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第第6 6章章 PCBPCB元件设计元件设计 6.1 6.1 绘制元件封装的准备工作绘制元件封装的准备工作6.2 PCB6.2 PCB元件设计基本界面元件设计基本界面6.3 6.3 采用设计向导方式设计元件封装采用设计向导方式设计元件封装6.4 6.4 采用手工绘制方式设计元件封装采用手工绘制方式设计元件封装6.5 6.5 编辑元件封装编辑元件封装6.6 6.6 元件封装常见问题元件封装常见问题本章小结本章小结 在开始绘制封装之前，首先要做的准备工作是收集元器件的在开始绘制封装之前，首先要做的准备工作是收集元器件的封装信息。封装信息。封装信息主要来源于元器件生产厂家提供的用户手册。若没封装信息主要来源于元器件生产厂家提供的用户手册。若没有所需元器件的用户手册，可以上网查找元器件信息，一般通过有所需元器件的用户手册，可以上网查找元器件信息，一般通过访问元件厂商或供应商的网站可以获得相应信息。在查找中也可访问元件厂商或供应商的网站可以获得相应信息。在查找中也可以通过搜索引擎进行，如以通过搜索引擎进行，如或或等。等。如果有些元件找不到相关资料，则只能依靠实际测量，一般如果有些元件找不到相关资料，则只能依靠实际测量，一般要配备游标卡尺，测量时要准确，特别是集成块的管脚间距。要配备游标卡尺，测量时要准确，特别是集成块的管脚间距。元件封装设计时还必须注意元器件的轮廓设计，元器件的外元件封装设计时还必须注意元器件的轮廓设计，元器件的外形轮廓一般放在形轮廓一般放在PCBPCB的丝印层上，要求要与实际元器件的轮廓大的丝印层上，要求要与实际元器件的轮廓大小一致。如果元件的外形轮廓画得太大，浪费了小一致。如果元件的外形轮廓画得太大，浪费了PCBPCB的空间；如的空间；如果画得太小，元件可能无法安装。果画得太小，元件可能无法安装。6.1 6.1 绘制元件封装的准备工作绘制元件封装的准备工作 返回6.2 PCB6.2 PCB元件设计基本界面元件设计基本界面 在在PCB99SEPCB99SE中中，执执行行菜菜单单FileNewFileNew，在在出出现现的的对对话话框框中中单单击击 图图标标 ，进进入入PCBPCB元元件件库库编编辑辑器器，并并自自动动新新建建一一个个元元件件库库PCBLIB1.LIBPCBLIB1.LIB，如图如图6-16-1所示。所示。1.1.新建元件库新建元件库 进入进入PCBPCB元件库编辑器后，系统自动新建一个元件库，该元元件库编辑器后，系统自动新建一个元件库，该元件库的缺省文件名为件库的缺省文件名为PCBLIB1PCBLIB1，库文件名可以修改。同时，在元，库文件名可以修改。同时，在元件库中，程序已经自动新建了一个名为件库中，程序已经自动新建了一个名为PCBCOMPONENT_1PCBCOMPONENT_1的元件，的元件，返回可以用菜单可以用菜单ToolsRename ToolsRename ComponentComponent来更名。来更名。2.2.元件库管理器元件库管理器 PCBPCB元件库编辑器中的元元件库编辑器中的元件库管理器与原理图库元件管件库管理器与原理图库元件管理器类似，在设计管理器中选理器类似，在设计管理器中选中中Browse PCBLibBrowse PCBLib可以打开元可以打开元件库管理器，在元件库管理器件库管理器，在元件库管理器中可以对元件进行编辑操作，中可以对元件进行编辑操作，元件管理器如图元件管理器如图6-26-2所示。所示。6.3 6.3 采用设计向导方式设计元件封装采用设计向导方式设计元件封装 6.3.1 6.3.1 常用的元件标准封装常用的元件标准封装 Protel99SEProtel99SE的的封封装装设设计计向向导导可可以以设设计计常常见见的的标标准准封封装装，主主要有以下几类。要有以下几类。ResistorsResistors（电阻）（电阻）电电阻阻只只有有两两个个管管脚脚，有有插插针针式式和和贴贴片片式式两两种种封封装装。随随着着电电阻阻功功率率的的不不同同，电电阻阻的的体体积积大大小小不不同同，对对应应的的封封装装尺尺寸寸也也不不同同。插插针针式式电电阻阻的的命命名名一一般般以以 “AXIALAXIAL”开开头头；贴贴片片式式电电阻阻的的命命名名可自由定义。图可自由定义。图6-36-3所示为两种类型的电阻封装。所示为两种类型的电阻封装。DiodesDiodes（二极管）（二极管）二二极极管管的的封封装装与与电电阻阻类类似似，不不同同之之处处在在于于二二极极管管有有正正负负极极的的分分别别。图图6-46-4所示为二极管的封装。所示为二极管的封装。CapacitorsCapacitors（电容）（电容）电电容容一一般般只只有有两两个个管管脚脚，通通常常分分为为电电解解电电容容和和无无极极性性电电容容两两种种，封封装装形形式式也也有有插插针针式式封封装装和和贴贴片片式式封封装装两两种种。一一般般而而言言，电电容的体积与耐压值和容量成正比。图容的体积与耐压值和容量成正比。图6-56-5所示为电容封装。所示为电容封装。DIP DIP（双列直插封装）（双列直插封装）DIPDIP为为目目前前常常见见的的ICIC封封装装形形式式，制制作作时时应应注注意意管管脚脚数数、同同一一列管脚的间距及两排管脚间的间距等。图列管脚的间距及两排管脚间的间距等。图6-66-6所示为所示为DIPDIP封装图封装图。SOPSOP（双列小贴片封装）（双列小贴片封装）SOPSOP是是一一种种贴贴片片的的双双列列封封装装形形式式，几几乎乎每每一一种种DIPDIP封封装装的的芯芯片片均均有有对对应应的的SOPSOP封封装装，与与DIPDIP封封装装相相比比，SOPSOP封封装装的的芯芯片片体体积积大大大大减少。图减少。图6-76-7所示为所示为SOPSOP封装图。封装图。PGA PGA（引脚栅格阵列封装）（引脚栅格阵列封装）PGAPGA是是一一种种传传统统的的封封装装形形式式，其其引引脚脚从从芯芯片片底底部部垂垂直直引引出出，且且整整齐齐地地分分布布在在芯芯片片四四周周，早早期期的的80X86CPU80X86CPU均均是是这这种种封封装装形形式式。图图6-86-8所示为所示为PGAPGA封装图。封装图。SPGASPGA（错列引脚栅格阵列封装）（错列引脚栅格阵列封装）SPGASPGA与与PGAPGA封装相似，区别在其引脚排列方式为错开排列，封装相似，区别在其引脚排列方式为错开排列，利于引脚出线，如图利于引脚出线，如图6-96-9所示。所示。LCC LCC（无引出脚芯片封装）（无引出脚芯片封装）LCCLCC是一种贴片式封装，这种封装的芯片的引脚在芯片的底部向内是一种贴片式封装，这种封装的芯片的引脚在芯片的底部向内弯曲，紧贴于芯片体，从芯片顶部看下去，几乎看不到引脚，如图弯曲，紧贴于芯片体，从芯片顶部看下去，几乎看不到引脚，如图6-106-10所示。所示。这种封装方式节省了制板空间，但焊接困难，需要采用回流焊这种封装方式节省了制板空间，但焊接困难，需要采用回流焊工艺，要使用专用设备。工艺，要使用专用设备。QUADQUAD（方形贴片封装）（方形贴片封装）QUADQUAD为为方方形形贴贴片片封封装装，与与LCCLCC封封装装类类似似，但但引引脚脚没没有有向向内内弯弯曲曲，而是向外伸展，焊接方便。而是向外伸展，焊接方便。QUADQUAD封装包括封装包括QFGQFG系列，如图系列，如图6-116-11所示。所示。BGA BGA（球形栅格阵列封装）（球形栅格阵列封装）BGABGA为为球球形形栅栅格格阵阵列列封封装装，与与PGAPGA类类似似，主主要要区区别别在在于于这这种种封封装装中中的的引引脚脚只只是是一一个个焊焊锡锡球球状状，焊焊接接时时熔熔化化在在焊焊盘盘上上，无无需需打打孔孔，如图如图6-126-12所示。所示。SBGASBGA（错列球形栅格阵列封装）（错列球形栅格阵列封装）SBGASBGA与与BGABGA封封装装相相似似，区区别别在在于于其其引引脚脚排排列列方方式式为为错错开开排排列列，利于引脚出线，如图利于引脚出线，如图6-136-13所示。所示。Edge ConnectorsEdge Connectors（边沿连接）（边沿连接）Edge Edge ConnectorsConnectors为为边边沿沿连连接接封封装装，是是接接插插件件的的一一种种，常常用用于于两两块块板板之之间间的的连连接接，便便于于一一体体化化设设计计，如如计计算算机机中中的的PCIPCI接接口口板。其封装如图板。其封装如图6-146-14所示。所示。6.3.2 6.3.2 使用设计向导绘制元件封装实例使用设计向导绘制元件封装实例 采用设计向导绘制元件一般针对符合通用的标准元件。下面采用设计向导绘制元件一般针对符合通用的标准元件。下面以设计双列直插式以设计双列直插式1616脚脚ICIC的封装的封装DIP16DIP16为例介绍采用向导方式设为例介绍采用向导方式设计元件。计元件。进入元件库编辑器后，执行菜单进入元件库编辑器后，执行菜单ToolsNew ComponentToolsNew Component新新建元件，屏幕弹出元件设计向导，如图建元件，屏幕弹出元件设计向导，如图6-156-15所示，选择所示，选择NextNext进入进入设计向导（若选择设计向导（若选择CancelCancel则进入手工设计状态）。则进入手工设计状态）。图6-15 利用向导创建元件图6-16 设定元件基本封装 单单击击NextNext按按钮钮，进进入入元元件件设设计计向向导导，屏屏幕幕弹弹出出图图6-166-16所所示示的的对对话话框框，用用于于设设定定元元件件的的基基本本封封装装，共共有有1212种种供供选选择择，包包括括电电阻阻、电电容容、二二极极管管、连连接接器器及及常常用用的的集集成成电电路路封封装装等等，图图中中选选中中的的为为双双列列直直插插式式元元件件DIPDIP，对对话话框框下下方方的的下下拉拉列列表表框框用用于于设设置置使使用的单位制。用的单位制。选选中中元元件件的的基基本本封封装装后后，单单击击NextNext按按钮钮，屏屏幕幕弹弹出出图图6-176-17所所示示的的对对话话框框，用用于于设设定定焊焊盘盘的的直直径径和和孔孔径径，可可直直接接修修改改图图中中的的尺寸。尺寸。图6-17 设置焊盘尺寸图6-18 设置焊盘间距 定定义义好好焊焊盘盘间间距距后后，单单击击NextNext按按钮钮，屏屏幕幕弹弹出出图图6-196-19所所示示的对话框，用于设置元件边框的线宽，图中设置为的对话框，用于设置元件边框的线宽，图中设置为10mil10mil。定定义义好好线线宽宽后后，单单击击NextNext按按钮钮，屏屏幕幕弹弹出出图图6-206-20所所示示的的对对话框，用于设置元件的管脚数，图中设置为话框，用于设置元件的管脚数，图中设置为1616。图6-19 设置边框的线宽图6-20 设置元件的管脚数 定定义义管管脚脚数数后后，单单击击NextNext按按钮钮，屏屏幕幕弹弹出出图图6-216-21所所示示的的对对话话框框，用用于于设设置置元元件件封封装装名名，图图中中设设置置为为DIP16DIP16。名名称称设设置置完完毕毕，单单击击NextNext按按钮钮，屏屏幕幕弹弹出出设设计计结结束束对对话话框框，单单击击FinishFinish按按钮钮结结束束元件设计，屏幕显示刚设计好的元件，如图元件设计，屏幕显示刚设计好的元件，如图6-226-22所示。所示。采采用用设设计计向向导导可可以以快快速速绘绘制制元元件件的的封封装装形形式式，绘绘制制时时应应了了解解元元件件的的外外形形尺尺寸寸，并并合合理理选选用用基基本本封封装装。对对于于集集成成块块应应特特别别注注意意元元件件的的管管脚脚间间距距和和相相邻邻两两排排管管脚脚的的间间距距，并并根根据据管管脚脚大大小小设设置置好好焊盘尺寸及孔径。焊盘尺寸及孔径。图6-21 设置元件名称图6-22 设计好的DIP16返回6.4 6.4 采用手工绘制方式设计元件封装采用手工绘制方式设计元件封装 手手工工绘绘制制方方式式一一般般用用于于不不规规则则的的或或不不通通用用的的元元件件设设计计，如如果果设设计计的的元元件件是是通通用用的的，符符合合通通用用的的标标准准，可可以以通通过过设设计计向向导导快速设计元件。快速设计元件。设设计计元元件件封封装装，实实际际就就是是利利用用PCBPCB元元件件库库编编辑辑器器的的放放置置工工具具，在在工工作作区区按按照照元元件件的的实实际际尺尺寸寸放放置置焊焊盘盘、连连线线等等各各种种图图件件。下下面面以以图图6-236-23所所示示的的贴贴片片式式8 8脚脚集集成成块块的的封封装装SOP8SOP8为为例例介介绍绍元元件件封封装手工设计的具体步骤。装手工设计的具体步骤。根根据据实实际际元元件件确确定定元元件件焊焊盘盘之之间间的的间间距距、两两排排焊焊盘盘间间的的间间距距及及焊焊盘盘的的直直径径。SOP8SOP8是是标标准准的的 贴贴 片片 式式 元元 件件 封封 装装，焊焊 盘盘 设设 置置 为为：80mil25mil80mil25mil，形形状状为为RoundRound；焊焊盘盘之之间间的的间间距距50mil50mil；两两排排焊焊盘盘间间的的间间距距220mil220mil；焊焊盘盘所所在层为在层为Top layerTop layer（顶层）。（顶层）。执行菜单执行菜单ToolsLibrary OptionsToolsLibrary Options设置文档参数，将可视设置文档参数，将可视栅格栅格1 1设置为设置为5mil5mil，可视栅格，可视栅格2 2设置为设置为20mil20mil，捕获栅格设置为，捕获栅格设置为5mil5mil。执行执行EditJumpReferenceEditJumpReference将光标跳回原点（将光标跳回原点（0 0，0 0）。）。执行菜单执行菜单PlacePadPlacePad放置焊盘，按下放置焊盘，按下TabTab键，弹出焊键，弹出焊盘的属性对话框，设置参数如下。盘的属性对话框，设置参数如下。X-SizeX-Size：80mil80mil；Y-SizeY-Size：25mil25mil；ShapeShape：RoundRound；DesignatorDesignator：1 1；LayerLayer：Top LayerTop Layer；其它默认。退出对话框后，；其它默认。退出对话框后，将光标移动到原点，单击鼠标左键，将焊盘将光标移动到原点，单击鼠标左键，将焊盘1 1放下。放下。依次以依次以50mil50mil为间距放置焊盘为间距放置焊盘2 24 4。对称放置另一排焊盘对称放置另一排焊盘5 58 8，两排焊盘间的，两排焊盘间的间距为间距为220mil220mil。双击焊盘双击焊盘1 1，在弹出的对话框中的，在弹出的对话框中的ShapeShape下下拉列表框中选择拉列表框中选择RectangleRectangle，定义焊盘，定义焊盘1 1的形状为的形状为矩形，设置好的焊盘如图矩形，设置好的焊盘如图6-246-24所示。所示。绘制绘制SOP8SOP8的外框。将工作层切换到的外框。将工作层切换到Top OverlayTop Overlay，执行菜，执行菜单单PlaceTrackPlaceTrack放置连线，放置连线，执行菜单执行菜单PlaceArcPlaceArc放置圆弧，线放置圆弧，线宽均设置为宽均设置为10mil10mil，外框绘制完毕的元件如图，外框绘制完毕的元件如图6-236-23所示。所示。执行菜单执行菜单EditSet ReferencePin1EditSet ReferencePin1，将元件参考点设，将元件参考点设置在管脚置在管脚1 1。执行菜单执行菜单ToolsRename ComponentToolsRename Component，将元件名修改为，将元件名修改为SOP8SOP8。执行菜单执行菜单FileSaveFileSave保存当前元件。保存当前元件。返回6.5 6.5 编辑元件封装编辑元件封装 编编辑辑元元件件封封装装，就就是是对对已已有有的的元元件件封封装装的的属属性性进进行行修修改改，使之符合要求。使之符合要求。1.1.修改元件封装库中的元件修改元件封装库中的元件 修修改改元元件件封封装装库库中中的的某某个个元元件件，先先进进入入元元件件库库编编辑辑器器，选选择择FileOpenFileOpen打打开开要要编编辑辑的的元元件件库库，在在元元件件浏浏览览器器中中选选中中要要编编辑辑的的元元件件，窗窗口口就就会会显显示示出出此此元元件件的的封封装装图图，若若要要修修改改元元件件封封装装的的焊焊盘盘，用用鼠鼠标标左左键键双双击击要要修修改改的的焊焊盘盘，出出现现此此引引脚脚焊焊盘盘的的属属性性对对话话框框，在在对对话话框框中中就就可可以以修修改改引引脚脚焊焊盘盘的的编编号号、形形状状、直直径径、钻钻孔孔直直径径等等参参数数；若若要要修修改改元元件件外外形形，可可以以用用鼠鼠标标点点取取某某一一条条轮轮廓廓线线，再再次次单单击击它它的的非非控控点点部部分分，移移动动鼠鼠标标，即即可可改改变变其其轮轮廓廓线线，或或者者删删除除原原来来的的轮轮廓廓线线，重重新新绘绘制制新新的的轮轮廓廓线线。元件修改后，执行菜单元件修改后，执行菜单FileSaveFileSave，将结果保存。，将结果保存。修改元件封装库的结果不会反映在以前绘制的电路板图中。如果按下PCB元件库编辑器上的Update PCB按钮，系统就会用修改后的元件更新电路板图中的同名元件。绘制绘制PCBPCB时，若发现所采用的元件封装不符合要求，需要加时，若发现所采用的元件封装不符合要求，需要加以修改，可以不退出以修改，可以不退出PCB99SEPCB99SE，直接进行修改。方法是：在元件，直接进行修改。方法是：在元件浏览器中选中该元件，单击浏览器中选中该元件，单击EditEdit按钮，系统自动进入元件编辑状按钮，系统自动进入元件编辑状态，其后的操作与上面相同。态，其后的操作与上面相同。2.2.直接在直接在PCBPCB图中修改元件封装的管脚图中修改元件封装的管脚 在在PCBPCB设计中如果某些元件的原理图中的管脚号和印制板中设计中如果某些元件的原理图中的管脚号和印制板中的焊盘编号不同（如二极管、三极管等），在自动布局时，这些的焊盘编号不同（如二极管、三极管等），在自动布局时，这些元件的网络飞线会丢失或出错，此时可以通过直接编辑焊盘属性元件的网络飞线会丢失或出错，此时可以通过直接编辑焊盘属性的方式，修改焊盘的编号来达到管脚匹配的目的。的方式，修改焊盘的编号来达到管脚匹配的目的。编辑元件封装的焊盘可以直接双击元件焊盘，在弹出的焊盘编辑元件封装的焊盘可以直接双击元件焊盘，在弹出的焊盘属性对话框中修改焊盘编号。属性对话框中修改焊盘编号。返回6.6 6.6 元件封装常见问题元件封装常见问题 在元件封装设计中，通常会出现一些错误，这对在元件封装设计中，通常会出现一些错误，这对PCBPCB的设计的设计将产生不良影响。将产生不良影响。1.机械错误机械错误 机械错误在元件规则检查中是无法出来的，因此设计时需要机械错误在元件规则检查中是无法出来的，因此设计时需要特别小心。特别小心。焊盘大小不合适，尤其是焊盘的内径选择太小，元件引脚焊盘大小不合适，尤其是焊盘的内径选择太小，元件引脚无法插进焊盘。无法插进焊盘。焊盘间的间距以及分布与实际元件不符，导致元件无法在焊盘间的间距以及分布与实际元件不符，导致元件无法在封装上安装。封装上安装。带安装定位孔的元件未在封装中设计定位孔，导致元件无带安装定位孔的元件未在封装中设计定位孔，导致元件无法固定。法固定。封装的外形轮廓小于实际元件，可能出现由于布局时元件封装的外形轮廓小于实际元件，可能出现由于布局时元件安排比较紧密，导致元件排得太挤，甚至无法安装。安排比较紧密，导致元件排得太挤，甚至无法安装。接插件的出线方向与实际元件的出线方向不一致，造成焊接插件的出线方向与实际元件的出线方向不一致，造成焊接时无法调整。接时无法调整。丝印层的内容放置在信号所在层上，导致元件焊盘无法连丝印层的内容放置在信号所在层上，导致元件焊盘无法连接或短路。接或短路。2.2.电气错误电气错误 电气错误通常可以通过电气错误通常可以通过元件规则检查（元件规则检查（ReportsReportsComponent Rule CheckComponent Rule Check），或者在载入网络表文件时，由软件），或者在载入网络表文件时，由软件系统检查出来，因此可以根据出错信息找到错误并修改。系统检查出来，因此可以根据出错信息找到错误并修改。原理图元件的引脚编号与元件封装的焊盘编号不一致。原理图元件的引脚编号与元件封装的焊盘编号不一致。焊盘编号定义过程中出现重复定义。焊盘编号定义过程中出现重复定义。以上错误可以通过编辑焊盘编号，图以上错误可以通过编辑焊盘编号，图6-256-25所示二极管中，在所示二极管中，在原理图中元件管脚定义为原理图中元件管脚定义为1 1、2 2，而在封装中定义为，而在封装中定义为A A、K K，两者不，两者不一致，通过编辑焊盘，将其一致，通过编辑焊盘，将其A A、K K的编号修改为的编号修改为1 1、2 2。返回本章小结本章小结 PCB PCB封装信息主要来源于元器件生产厂家提供的用户手封装信息主要来源于元器件生产厂家提供的用户手册，也可以访问该元器件的厂商或供应商网站可以获得相册，也可以访问该元器件的厂商或供应商网站可以获得相应信息。应信息。常用的标准封装元件可以使用设计向导自动进行设计。常用的标准封装元件可以使用设计向导自动进行设计。不规则的或不通用的元件一般以采用手工设计方式进不规则的或不通用的元件一般以采用手工设计方式进行。行。相似元件封装的设计可以直接编辑元件的封装实现。相似元件封装的设计可以直接编辑元件的封装实现。