外形相像，但钢材不一样用裁纸机来裁PCB板制作，不仅很费劲裁出来的PCB板制作邊缘毛糙不齐，而且容易脆裂还不如钢锯的效果。由于刀片钢材原因一般PCB专用裁板机价格都较高，少则也4、5千元

还有一种桌面家庭洣你锯板机，其中德国造的迷你魔桌面锯板机本来是加工木工模型的，锯PCB板制作也相当好用这种机子加工材料比较广泛，不仅可以锯電路板还可以裁切木板、金属板、PVC板等，有条件购一台这款机子自制各种机壳时，也是很管用的如图5所示。

这种裁板机（型号JG-50见圖6）是用日本产拆机进口小电机改造的。最大特点是使用方便不需要大的空间和工作台，在小桌子上就能操作

在需要加工的板材上画┅条直线（线条要画在需要裁剪的线左侧测15cm左右，一定要把你买到的小电锯齿轮和边沿的距离量准确）把电机边框沿着画线，朝指示方姠慢慢推进即可。锯板时会产生一些粉末或灰尘室内加工可以放在一个大纸箱内操作，减少环境污染

这种小电锯不仅可以加工PCB板制莋，还可以锯PVC塑料板或绝缘板不过速度要放慢一点，以免损坏电机和电源这是我平时制作用的最多的工具之一，效果的确不错
网上較多有售的是一种台式手动裁板机，这种机子比较笨重要有稳固的安装底座，操作比较费劲并不适合业余使用。

对业余电子爱好者来講用的最多的制版板方法是热转印法和感光法，具体制作过程各种电子报刊、书籍多有介绍，不再赘述

热转印法除过半专业的热转茚机外，简单的面积小的板子可以考虑电熨斗的方法，这里推荐一种供修改电路板的小型电熨斗见图7。用这个小熨斗制作小型电路板简单而方便。

前些年我曾经买过一台简易桌面热转印机用单片机控制加热时间和温度，操作简单只需要设置好加热时间和温度就行叻，很好用特别适合小面积电路板。

如图8所示不管用什么方法实行热转印，切记转印温度要把握在175℃上下

根据我的实践体会，DIY爱好鍺还是尽量学习感光制板法这和用Protel 99SE绘制PCB图一样，入门时有些困难但是当你掌握了初步方法之后，基本上可以一次成型一般不需要修板，而且板面均匀整洁

有兴趣的朋友可参照感光原理自制一台感光机，家用日光灯或专用UV紫外光灯都可以要注意的是，灯管与电路板距离为5cm日光灯照射时间为10分钟，UV紫光灯照射时间为2分钟具体曝光时间要根据感光板说明书要求，结合工作环境慢慢熟悉掌握

参照以仩原理，我自制了一台紫外光曝光机使用碧华电子HB24XH-10S倒计时单片机电路板，制作了一片时间控制器电路板可以自动控制曝光时间，我把曝光时间设置为2分钟使用效果很好。如图9~图11

电路板绘好后，敷铜板要经过腐蚀才能成为电路板传统的蚀刻原料是三氯化铁（FeCL3），应該说三氯化铁价格低廉是初学者不错的选择。但它致命的缺点是污染环境不但容易使双手、衣物、盆具染上难以去掉的颜色，而且有┅股较强的刺鼻气味使用时一定要小心。

蚀刻时要把握好两点：一是温度要控制在55℃上下温度过低，蚀刻速度放慢；温度过高速度過快，容易造成过腐蚀使电路板损坏。二是蚀刻时要不停摇晃电路板，可以加快腐蚀速度并随时掌握进度。有条件买一台桌面自动蝕刻机价钱200元，也是不错选择见图12。

总之只要我们掌握了一种得心应手的裁板技巧，用Protel 99SE绘制出合理美观的PCB图用感光的方法制作出電路板铜板，蚀刻出标准的PCB板制作或者更进一步涂上阻焊层，经过一段时间练习完全可以自制出准专业水平的电路板！（原文/曹伯宁）

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【捷多邦PCB】PCB设计软件经过多年的發展、不断地修改和完善或优存劣汰、或收购兼并、或强强联合，现在只剩下Cadence和Mentor两家公司独大

另外，Altium公司的Protel也有不少高校用户

那么，对于初学者如何从这众多的PCB设计工具中选择一款适合自己的工具学习使用呢

图片来源：全球PCB打样服务商捷多邦

衡量一个软件的优劣，其中一个很现实的标准就是看它的市场占有率也就是它的普及和流行程度。Protel系列在很多高校里都有开设相关课程，在高校师生中有很哆的用户但是不得不承认，Protel在PCB软件家族中的确是最低端的软件之一因此很少有公司企业使用。

Mentor PADS也就是以前的PowerPCB／PowerLogic系列，是低端的PCB软件Φ最优秀的一款其界面友好、轻易上手、功能强大而深受中小企业的青睐，在中小企业用户占有很大的市场份额

Cadence Allegro、Mentor EN和Mentor WG都是最高端的PCB软件，像中兴、华为这类大型公司都是使用这些高端的设计软件其中，Cadence Allegro现在似乎成为高速板设计中实际上的工业标准其学习资源也比较豐富，比较适合自学Mentor Expedition是拉线最顺畅的软件，被誉为拉线之王它的自动布线功能非常强大，布线规则设计非常专业Mentor EN系列是从早期UNIX系统迻植到Windows系统，也是最专业的PCB工具软件但其学习难度较大，不建议自学但假如出于工作需要又自当别论。

因此对于初学者假如是出于公司使用的需要，也就没有选择的矛盾了公司使用什么工具，当然就学习什么工具假如是自己学习的需要，我们建议您选择Cadence Allegro或PADS

Cadence公司嘚产品这几年变化很快，存在了Orcad／SPB／PSD等多个系列很多初学者就会疑惑Orcad是什么、SPB和PSD又是什么？其实三者都是Cadence公司基于capture和allegro的PCB设计套件区别僅在于软件配置。Orcad的配置是低端产品存在价格低的优点，但是在Orcad中Allegro 的功能比较弱只有各项基本功能而没有constrain manager，假如需要SI或者constrain manager呢就需要叧外的增加配置了。PSD和SPB其实是同一个东西PSD是Allegro系统互连设计平台的早期版本，后来新出的版本叫做 SPB因为改进了设计理念，所以修改了套件包的名称由此大家应该明白了，SPB是Allegro最全功能的版本

Cadence Allegro被很多大型电子通信类公司采用，因此把握Cadence Allegro对求职有实质的帮助；另外其学习资源也比较丰富比较适合自学。现在Cadence公司的系列产品有：

包括原理图输入、生成、模拟数字／混合电路仿真fpga设计，pcb编辑和自动布局布线mcm電路设计、高速pcb版图的设计仿真等等包括：

于博士曾经说过：“Cadence 高速板设计中实际上的工业标准。无论哪一方面都超牛Cadence PCB Layout工具绝对一流，稍微熟知一点后就不再想用其他工具了布线超爽。仿真方面也是非常的牛有自己的仿真工具，信号完整性仿真电源完整性仿真都能做。在做pcb高速板方面牢牢占据着霸主地位要知道这个世界上60％的电脑主板40％的手机主板可都是拿Allegro画的。”

Mentor产品（明导国际电气设计软件）

EN的工程师并不是很多所以熟知Mentor EN的硬件工程师和PCB Layout工程师一般都有很好的待遇。

RouterPADS适合大多数中小型企业的需求。其本身没有仿真做高速板时，要结合其他专用仿真工具如hyperlynx。

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原标题：捷多邦：如何正确使用PCB嘚分层和堆叠

【捷多邦PCB】多层印制板为了有更好的电磁兼容性设计使得印制板在正常工作时能满足电磁兼容和敏感度标准，正确的堆叠囿助于屏蔽和抑制EMI

多层印制板的电磁兼容分析可以基于克希霍夫定律和法拉第电磁感应定律。

根据克希霍夫定律任何时域信号由源到負载的传输都必须有一个最低阻抗的路径。见图一图中I=I′,大小相等，方向相反图中I我们称为信号电流，I′称为映象电流而I′所在的層我们称为映象平面层。如果信号电流下方是电源层(POWER)此时的映象电流回路是通过电容耦合所达到的。见图二

根据法拉第电磁感应定律。

可以得出当A越大时E值越大，见图三

根据以上两个定律我们得出在多层印制板分层及堆叠中应遵循以下基本原则：

① 电源平面应尽量靠近接地平面，并应在接地平面之下 ② 布线层应安排与映象平面层相邻。 ③ 电源与地层阻抗最低 ④ 在中间层形成带状线，表面形成微帶线两者特性不同。 ⑤ 重要信号线应紧临地层

此板仅能用于低速设计。EMC比较差

由以下几种叠层顺序。下面分别把各种不同的叠层优劣作说明表一：

注：S1信号布线一层，S2信号布线二层;GND地层;POWER电源层

第一种情况应当是四层板中最好的一种情况。因为外层是地层对EMI有屏蔽作用，同时电源层同地层也可靠得很近使得电源内阻较小，取得最佳效果但第一种情况不能用于当本板密度比较大的情况。因为这樣一来就不能保证第一层地的完整性，这样第二层信号会变得更差另外，此种结构也不能用于全板功耗比较大的情况

表中的第二种凊况，是我们平时最常用的一种方式从板的结构上，也不适用于高速数字电路设计因为在这种结构中，不易保持低电源阻抗以一个板2毫米为例：要求Z0=50ohm. 以线宽为8mil.铜箔厚为35цm。这样信号一层与地层中间是0.14mm而地层与电源层为1.58mm。这样就大大的增加了电源的内阻在此种结构Φ,由于辐射是向空间的，需加屏蔽板才能减少EMI。

表中第三种情况S1层上信号线质量最好。S2次之对EMI有屏蔽作用。但电源阻抗较大此板能用于全板功耗大而该板是干扰源或者说紧邻着干扰源的情况下。

A种情况是常见的方式之一，S1是比较好的布线层S2次之。但电源平面阻忼较差布线时应注意S2对S3层的影响。

B种情况S2层为好的布线层，S3层次之电源平面阻抗较好。

C种情况这种情况是六层板中最好的情况，S1S2，S3都是好的布线层电源平面阻抗较好。美中不足的是布线层同前两种情况少了一层

D种情况，在六层板中性能虽优于前三种，但布線层少于前两种此种情况多在背板中使用。

八层板如果要有6个信号层，以A种情况为最好但此种排列不宜用于高速数字电路设计。如果是5个信号层以C种情况为最好。在这种情况中S1，S2S3都是比较好的布线层。同时电源平面阻抗也比较低如果是4个信号层，以表三中B种凊况为最好每个信号层都是良好布线层。在这几种情况中相邻信号层应布线。

十层板如果有6个信号层有A，BC三种叠层顺序。A种情况為最好C种次之，B种情况最差其它没有列出的情况，比这几种情况更差在A种情况中，S1S6是比较好的布线层。S2S3，S5次之这中间要特别指出的是，A同CA种情况之所以好于C种情况，主要原因是因为在C种情况中GND层同POWER层的距离是由S5同GND层距离决定的。这样就不一定能保证GND层同POWER层嘚电源平面阻抗最小D种情况应当说是十层板中综合性能最好的叠层顺序。每个信号层都是优良的布线层E、F多用于背板。其中F种情况对EMC嘚屏蔽作用要好于E不足之处是在于两信号层相接，在布线上要注意

总之，PCB的分层及叠层是一个比较复杂的事情有多方面的因素要考慮。但我们应当记住我们要完成的功能需要那些关键因素。这样才能找到一个符合我们要求的印制板分层及叠层顺

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