DXP课程设计.docx
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DXP课程设计
目录
摘要1
ABSTRACT2
第一章绪论3
1.1设计的目的及意义4
1.2设计的内容及要求4
第二章原理图绘制4
2.1原理图5
2.2PCB封装6
2.2.1焊盘6
2.2.2导线设置6
第三章PCB制板8
3.1负性感光板的介绍8
3.2工具与材料8
3.3感光板的曝光13
3.4感光板的显影14
3.5蚀刻15
3.6阻焊层的制作15
3.6.1涂布阻焊油墨15
3.6.2曝光16
3.6.3显影16
3.6.4高温固化17
3.7热转印字符17
3.8钻孔17
第四章总结18
参考文献19
摘要
PCB就是印刷电路板(Printedcircuitboard,PCB),简单的说就是置有集成电路和其他电子组件的薄板。
它几乎会出现在每一种电子设备当中。
据Timemagazine最近报道,中国和印度属于全球污染最严重的国家。
为保护环境,中国政府已经在严格制定和执行有关污染整治条理,并波及到PCB产业。
许多城镇正不再允许扩张及建造PCB新厂,例如:
深圳关内少量并以高精密手工为主,如南山区马家龙工业区的深圳市靖邦科技有限公司,关外则以批量设备生产为主。
而东莞已经专门指定四个城镇作为“污染产业”生产基地,禁止在划定的区域之外再建造新厂。
如果在某样设备中有电子零件,它们都是镶在大小各异的PCB上的。
除了固定各种小零件外,PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。
作为用途最广泛的电子元件产品,PCB拥有强大的生命力。
无论从供需关系上看还是从历史周期上判断
ProtelDXP在前版本的基础上增加了许多新的功能。
新的可定制设计环境功能包括双显示器支持,可固定、浮动以及弹出面板,强大的过滤和对象定位功能及增强的用户界面等。
ProtelDXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统,电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。
ProtelDXP运行在优化的设计浏览器平台上,并且具备当今所有先进的设计特点,能够处理各种复杂的PCB设计过程。
通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合,ProtelDXP提供了全面的设计解决方案。
关键字:
ProtelDXP印刷电路板设计PCB
ABSTRACT
PCBisPrintedcircuitboard(PCB)board,maritimevehicle,simplysaytobetogetherwithintegratedcircuitandotherelectroniccomponentssheet.Italmostwillappearineachkindofelectronicequipmentof.Accordingtoarecentmagazinereported,ChinaandIndia,belongtotheworld'smostpollutedcountry.Toprotecttheenvironment,theChinesegovernmenthasformulatedandimplementedinstrictaboutpollutionrenovationorganized,andspreadtothePCBindustry.ManytownsarenolongerallowexpansionandbuildPCBnewfactory,forexample:
shenzhencustoms,withhighprecisionandsmallhandicraft,suchasMaGuLongindustrialzoneofshenzhennanshandistrictjingbondtechnologyCo.,LTD,thecommissionerofcriterionwithbatchequipmentproductionprimarily.Andthedongguanhasspecificfourtownsas"pollutionindustry"productionbase,isbannedindefinedregionsoutsidethenewfactorybuiltagain.
Ifinasampledevicesareelectronicparts,theyaresetinsizesofPCB.Inadditiontofixedallsortsofsmallpartsoutside,PCB'smainfunctionistoprovideaboveallpartsofmutualelectricalconnections.
Asthemostextensiveuseofelectroniccomponentsproducts,PCBhasstrongvitality.Nomatterfromthesupplyanddemandrelationfromhistoricalcyclesonwatchorjudgment
IntheformerversionoftheDXPProtelbasedonincreasedalotofnewfunctions.Newcustomizabledesignenvironmentalfunctionsincludingdualmonitorsupport,canbefixed,floatingandpopuppanel,powerfulfilterandobjectlocalizationfunctionandenhancetheuserinterface,etc.ProtelDXPwasthefirsttoalldesigntoolsetatasuitboardleveldesignsystem,electronicdesignersfromtheinitialprojectmoduleplanningtofinallyformedtheproductiondatacanbeaccordingtoyourowndesignwayrealization.ProtelDXPruninoptimizationdesignbrowserontheplatform,andhavethedesigncharacteristicsofthecurrentalladvanced,candealwithallkindsofcomplicatedPCBdesignprocess.Throughsimulation,PCBdesigninputdrawingeditors,topologyautomaticallywiring,signalintegrityanalysisanddesignoutputetctechnologyintegration,ProtelDXPprovidescomprehensivedesignsolutions.
Keyword:
ProtelDXPPCBdesignPC
第一章绪论
1.1设计的目的及意义
让学生通过所学专业技知识,经过分析和实践,自己制定方案,针对性的完成设计要求,巩固知识,提高动手能力与理论的完美结合。
通过本次课程设计使学生熟练使用ProtelDXP软件,养学生结合实际情况,完成特定功能的电路设计能力,解电子产品设计制段的完整过程,解决理论与实践相结合的问题。
1.2设计的内容及要求
设计内容:
1、理论设计
2、制图及仿真
3、元件焊接与电路调试
4、完成设计报告
设计要求:
积极思考,认真分析,团队协作完成特定功能电路的设计,独立操作ProtelDXP软件绘制电路原理图,印制电路板,较高质量的完成元件选择和测试以及电路焊接调试。
第二章原理图绘制
2.1原理图
图2-1原理图
2.2PCB封装
2.2.1焊盘
图2.2封装图
2.2.2导线设置
导线设置的关键是布线,布线是将逻辑连接转换为物理连接的过程,这些物理连接包括:
连线、过孔、焊盘、弧线、填充、多边形覆铜和电源层等。
PotelDXP提供了手工布线和自动布线两种。
教育论文网_V_e/}_P_W)q_?
_g由于现在PCB板设计越来越复杂、高密度,往往对一些有特殊要求的连线,需要预先手工布放。
好的设计习惯是打开电气网络,使连线可以轻松连接到一个不在捕获网络上的实体;打开在线DRC,监控布线过程,违反规则的设计被立即显示出来。
完成预布线后,为了在自动布线时保持不变,需要对预布线锁定,打开菜单Edit\FindSimilarObjects,选择要锁定的对象。
(W$__Y
{_e7h自动布线与交互式布线相结合可以很好地提高布线成功率和效率。
自动布线的结果为手工调整提供参考,如果自动布线能够达到100%或者90%以上。
说明元件的布局基本合理,手工修改调整走线也不会有太多的障碍。
4M_H5gd_X布线注意事项:
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_S,L_l_ce
(1)输入和输出的导线应尽量避免相邻平行,最好添加线间地线,以免发生反馈耦合。
教育论文网gi"^_{_V/k_@n_A
(2)导线的最小宽度由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。
对于集成电路,通常选0.2-0.3mm导线宽度。
当然条件允许,尽可能用较宽的线,线宽应满足地线>电源线>信号线的要求。
_H_a_r0y_^_E(3)导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定,一般要求2000V电位差之间线距离应该大于2mm。
在布线密度低的情况下,间距应该尽可能的大。
通常线间距最好不要低于0.3mm。
#i_v_QE_s'z(4)印制电路板导线拐弯一般取圆弧形,直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。
在双面布线时,两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线,避免相互平行,以减少寄生电容
第三章PCB制板
3.1负性感光板的介绍
感光制版是利用感光油墨的化学变化,即感光油墨受光照射部分交联硬化并与覆铜本底牢固结合在一起形成版膜,未曝光部分经显影形成通孔,便于蚀刻。
感光制版法质量高,效果好,经济实用。
我们将要进行的DIY制作过程,实际与工厂生产PCB的原理是完全一样的,只是为了方便业余条件下制作,对部分步骤进行了工艺上的减化,把工厂使用的昂贵的设备以日常生活常见的简单工具取代掉。
这种减化极大地节约了设备方面的投入,而对制成PCB的质量没产生严重的影响。
3.2工具与材料
1、装有PCB编辑软件的PC机(自备)
2、激光或喷墨打印机(精度优于600DPI,自备)
3、单/双面玻纤感光板
4、感光板专用显影剂
5、塑料浅盘(两个。
显影、蚀刻时使用,自备)
6、激光/喷墨两用胶片
7、感光板脱膜剂
8、软毛刷(两把。
显影、蚀刻时使用,自备)
9、三氯化铁
10、温度计
11、秒表或带秒计时功能的其他计时器
12、双组分感光油墨
13、小电钻
14、普通3mm厚玻璃板(2块,面积大小依实际需要,自备)
15、小夹子(用于固定玻璃板,自备)
16、油性记号笔
由于感光板是负性的,即曝光时见光部分固化,为见光部分经显影后会露出覆铜本地,所以,最终要保留下来的线路及覆铜部分,在底片上是透明的。
而需要蚀刻除去的部分,在底片上是不透明的。
另外,为了便于后期钻孔时定位,焊盘中心孔padhole需要打印出来,它在底片上也是不透明的。
注意事项:
为了方便后期钻孔时能准确地对准焊盘中心,在打印胶片前,可将板上所有孔径调整到统一的15mil。
我们需要的底稿有三种,对应顶面/地面曝光图(胶片)、阻焊层(胶片)、和字符层(热转印)。
图3-1
通常protel默认的打印颜色,线路和覆铜是黑色的,这和我们所要求的恰好相反,这也是此种感光板成为负性的原因。
我们通过简单的设置使protel打印出想要的效果。
下面是我们的设置过程。
如使用激光打印机,胶片在打印过程受热会有小量变形。
这个变形虽然幅度很小,但对于精密的PCB来讲还是不可忽视的,所以我们尽量各层打印在胶片相同的位置上,这样各方向变形一致,这样可以将变形的影响减小到最小。
使用喷墨打印机可以避免这个问题,但如果使用的不是原装,打印出来胶片可能不够“黑”,对曝光时间的要求相对更严格些。
阻焊胶片和丝印图可以在protel菜单File-FabricationOutputs-Final直接打印输出,如图3-2所示。
图3-2阻焊胶片和丝印图
在弹出的预览界面中点右键,选config,在PCBPrintoutProperties界面里,把“TOP”开头的各层MIRROR选项都打上勾,如图3-3所示。
焊接图使用胶片打印,丝印图使用热转印来打印。
需要我们注意的是,在打印双面图版图时,toplayer需要镜像打印,这样可以保证制作的时候始终是打印面紧贴感光膜层,减小曝光误差。
图3-3
选中需要打印的层,这里用到的四个层,分别是TopsilkscreenOverlay、BottomsilkscreenOverlayTopSolderMaskprint和BottomsolderMaskprint。
在对应的层上点右键,选PageSetup,在弹出的页面设定上,ScaleMode选ScalePrint,,Scale值选1,这样是1:
1打印的,ColorSet勾选Gray,在Margins选水平、垂直的数值,可以使图片打印到希望的位置上。
完成后点Close关闭页面设置,左键点选需要打印的图面,点右键,选Print-CurrentPage-OK即开始打印。
在图形编辑界面。
点选File-PageSetup-Advanced,调整层顺序自上至下为Multi-Layer,Top-layer,Mechanical1层,并删除其他不需要的层,勾选Holes和Mirror,这样打印的图片中包括中心孔,如图3-4示。
点preferences,进入层颜色设置,讲MultiLayer、TopLayer、BottomLayer三层的颜色设置为纯白色,讲Mechanical1层设置为纯黑色,如图3-5示。
图3-4
图3-5
点OK关闭PCBPrintPreferences和PCBPrintoutProperties,选File-PrintPreview,可以看到线条部分已经是白色,背景是纯黑色了,如图所示。
图3-6
检查无误后,点Print即可打印输出。
打印后,返回图形编辑界面,再次点选File-PageSetup-Advanced,调整层顺序自上至下为Multi-Layer,Top-layer,Mechanical1层,并删除他不需要的层,勾选Holes,底层不需要选择Mirror。
点OK关闭PCBPrintoutProperties,选File-PrintPreview,可以看到线条部分已经是白色,背景是纯黑色了。
检查无误后,点Print即可打印输出。
3.3感光板的曝光
实例使用的是双面板,制作时首先要确保顶层与底层的器件安装孔、过孔正对。
取顶层底层胶片,打印面相对,以关键器件安装孔为基准,讲两面精确对准,将一与感光板同厚的板条插入两层胶片之间,以透明胶固定。
去掉感光板的外包装,揭开贴在感光板上的保护膜,可以看到下面洁净的蓝色感光膜。
将打印好的胶片的打印面(碳粉面/墨水面)贴在蓝色感光膜面上,在以凉快擦洗干净的玻璃一上一下紧压原稿及感光板,越紧密解析度越好。
玻璃板四周以夹子固定好,防止搬动、翻面时感光板与胶片发生位移。
此过程可以在一般室内环境光线条件下进行,不用担心室内环境光线会造成感光板曝光。
本实例使用365nm8W紫外灯,可以制作一简单曝光箱,可以保证曝光量距离和时间稳定。
去掉感光板的外包装,揭开贴在感光板上的保护膜,可以看到下面洁净的蓝色感光膜。
灯管与版面的距离5-6cm,使用激光打印胶片时,时间8-10分钟,使用喷墨胶片时,因为一般打印的黑度比激光打印胶片要低一些,曝光时间可适当缩短。
当板面积较大时,为了保证曝光均匀,可以使用多支灯管并联。
灯管与版面的距离5-6cm,使用激光打印胶片时,时间8-10分钟,使用喷墨胶片时,因为一般打印的黑度比激光打印胶片要低一些,曝光时间可适当缩短。
注意事项:
除使用365nm紫外灯曝光外,还可以使用直射的日光进行曝光,在晴朗的中午,没有云层遮挡的直射日光中含有丰富的紫外线,曝光时间1-2分钟就够了。
除了这两种光源,白炽灯、日光灯、消毒用紫外灯、灭蚊灯等,均不能作为曝光的光源。
合适的曝光时间,与底片打印质量和感光板存放时间有关,上述时间为参考值,建议实际制作时先用小块边角试曝,以确定准确的曝光时间。
曝光完成后,将感光板从两层胶片中取出,即可进行显影。
3.4感光板的显影
我们取适量感光板专用显影剂,加温水按1:
100的比例溶解配置成显影液,至于塑料浅盘中,显影液的温度以30-35摄氏度为宜。
将曝光后的感光板投入盘中,轻摇容器,一两秒钟,即可看到线条的轮廓显现出来。
这时用毛刷轻刷版面,可以看到被胶片上黑色遮挡的部分,因被紫外线照射,已经固化,显影对它没有影响,显影后完整地保留下来了,同时显影液变成了浅蓝色。
整个显影过程约一分钟即可完成。
显影时间过长对膜层是有害的,超过十分钟的显影,可能造成膜层的完全剥离,需要避免。
显影完成后,以清水冲洗感光板,以去除版面上的残留的显影液。
风干后,用放大镜检查板上有无缺陷。
一般缺陷分两类:
一是膜层上有不该
露铜的地方,显露出覆铜,这主要是因为感光板面、胶片或玻璃板不清洁,有灰尘或污物造成的,这种情况可以使用油性记号笔小心地进行修补;另一种情况是膜层过多,有些不需要连接的线路被连接起来了,这主要是因为底片不够均匀,黑色部分有破损漏光,这种情况可以用手术刀等在放大镜下自己刮除多余的膜层部分。
完成显影后的板子。
注意事项:
对于20克包装的显影剂,可以一次全部配置后,使用2.25升装的可乐瓶密封保存,使用时根据需要的量倒出即可。
一包20克包装的显影剂可显影20块左右100*150尺寸的单面感光板。
使用后的显影液请勿倒回瓶中。
3.5蚀刻
取适量三氯化铁,加清水配制成33%的溶液,置于塑料浅盘中。
讲上不显影后的感光板投入溶液中,可见光亮的同层迅速变成浅粉红色,如投入后未变色,则为上一步显影不完全,可去除用清水冲洗后再次显影,可适当提高显影液浓度火温度或刷洗力度,直接露出光亮铜层。
显影时用毛刷反复刷洗版面,可大幅度提高蚀刻速度。
当没有覆膜保护的铜层完全溶解,露出浅色的环氧树脂板基时,蚀刻即完成,去除感光板,用清水冲洗后风干。
注意事项:
一般市售的三氯化铁是500克包装,可以加水1升配置成33%的溶液,溶液一般呈深枣红色,一次全部配置后,使用1.25升装的可乐瓶密封保存,使用时根据需要的量倒出即可。
一包500克包装的三氯化铁在业余条件下可以蚀刻50块左右100*150尺寸的单面感光板。
使用后的溶液请勿倒回瓶中。
市售有一种所谓蓝色环保蚀刻剂,其主要成分为氯化铜及强酸混合物,铜离子为重金属,过量是有害的,不建议使用。
蚀刻后,板上的蓝色保护膜已经失去原有的作用,并组织有效的焊接,所以需要除去,这里用到脱膜剂。
取20克脱膜剂溶于400mL水配制成5%的溶液,置于塑料浅盘中,将上一步蚀刻完成的PCB投入溶液中,轻摇容量,可见膜层逐渐在板上剥离并漂浮在溶液中。
当PCB上的蓝色保护膜完全剥离后,取出后以清水冲洗后风干。
可看到覆铜十分光洁明亮如图3-21不需要印制阻焊,这一步完成后就可以钻空并焊接了。
3.6阻焊层的制作
阻焊层,可以保护线条、防止零件被焊到不正确的地方。
阻焊层还能起到提高西安条件绝缘强度,防氧化铜层,并可使PCB更美观。
3.6.1涂布阻焊油墨
取适量双组分阻焊油墨按油墨:
固化剂=3:
1的体积在PCB上完全混合;一般根据需要的厚度不同,使用的混合油墨量也不同,一般100*150的单面板使用1-1.5ml都可以取得良好的效果。
以海绵滚筒刷反复轻轧阻焊油墨,把他们均匀地涂布到PCB上,外部的工艺边可以不满涂。
涂布后,静置数分钟,以使高出的阻焊油墨自行淌平。
然后用电吹风以50摄氏度左右的热风烘干版面十分钟左右,如图4-24所示,注意这是板面温度较高,阻焊油墨还是粘稠的,不可以触碰,否则会留下指纹,影响美观。
烘干后将PCB冷却至室温,检查板面干燥,不在粘手时,即可进行曝光。
3.6.2曝光
取第一步打印好的阻焊胶片,与印好阻焊剂的PCB叠好,以板上关键器件的焊盘来定位,仔细地调整好位置,用玻璃板夹好,玻璃板四周以夹子固定好,防止搬动、翻面时感光板与胶片发生位移。
将玻璃板置于前面制作的曝光箱上曝光。
此过程可以在一般室内环境光线条件下进行,室内环境光线对它是安全的。
阻焊油墨与感光板使用的油墨成分不同,时间要长数倍。
曝光时,灯管与版面的距离5-6cm,使用激光打印胶片要低一些,曝光时间可适当缩短。
这里的曝光时间是比较重要的,因为自行涂布的阻焊层厚度可能各不相同,而厚度对曝光时间
的影响是比较大的,需要根据实际情况摸索一下。
曝光时间过短,显影后的阻焊层可能失去光泽,曝光时间过长。
可能造成焊接不能彻底显影,后期焊接困难。
曝光后去掉阻焊胶片,即进行显影。
3.6.3显影
此步骤与感光板的显影完全相同,所用的显影液深度与温度也是一样的,只是显影过程较感光板显影较长,未曝光的焊盘先变软,到焊盘露出光亮的覆铜本底时,显影可以停止,取出用清水冲洗风干。
一般阻焊层的显影在3-5分钟可以完成。
3.6.4高温固化
显影后阻焊层并不是十分牢固,遇较强的刮擦可能会剥离,影响美观。
将显影后感光板风干水气后,置180-200摄氏度烤箱中烘烤30分钟左右,如不用烤箱,也可以置于倒放的电熨斗底部平面上。
3.7热转印字符
取第一步打印好丝印层的热转纸,靠关键器件位置定位,与PCB叠放,使用电熨斗,转印温度180-200摄氏度。
转印之前先找一张废的试一下温度,能让油墨融化有不至于把纸烫焦。
时间不宜太短,五分钟差不多,尤其是靠边的地方要好好过几遍。
去塑料浅盘,装80度左右的水,把板子放进去让水全部浸湿,稍微冷却以后轻轻接下热转印纸,墨粉已经完全转转在PCB上了。
取出后冷却风干,始可钻孔焊接。
3.8钻孔
业余条件下制作PCB,钻孔是相对困难的一个步骤。
需要指出的是钻头质量、主轴转速、进钻速度是影响最终成孔质量的主要因素。
如钻孔过程中出现问题,先从这三个方面找下原因。
业余条件下钻直径
0.5mm以下的孔十分困难,需要注意过孔不要设计得小于0.5mm。
在编写此流程详解时,采用的PCB图忘记修正过孔直径,最终造成本实例讲解所用的PCB不能正常工作。
最终经过焊接,一块完整的准专业PCB诞生了。
第四章总结
通过这次课程设计,加强了我们动手、思考和解决
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