多层板

多层板的布线方法及原则

随着电子产品的功能的越来越强大,同时又要求体积在不断的压缩,这时PCB多层板越来越流行。PCB多层板的布线设计也比单层、双层板的难很多,下面主要介绍protel99软件设计PCB四层板的布线方法及原则。

PCB多层板布线方法

一、四层板的布线方法

四层电路板布线方法:一般而言,四层电路板可分为顶层、底层和两个中间层。顶层和底层走信号线。

1、先设计中间层

中间层首先通过命令DESIGN/LAYER STACK MANAGER用ADD PLANE 添加INTERNAL PLANE1和INTERNAL PLANE2分别作为用的最多的电源层如VCC和地层如GND(即连接上相应的网络标号。注意不要用ADD LAYER,这会增加MIDPLAYER,后者主要用作多层信号线放置),这样PLNNE1和PLANE2就是两层连接电源VCC和地GND的铜皮。

如果有多个电源如VCC2等或者地层如GND2等,先在PLANE1或者PLANE2中用较粗导线或者填充FILL(此时该导线或FILL对应的铜皮不存在,对着光线可以明显看见该导线或者填充)划定该电源或者地的大致区域(主要是为了后面PLACE/SPLIT PLANE命令的方便),

然后用PLACE/SPLIT PLANE在INTERNAL PLANE1和INTERNAL PLANE2相应区域中划定该区域(即VCC2铜皮和GND2铜片,在同一PLANE中此区域不存在VCC了)的范围(注意同一个PLANE中不同网络表层尽量不要重叠。设SPLIT1和SPLIT2是在同一PLANE中重叠两块,且SPLIT2在SPLIT1内部,制版时会根据SPLIT2的边框自动将两块分开(SPLIT1分布在SPLIT的外围)。

只要注意在重叠时与SPLIT1同一网络表的焊盘或者过孔不要在SPLIT2的区域中试图与SPLIT1相连就不会出问题)。这时该区域上的过孔自动与该层对应的铜皮相连,DIP封转器件及接插件等穿过上下板的器件引脚会自动与该区域的PLANE让开。点击DESIGN/SPLIT PLANES可查看各SPLIT PLANES。

2、protel99的图层设置与内电层分割

PROTEL99的电性图层分为两种,打开一个PCB设计文档按,快捷键L,出现图层设置窗口。左边的一种(SIGNAL LAYER)为正片层,包括TOP LAYER、BOTTOM LAYER和MIDLAYER,中间的一种(INTERNAL PLANES)为负片层,即INTERNAL LAYER。这两种图层有着完全不同的性质和使用方法。

正片层一般用于走纯线路,包括外层和内层线路。负片层则多用来做地层和电源层。因为在多层板中的地层和电源层一般都是用整片的铜皮来作为线路(或做为几个较大块的分割区域),如果用MIDLAYER即片层来做的画则必须用铺铜的方式来实现,这样将使整个设计数据量非常大,不利于数据交流传递,且会影响设计刷新速度。而用负片则只需在外层与内层的连接处生成一个花孔(THERMAL PAD)即可,对于设计和数据传递都非常有利。

3、内层的添加与删除

在一个设计中,有时会遇到变换板层的情况。如把较复杂的双面板改为四层板,或把对信号要求较高的四层板升级为六层板等等。这时需要新增电气图层,可以如下*作:

DESIGN-LAYER STACK MANAGER,在左边有当前层叠结构的示意图。点击想要添加新层位置的上面一个图层,如TOP,然后点击右边的ADD LAYER(正片)或ADD PLANE(负片),即可完成新图层的添加。

注意如果新增的图层是PLANE(负片)层的话,一定要给这个新层分配相应的网络(双击该层名)!这里分配的网络只能有一个(一般地层分配一个GND就可以了),如果想要在此层(如作为电源层)中添加新网络,则要在后面的操作中做内层分割才能达到,所以这里先分配一个连接数量较多的网络即可。

如点击ADD LAYER则会新增一个MIDLAYER(正片),应用方法和外层线路完全相同。如果想应用混合电气层,即既有走线又有电源地大铜面的方法,则必须使用ADD LAYER来生成的正片层来设计(原因见下)。

4、内电层的分割

如果在设计中有不只一组电源,那可以在电源层中使用内层分割来分配电源网络。这里要用到的命令是:

PLACE-SPLIT PLANE,在出现的对话框中设定图层,并在CONNECT TO NET处指定此次分割要分配的网络,然后按照铺铜的方法放置分割区域。放置完成后,在此分割区域中的有相应网络的孔将会自动生成花孔焊盘,即完成了电源层的电气连接。可以重复操作此步骤直到所有电源分配完毕。当内电层需要分配的网络较多时,做内层分割比较麻烦,需要使用一些技巧来完成。

此处还需要注意一个问题:PROTEL中有两种大铜皮的电气连接方式(不包括PLACE FILL),一种为POLYGON PLANE,即普通的覆铜,此命令只能应用于正片层,包括TOP/BOT/MIDLAYER,另一种为SPLIT PLANE,即内电层分割,此命令只能应用于负片层即INTERNAL PLANE。应注意区分这两个命令的使用范围。

修改分割铺铜的命令:EDIT-MOVE-SPLIT PLANE VERTICES

二、四层板布线原则

(1)元器件印制走线的间距的设置原则。

不同网络之间的间距约束是由电气绝缘、制作工艺和元件大小等因素决定的。如一个芯片元件的引脚间距是8mil,则该芯片的【Clearance Constraint】就不能设置为10mil,设计人员要给该芯片单独设置一个6mil 的设计规则。同时,间距设置还要考虑生产厂家的生产能力。   

(2)线路拐角走线形式的选择。

为了电路板便于制造和美观,设计时需要设置线路的拐角模式,可以选择45°、90°和圆弧。最好采用圆弧过渡或45°过渡,避免采用90°或者更加尖锐的拐角过渡。导线和焊盘之间的连接处也要尽量圆滑,避免出现小的尖脚,可采用补泪滴的方法解决。

(3)印制走线的宽度。

走线宽度是由导线流过的电流等级和抗干扰等因素决定的,流过电流越大,则走线应该越宽。一般电源线就应该比信号线宽。为保证地电位的稳定(受地电流大小变化影响小),地线也应该较宽。一般的信号线10~30mil 的宽度就可以满足要求了;高电压,大电流的信号线线宽≥40mil,线间间距大于30mil。

(4)印制导线的抗干扰和电磁屏蔽。

导线上的干扰主要有导线之间引入的干扰、电源线引入的干扰和信号线之间的串扰等,合理安排和布置走线及接地方式可以有效减少干扰源,使设计出的电路板具备更好的电磁兼容性能。


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