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刚刚测试出人生中第一块板子所有功能正常,欣慰啊。本小白在制作PCB的过程中参考了不下20篇文章,很感谢那些前辈大佬们能把自己的经验分享出来,所以也想记录、汇总一下在设计PCB的时候要走的流程、遇到的问题。
说在前面:
1. 本文并非完全原创,而是糅合了各位大佬的文章、教程、讲解以及一些自己的理解,被作者厚着脸皮贴了原创的标签。引用的文章链接会尽量在引用段落后标出。如果构成了抄袭请联系作者,作者马上删掉。主要参考文章:
2. 从程序层面就要考虑好,哪个引脚对应哪个功能/模块。如果是开发以芯片为基础的项目,就要从一开始就规划好如何连线方便,而不是追求引脚统一。如果是以开发板为基础,也要尽量把模块所需的连线规划在同一边,哪怕导致引脚标号混乱难记。如果不这么做最后会发现在PCB布线的时候有几条线完完全全卡死了。请务必要在开始画原理图之前在keil等编程软件上简单构思、安排引脚的功能。绘制原理图是第一次让你意识到程序的缺陷(比如说引脚冲突)的机会。第二次则是布线阶段。
3. 同样,在放置元件的时候就要想好/标注这个元件在嘉立创哪里能买到,方便后续SMT贴片。有固定封装比如说0402电阻/0603LED这些可以忽视,但是器件一定要先在嘉立创选好型号。
本文写于2023年8月份,因为后续要用嘉立创制版所以孔径,线宽线距最好都要符合嘉立创的规则。以下为图,其中关键参数为孔径,线宽线距和字符大小。孔外径不得小于0.3mm(12mil),外径不得小于0.5mm(20mil)。作者采取的线宽与线距都为0.2mm(8mil)。字符高度必须大于1mm(40mil),粗细则大于0.15mm(6mil)
如果不得不把板子发给其他厂商,也一定要查明该厂商的技术能力(英文:Capabilities),比如能否做盲孔/埋孔,板框大小上限等等。。
记录几个国际制板厂:
日本旗胜 Nippon Mektron 中国語版トップ | 日本メクトロン株式会社 (mektron.co.jp)
台湾臻鼎 臻鼎科技集團 (zdtco.com)
美国迅达 TTM 关于我们 | TTM Technologies
台湾欣兴 Unimicron 欣興電子 | 首頁 (unimicron.com)
日本住友 Sumitomo Denko 住友电工 | Connect with Innovation (sumitomoelectric.com)
台湾华通 Compeq 華通電腦股份有限公司 (compeq.com.tw)
韩国永丰 Young Poong Youngpoong electronics co.,ltd (ypelec.co.kr)
此处厂商信息参考:几个稍大的PCB公司,罗列下来,请大家指正 (amobbs.com 阿莫电子论坛 - 东莞阿莫电子网站)
(实在不想找参数了,各位无必要还是支持嘉立创吧。。。)
原理图部分与布局部分大量参考、搬运AD20画板基本流程_ad20画板步骤图文_qq_49641705的博客-CSDN博客
大部分时候AD自带的库里面没有我们想要的封装和元件,自己画又非常繁琐,于是从嘉立创直接摸封装能大大提升效率。作为初学者最好创建一个库,右键PrjPcb项目,分别建立schematic lib和PCB lib。注意!最好在这个阶段把嘉立创的物料编号(C开头的那个)添加到Description末尾,之后会用到。
然后,进入立创商城找到需要的元器件,此处以数码管为例,点击数据手册-立即打开(数据手册上面那个就是物料编号)
就会自动转到嘉立创EDA。如果没有显示如上图的原理图(左)和封装(右)的话,重启一下嘉立创吧。登录嘉立创之后,导出AD格式的封装
这样目标文件夹里就会多出一个pcbdoc文件。把它拖进AD自由文件里面,然后重点来了:打开这个文件,先框选封装,按下ctrl+c,此时鼠标会变成绿色十字,选中器件中心,然后双击刚刚创建的PCB lib,如果点不出来就点击右下角的panels-PCB Library。
然后点击这个区域,ctrl+v把封装黏贴进去。
之后再在schematics library里面add footprint把封装和原理图相关联就好了。
元器件放置完毕后,再就是放置GND和VCC等端口,
右击1所示的框框,就会出现第一幅图所示的情况,在选择所需的端口点击左键即可。
左击2所示的框框,是用来调用放置线的,放置线的作用一般是用来连接元器件和端口的,也可以用来放置网络端口。
一个模块的原理图画完后,基本就是这个样子,然后就是添加网络标签
如图所示,点击放置,再点击网络标签,即可拖出一个网络标签
如图所示,拖出了一个网络标签,放置再放置线上,注意网络标签的网络属性一定要放在放置线上,否者系统将无法识别,就会出现报错。网络属性如图所示,用红线圈出来了。
一般,我们画完原理图后,元器件的标注是没有标注的,你可以手动标注,也可以让系统自动进行标注。制动标注的方法如图:
点击工具,标注,原理图标注,即可出现如下界面
然后,点击更新更改列表,点击接受更改,再点击验证变更(可选),执行变更,即可对元器件进行自动标注。
参考:Altium AD20原理图元件自动编号,位号重新排序_ad原理图元件自动编号_Mark_md的博客-CSDN博客
原理图画完后,再用线将各个模块进行分割,便于识别。如图,点击放置,再点击绘图工具,点击线,或者快捷工具栏右键最右边的选项,选择线,再用线将原理图的各个模块进行分离即可。在这一步即可开始规划后续PCB布局的时候每个模块的位置,不一定要准确,但是最好有个大致思路。
点击设计,再点击方框第一列 Update PCB Document PCB1.PcbDoc(得先创建好PcbDoc),import changes也是一样的,点哪个都行。
可以将最后一列的room表去掉,不然pcb板子里会多出一个红框然后报错。点击验证变更(可选),执行变更,
如果没有问题,就会直接更新到PCB板子上,如果有问题的画会报错,一般的错误会有:
1.元器件未封装
有的元器件虽然画了 可以用来画原理图,但是没有封装,这时候你需要给你所画的元器件进行封装,添加封装后就不会报错了。
2.网络标签的网络属性没有放在放置线上
Ps:AD20可能会出现一个bug,有的网络标签的网络属性虽然放在了放置线上,但没有放在放置线的端口上,这样也可能会报错,但很少,一般不会。
3.网络标签没有对应上
在画原理图的时候,你可能由于疏忽将网络标签标错,无法进行对应,所以软件将会报错。
执行完变更后,元器件就会出现在pcb的板子上
我们将元器件更新过来后,系统会报出许多错误,并且我们也希望板子能在嘉立创打,这时候就需要进行规则设置。
点击设计,规则,即可弹出规则设置方框。
如上图,点击所示选项Clearance,意为器件,走线,通孔等objects之间的合法距离。Hole的全部为0,其他的可以都改为8,这个看情况,多小都行,甚至可以暂时设置成0。如果为0,布线的时候不会报错,但是铺铜后就会报错,所以最小就是0.1即可,一般布线没有大问题。不过参考嘉立创的打板规则,单双层板最低为4mil,多层最低为3.5mil,而6mil是比较保险的工艺选择
第二个就是线宽,大致范围也应该在3.5mil-6mil这样,不过越宽越好,一般与上面设置的线距同步,作者上面设置的是8mil,那这里线宽也首选(preferred width) 8mil。最小是8mil,最大为电源线/地线准备20mil,可以设置顶层和底层的线,也可以单独设置其他的线,比如电源线,地线这个有需要可以自己研究,一般的话设置这些就够了。如果有特殊需求的画,可以根据自己的需求进行修改。
再就是过孔的孔径,注意:参考文章中将其定为了内径8mil,外径16mil,而在嘉立创只有多层板才能用二次打孔的方式打这么小的孔,单双层板的打孔,根据嘉立创的规定,内径不得小于0.3mm(12mil),外径则是不得小于0.5mm(20mil)。也有参考文章中将外径设置为0.6mm(24mil)的。多层板的限制则是0.15mm(6mil)和0.25mm(10mil)。
在制板后期一般要做一个叫过孔盖油的操作,但主要参考文章使用全局筛选过孔,然后勾选盖油属性的方式。这样在实际中有很多问题:例如后续新添加的过孔还是老样子,仍需画完PCB后统一过孔盖油,而如果最后出图时忘记了检查,很可能就把后添加的过孔盖油给忘了,导致出图错误。所以选择Mask - Solder Mask Expansion,再选择 Custom Query。
(如果是使用默认ALL,然后勾选两个盖油的对勾,会导致部分元件的焊盘也被阻焊油墨覆盖,造成严重错误。所以要用规则表达式,去约束选择的对象。仅选中过孔Via)(ALL这里不做演示,反正不能直接用ALL,会严重影响Solder层,影响Gerber)
选择自定义查询,然后选择 查询助手(query helper)
删除输入框中的All之后,在Object Type Checks中翻到底,双击IsVia,注意不要误触重复操作。最后把盖油(Tented)勾选上。
这样就杜绝了出错。
参考:Altium AD20过孔盖油,通过设计规则实现过孔盖油,简便实用不会造成遗漏出错_ad20过孔盖油设置_Mark_md的博客-CSDN博客
这个是对连接方式的规则设置。AD默认为 热焊盘 Relief Connect 的焊盘样式,无特殊情况下,请更改为 直接连接 Direct Connect。(这里说的平面层不是表层和底层,而是中间层,默认为负片显示)热焊盘只是为了减小焊接时向周围热量的传导、方便手动焊接。而正常生产都是回流焊,不必考虑手动焊接的便捷性,直接实铜连接最为可靠。
如上图,这个是对丝印的设置,设置为0即可
如上图,这个是对元器件间距的设置,一般都设置为0即可
如图,这个是对阻焊的设置。
如上图,是对孔间距的设置。
如上图,是对丝印到元器件的设置。
Ps:AD20的规则很复杂,一般初学者对规则改动就这些就可以了。有的人选择直接将规则屏蔽,但是不建议这样,因为这样以后出现错误也不容易查找。
首先,右击上方的PCB选项框,点击垂直分割,即可出现下图所示界面
再点击工具栏,选择交叉选择模式(Cross Select Mode)(一定要选择这个选项,否者PCB板框于原理图无法联系起来),然后框选中原理图的任意模块,再在PCB的界面中点击工具,器件摆放,在矩形区域排列(快捷键:T-O-L),即可将该模块的元器件分离出来.
如图所示,就是将框选的模块分离出来了。
将元器件模块分离后就是对元器件的排版,一般的话,就是一个模块一个模块的先进行排版,尽量让飞线(ratnet)少进行交叉,让线条较为顺畅即可。如果想把元器件放在板子背面,可以按住该元器件,当可以拖动的时候,按L把它翻到背面(英文输入法模式下)。但也不是一定不能有交叉,一些交叉是无法避免的不必过于深究。大的模块排完后就是对模块内的元器件进行排列,拖动元器件,按空格键进行旋转找出最适合的角度与位置进行布局。一般来说,像排针,USB接口这些都是放在板块边缘的,然后芯片一般放在板子的中间,晶振是放在芯片的旁边,与晶振一同的电容最好放在一侧,而用于给芯片滤波/稳压的电容则环绕在芯片四周。如果发现有些飞线实在是太拧巴了,那就要提前考虑重新分配引脚的事情了。
布线方面就比较耗费精力,越是复杂的电路板越不好连线。连线方面,由于本小白这次做的是二层板,可以在两层电路板上走线,稍微比单层板简单一点,不过貌似四层板走得更舒服。
首先,同一层的电路板走的线不能交叉,而且规则设置有线间距一般只要不重合基本不会报错。其次,顶层板上走线可以与任何元器件进行连接,底层板的上走线只能与排针和焊盘走线。因为排针与焊盘是将顶层与底层打通了,所以可以走线,其他的均不可。底层的线与顶层的线可以交叉没有影响。如果遇到无法连接的,可以对电路板进行打孔,打完孔后,这个打孔的地方,底层电路线可以与顶层电路线进行连接,除此之外,不可连接。布顶层线就是在top layer中按ctrl+w,底层线就是bottom layer,直接在这里选择。
(快捷键P-T 是放置过孔,就是对电路板打孔,P-V是走线。GND上的线可以不用连接,等到铺铜的时候,将铜的属性调为GND就自动连接到地了。)
然后就是注意一下,走线的时候尽量不要出现锐角,少出现直角,一般以钝角为宜,圆角(arc)最佳,这涉及到阻抗匹配的问题,如果阻抗不匹配,信号会出现抖动。三线以上交叉的时候走直角就无所谓了。另外,走线的时候,因为USB是给芯片供电的,所以它上面走线要走宽线,一般是20mil,而普通的IO口走线一般走8mil即可。最后晶振上面尽量不要走线。
当然,科技的发展让小白有了逃避布线折磨的机会,那就是自动布线。这是一个非常省时间且NB的AD功能,貌似没在其他家(嘉立创和Allegro)看到。不过,想要用自动布线画出漂亮的板子难如登天。AI一不小心就会整出直角走线,过孔重叠,板边走线等逆天操作,很多时候明明能走直线的地方非要拐几个弯,能打孔的地方非要绕一大圈路,最后一看布不下去了直接开摆也很常见。所以,如果选择采用自动布线,一定要在启用该功能之前设置好规则,做好准备工作。绘制禁止布线区域(Keepout)相当有用,可以完全避免板边走线。
选择后单击左键开始,再次单击左键结束,会在当前所选择的层,此处例为bottom(蓝色),创建一个禁止布线、铺铜的区域。
在板子四周,每个需要布线的层上都放上一圈,自动布线就不会搞极限操作了。
还可以在规则设置里选只布单独一层、路径策略(比如说尽量水平/垂直布线),甚至单独规定某一个网络的线怎么布,但是那样对于小白级别的双层板子就失去了自动布线的意义...在准备工作完成之后,就可以开始愉快的自动布线了!
最粗暴的办法就是选择全部布线。熟悉了之后可以选择只布某个网络,或者建立一个网络分类来避开某个网络,或者只布某一区域。
点击All之后会出现这个界面,直接点右下角的Route All即可开始布线。自动布线卡死意味着布不下去了,可以手动停止。出现这种情况要么重新排列一下元器件,要么手动把剩下的线布好。AI很多走线非常多此一举,经过人工修改很有可能就布好了。如果有必要,可以先把地线全部删除
选择Net,然后选中随便一个联通GND的焊盘或者线,即可删除GND网络。
布线完后,对布线进行检查,点击工具,设计规则检查(Design Rule Check)。
然后点击 运行DRC检查走线是否出错。
这会生成并自动跳出一个报告,储存在项目文件夹Porject output里。如上图所示,这些对这些错误进行双击,就可以定位错误。如果是显示GND未连接,则暂时不需要进行修改,因为铺铜后大部分GND会自动连接。
如果GND铺铜之后没有全部连接再考虑用走线的方式连接。
我们需要画一个大小适中的板框,如上图点击红圈圈住的线条,点击后在Mechanical 1这一层画一个大小适中的板框,画好之后选中其中一根,按下Tab全选,再按下D-S-D或者如下图操作,即可规划出自己的板框。
以防万一再做一次。随机选中一个过孔,右击,查找相似对象,会出现下图所示情景。
然后,再Layer这一列的最后一个方框中选择same,如上图所示,再点击确认,会出现如下的界面
选中Manual选项,将图中所圈的方框进行勾选,再按回车键,即可完成盖油。
在PCB界面按下快捷键T-E或在工具栏里Tools-Teardrop直接确认滴泪。很方便。
直接点击确认即可,就可以完成滴泪操作。
在PCB界面按下快捷键T-G-M或在工具栏里Tools-Polygon Pours-Polygon Manager采用自动铺铜。
然后点击New Polygon from - Board Outline。右侧网络(Net)处选择GND,Layer处选择顶层(Top Layer)。为了少一点孤岛(Island),作者选择了去除面积小于12500平方mil的铺铜,最后再选择Pour Over All Same Net Object,勾选去除死铜。
点击OK,顶层就铺好了。把Layer改成其他,重复上述步骤即可铺好整个板子。
流程参考:AD铺铜中用铺铜管理器进行铺地_ad铺地_soumns丶涛的博客-CSDN博客
孤岛/孤铜/死区是什么?:立创eda学习笔记十八:铺铜死区?孤岛?死铜?_立创eda铺铜不完整_Gutie_bartholomew的博客-CSDN博客
在板子上添加logo或图案,脚本是D:\Altium\Plugins\PCB Logo Creator,图片须通过windows自带画图转换为bmp格式。插件要额外下载,可以通过下方链接去原文(记得点赞)。注意,如果用的是盗版AD请注意版权问题,不要随随便便把公司/学校logo印上去。
参考:AD 2020中添加LOGO的方法_ad20添加logo_biegaowoa的博客-CSDN博客
首先强烈建议下载一个嘉立创下单助手,比网页版好用。如果储存空间不够就只能用网页版了。
点开嘉立创下单助手中PCB-FPC下单会显示让我们上传Gerber/PCB文件,gerber文件一来可以避免PCB工厂转换的不合我意,比如说有些参数不用写在板子上,二来可以避免PCB源文件被拿去修改另作他用。工厂那边也会怕他们转换出问题了你去追责,所以对gerber文件有了解的话最好能自己来。AD中导出gerber文件和NC打孔文件(NC Drill file)不难。在PCB界面点击左上角File - Fabrication output - Gerber Files就会出现如下界面
在‘概要’项中,单位选择英寸,厂商建议格式选择2:5最高精度。其中,2:3,2:4,2:5代表文件使用的精度数据;2:3分辨率为1mil;2:4分辨率为0.1mil;2:5分辨率为0.01mil。
而在层设置中,画线层奢侈一点可以全选,节约一点就选所有使用的(Used On)。再点一下映射层(Mirror Layers)选择All off,否则会生成一个镜像的板子。同样,奢侈一点可以勾选包含未连接的中间层焊盘。作者的配置是Used On - All off - 勾选。
打孔设置则是勾选左边两个。这个貌似有争议,有人选择勾有人选择不勾,原因不明。作者猜测是因为这个操作与后续打孔文件重复了。保险起见勾选吧。
然后确认一下后面两个设置无误(一般就是默认设置),就可以点击OK了。
生成gerber文件了还不算完,还有NC Drill文件。
此时左边栏里会出现两个未保存的CAM文件,不用管它们也不用保存,文件都在这里了
把这个文件夹压缩打包上传嘉立创就可以进行下一步打板了。
一般选择FR-4板材,便宜经典好用。软板类似于排线,不是史莱姆那样真的QQ弹弹的软板,不能用于医疗植入物什么的。铝基板则是在FR-4的基础上加强了散热,同样,铜基板也有更好的散热能力,附带稍好的导电性和信号传输能力。不过一般这俩只能做单层板,而且很贵,不推荐选择。罗杰斯高频板和铁氟龙高频板适用于高频信号,罗杰斯材料是由聚氨酯制成的,而铁氟龙材料则是由聚四氟乙烯制成的。罗杰斯材料拥有更高的弹性,而铁氟龙材料则拥有更高的硬度。此外,罗杰斯材料的抗紫外线性能优于铁氟龙材料,而铁氟龙材料的耐腐蚀性优于罗杰斯材料。最后,罗杰斯材料较为便宜,而铁氟龙材料的抗冲击性更优。
如果奢侈一点要做SMT贴片呢,预计价格可就不是20块钱是800块钱了,因为要收300块钱加工费。不过有时候不得不这么做来节约时间,尤其是由公司报销的时候(顺便一提,开公司发票所需的手续费可高达总费用的12%,不要随便尝试)。
还记得之前说过的在Description里面记录的嘉立创物料编号吗?这时候就要派上用场了。SMT贴片需要一份物料清单(BOM,bill of material),那些直插式的元件,比如说排针,也需要一份物料清单。为了厂商方便,我们还需要导出一份SMT贴片位置表格,那我们先导出这个贴片定位表格
然后csv文和txt件就会出现在Project output文件夹里。
导出BOM
把那些没必要SMT贴片的,比如说排针,或者那些直插式的元件,搬到另一个表格去。把这个命名为(项目名称)SMT清单,把另一个命名为(项目名称)直插清单。
直插清单长这样:绿色的是采购和财务那边愿意看的型号,红色太长了。
然后回到嘉立创下单助手,选择SMT下单。
上传我们刚刚准备好的文件。如果物料在嘉立创仓库有货的话可以直接选择,没货就要换一下货源,或者自己在其他渠道(某宝)买好,寄到嘉立创仓库。通常嘉立创更有品质保障,某宝则更便宜。最后点击右侧下一步就可以下单了!
写在后面:
这篇文章拼拼凑凑,也许漏洞百出,如果有大佬耐心阅读下来并发现了错误,非常欢迎您在评论区指点。如果有未来的大佬看了这篇文章并觉得有帮助,可以点一点大拇指鼓励一下作者,但最重要的是将分享知识、分享经验的精神传递下去。作者在写这个总结的时候复习了那些参考过的文章,真的很感谢大佬们以简洁明了轻松诙谐的方式带作者入坑PCB制作。最后附一句作者一直都很喜欢的话,也印在了作者的第一块PCB上:
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