印制电路计算机辅助设计(CAD)

印制电路计算机辅助设计(CAD)

一,印制电路板计算机辅助设计软件
　　图3.2 中显示出的软件开发工作，虽然也包含了印制电路板的计算机辅助设计(CAD)的内容，但实际上这类现成软件在市场上已有出售。目前国际上出售的一些印制电路的计算机辅助设计(CAD)软件示于表3. 1 。在有了现成CAD 软件后，印制电路设计人员的主要工作则是通过人机对话的方式往这类CAD 软件中输入参数，并得到结果。不过，为了能够很好地运用这些软件，设计人员首先应当掌握一些印制电路板计算机辅助设计的基础知识。

二,CAD 输出的多层印制线路板的层结构
　　作为多层刚性印制电路基础的多层印制线路板，是由一层层薄如纸甚至薄如蝉翼的树脂绝缘层和导体图形层相互重叠而构成的。所谓多层的层数，历来就有两种不同的计数方式，一种是无论导电的还是绝缘的、树脂的还是铜锚的，统统都算在内，作为一层来计算;另一种方式是只计算含有铜筒、即含有导体图形的层。显然，对于同一块印制线路板，按照两种不同的计算方式计数会得到很大悬殊的两种不同结果，国际上则以后面的一种计数方式比较流行，因此本书也采用后一种计数方式。图3.11 是在印制线路板设计中，由计算机输出的按照这后一种层数计数方式计数的4 层印制线路板的各层顺序结构示意图。

　　在进行计算机辅助设计导体图形时，需要对计算机输入数据。在输入数据前，首先应当确定该图形是正像、还是负像。应当特别提醒读者注意的是，这里有关正像与负像的提法，与光致抗蚀材料的所谓正性光致抗蚀材料与负性光致抗蚀材料的正负提法是不同的。这里的正像，在印制线路板制作过程中使用的既可以是正性光致抗蚀材料，也可以是负性光致抗蚀材料;这里的负像，在印制线路板制作过程中使用的既可以是正性光致抗蚀材料，也可以是负性光致抗蚀材料。这里的所谓正像，就是具有铜筒的导体图形;这里的负像则是为了嵌入正像，而将相当于有正像导体图形的部位去掉而剩余的导体图形。其中，正像数据是所有具有导体图形的层必不可少的。而负像则是在导体面积比较大的电源层、接地层才有的，尤其是在电源层、接地层中嵌入其他导体图形时更是必不可少的。其他图形的正像在电源层或者接地层的负像中的嵌入行为，称为图像合成，图3.12 绘出了电源层导体图形的负像与其他导体图形的正像合成前后的对照。如果在哪一层中有负像的话，在印制线路板制作过程中，需要将正像图形与负像图形合成在一起，才能构成印制线路板中的一层。对于同一层而言，即使正像、负像分别输入，在输出时也绝不可以分别输出，也就是说，计算机辅助设计的输出是以整层图案的形式输出的。

　　表面附着有导体图形的树脂薄层具有两个表面，为了便于区分，习惯上人们把朝向贴片式元器件安装方向的一面称为A 面，或者上面、正面;另外一面则称为B 面，或者下面、背面、反面。需要特别提醒新手注意的是，同一个图形、同一个位置，从B 面观察时，其左右位置是与A 面观察的结果相互颠倒的。

三，多层印制线路板CAD 软件的文件结构
　　多层印制线路板CAD 软件由3 种类型的文件构成，它们分别是环境设定文件、电子元器件文件和印制线路板文件。环境设定文件包括通用环境设定文件和某个具体的印制线路板设计条件限定文件两部分。其中，通用环境设定文件设定了打印机、颜色等整个印制线路CAD 系统的通用环境。而关于某个具体的印制线路板设计条件限定文件，显然是针对某种电路的特殊要求而制定的，其内容包括层结构、技术要求、连接孔与基板面、与电子元器件之间的关系等内容。在层结构的内容中，不仅定义所设计印制线路板层数，以及每层导体图形是正像还是负像，而且还要定义全部的不包含导体图形的阻焊保护层、标识层等设计过程中临时命名的虚拟层和最终输出的实际层。阻焊保护层在印制电路组装时可以起到防止焊锡流布造成短路的效果，因此有人又称其为阻焊膜。在技术要求的内容中，需要规定表面组装的贴片式电子元器件的引出端焊接方式，例如是再流焊还是浸焊，是适用于普通封装的贴片式电子元器件，还是适合高密度封装的电子元器件，以及能否在某些同类产品中进行替换。在连接孔与基板面的内容中，要定义局部层间导通孔CIVH) 与其所连接的基板面。另外，还要定义贴片式电子元器件与导体图形层之间，实质上就是表面贴片式电子元器件组装层与导体图形层之间的关系。

　　电子元器件文件包括文字文件和图形文件两部分。文字文件中有贴片式电子元器件列表与电子元器件特性信息。一般说来，电子元器件文件中也给出多层印制线路板的层结构图，参见图3.13 ;不过，对照图3.10 的层结构图可以发现，二者无论在形式上还是在内容上都完全不一样。在电子元器件列表中，应当注明每一个电子元器件是搭载在A 面还是B 面。单个焊盘信息中应标明是圆形焊盘还是方形焊盘或异型焊盘，并且对它们进行编号，而且为了避免该编号与电子元器件引出端编号之间出现混淆，通常采用字母编号的形式，例如焊盘A 、焊盘B 等。在纵向连接的焊盘信息中，要标明局部层间导通孔与哪-层的编号为多少的焊盘相连接以及在哪一层没有与其相连接的焊盘。在印制线路板的焊脚信息中，包含了预先登录过的焊盘信息、各种线面信息、电子元器件引出端的焊点编号等。

　　将贴片式元器件文件中的层结构图3. 13 与整个印制线路板层结构图3.11 结合起来，才能清楚地了解每个焊盘在各层中插入的时间和位置，这就是贴片式电子元器件连接层位图3.14 的功能。本图是照常例，将贴片式元器件搭载在A 面的例子。如果是搭载在B 面，文件中要专门注明。

　　印制线路板文件实际上是载入印制线路板设计信息的文件，其文件结构如图3. 15 所示。印制线路板的设计首先从选择设定条件的文件开始，在进行印制线路板设计时，前面所介绍的通用环境设定文件会自动地添加进来。正如本章第3.1 节的"从产品的系统规划到印制电路正式生产的整个过程"部分的内容中所说的，为了使整个系统电路的印制电路板减小尺寸、减薄厚度、减轻重量、缩小体积，并可以为日后留有允许升级以及更换元器件的功能，通常将整个系统的全部电路分割成若干块印制电路，而每一块印制电路都称为一个子印制电路，每个子印制电路所对应的印制线路板就称为子印制线路板;将这些同一个系统电路的子印制线路板组合到一起，就构成了一个完整的系统电路，这种组合起来的印制线路板称为母印制线路板。有关
子印制线路板的设计全部集中于子印制线路板文件内，其内容包括贴片式电子元器件的焊脚、与母印制线路板(或者与其他子印制线路板)相连接的焊脚以及导电带图形的信息。而关于子印制线路板的排列位置、角度、它们相互之间的连接以及它们与母印制线路板之间的连接信息则放置在母印制线路板文件中。母印制线路板与子印制线路板都应当进行严格的命名，因为母子之间具有严格的对应关系，二者之间的连接焊脚在双方的文件中必须进行对照确认，以防止数据丢失。当一方的文件变更时，另一方的文件必须及时地随之变更，并检查一方的变更会不会在另一方文件中产生冲突。

　　有关将大的完整电路分割成若干个子印制线路板的好处，也可以从另外一个角度感受得到。那就是随着我国进入WTO ，我国的经济越来越与国际市场接轨。具体到我们印制电路行业，不可避免地将要面对范围更为广阔的用户群。且不说不同国家和地区的用户可能使用不同的语言;其电惊也不再为固定的220V 、50Hz ，电源电压则可能是100V 、115V 、120V 、126V 、127V 、190V 、200V 、230V 、240V 、250V; 电源频率除了50Hz 外，也可能是60Hz; 广播频段的覆盖范围也可能不一样;除了罗马尼亚与朝鲜外，其他国家和地区的电视制式也都与我国大陆的电视PAL/D. K制式不同。从这里也可以体会到将一个大的完整电路分割成若干个子印制线路板的好处，必要时只需改动一个子印制线路，就有可能把一个复杂的电压差异、频率差异、频段差异、制式差异问题解决了。

三，电路原理图CAD 软件
　　电路原理图CAD 软件由环境设定文件、电子元器件文件和电路图文件三个文件组成，参见图3. 16 .

环境设定文件中只有通用环境设定文件。
　　电子元器件文件为印制线路板CAD 软件和电路原理图CAD 软件的共用文件，而且是由这里的电路原理图CAD 设计人员确定后，提供给印制线路板设计人员采纳的;当二者合用一个电子元器件文件时，这个电子元器件文件习惯上称为电子元器件(数据)库。在其文字形式的文件中，有贴片式电子元器件与图中符号、位置、标记相对应的列表与电子元器件特性信息。其中，在互联网上有大量关于贴片式电子元器件特性的信息，可供设计人员查询选用。由于在电路原理图CAD 阶段不存在印制线路板中的分层问题，因此在同-个电路图中有可能容纳大量的电子元器件，而对每一个电子元器件都应当严格管理、认真登录。在登录中，有的电子元器件可能是有封装标记的电子元器件，有的则属于裸片组装即有标记而没有封装的电子元器件。图3.17 是一个有封装标记的电子元器件登录的例子。当印制线路板CAD 设计人员或者印制电路的组装人员发现电子元器件的名称、型号、引线脚的位置、焊盘位置、焊点尺寸等出现差错时，必须马上反馈给电路原理图CAD 设计人员，并进行统一更改。

　　电路图文件是一个含有实际电路设计信息的文件。随着电路的大规模化，打印出来的电路图纸迅速地由B5 图纸增大为A4 、A3 ， A2 ，甚至于Al 都不够用了，因此人们采用了图3. 16 所示的将整个电路图分割开来的方法。在一个电路图文件中可以设定由若干页面组成，在不同的页面之间靠集束连接线连接起来，并在不同页面的同一个连接线处标以相同的标志，采用相同的名称。分割前的整个电路转换成的印制线路板组，称为母印制线路板;而被分割后的一块块的印制线路板，则称为子印制线路板。子印制线路板所涉及的电路范围有时候与由整个电路图分割的页面是一致的，有时候是不一致的;在二者不一致时，电路图文件中的更详细分类的文件，有的公司是按照页面划分的，也有的公司是按照子印制线路板划分的。在电路图设计时，应当注意将其设计成能够对一块块的子印制电路分别进行网络参数测量的结构形式。