試析Protel設計PCB的原則及實驗室制板的方法

PCB作為電子產品不可或缺的組成部件，廣泛應用于各種電子設備之中，對于實現不同電子元件之間的電氣互聯發揮著重要作用。而Protel則是一款十分優秀的電子自動化設計軟件，可以很好地滿足PCB的電路設計要求。基于此，本文分析了用Protel設計PCB的原則，并提出了Protel設計PCB的實驗室制板方法，以期對相關專業的學生有所裨益。

隨著信息技術的高速發展和電子產品的升級換代，傳統的手工PCB設計方式逐漸被計算機輔助設計所取代。Protel作為一款功能強大的EDA軟件，在PCB設計中有著十分廣泛的應用，在相關專業教學中引入基于Protel的PCB設計及制板方法，對于增強學生專業實踐能力具有重要作用。

一、Protel設計PCB的原則

1.元件布局

元件布局主要遵循以下原則：

高頻元件連接時，連線應盡可能短，以降低電磁干擾；相互之間容易產生干擾的元件應該盡量分開，不宜靠得太近；對于存在高電位差的元件，必須滿足相應的安全標準；重量較大的元件盡量不要安裝在電路板上，以免損壞PCB板體；對于容易發熱的元件，不宜安裝在熱敏元件附近；可調節元件要安放到便于調節的位置，如果是機外調節，則必須安放到與外殼旋鈕相對應的位置。

其次，根據電路功能要求，在沒有特別要求的情況下，應盡量根據原理圖中的元件安排進行布局，讓信號從左輸入、從右輸出；從上輸入、從下輸出。根據電路流程，合理布置各電路單元的方位，確保信號傳輸順暢無阻，并避免出現信號方向上的沖突。

另外，元件布局應以各功能單元為核心，均勻、有序、緊湊地分布在核心電路附近；數字電路與模擬電路要彼此分開；元件和電路板邊緣不宜靠得太近，一般應保持3mm以上。

2.導線布線

（1）線長。銅膜線越短越好，尤其是在高頻電路中。銅膜線變向時，盡量采用圓角或斜角，而不宜出現尖角或直角，特別是布線密度較高時更要如此，否則會影響電氣性能。對于雙面板布線，要盡量使兩面的導線彼此垂直或斜交，以防導線平行而出現寄生電容。

（2）線寬。銅膜線的寬度要滿足兩方面的要求，一是便于生產，二是達到相應的電氣性能規定。通常而言，銅膜線的寬度以0.3mm為宜。

（3）間距。兩條銅膜線之間要保持一定的安全距離，該間距至少應該能夠承受線上的峰值電壓。另外，出于生產方面的考慮，線的間距要盡可能的寬，特別是布線密度較低時，更要保持較大的間距。

（4）屏蔽及接地。公共地線要盡量設計到PCB板的邊緣位置，同時，在電路板上要盡量多地留一些銅箔作為地線，以增強其屏蔽功能。此外，地線要盡可能設計成環形或網格形。

3.焊盤尺寸

確定焊盤內孔尺寸時，應從元件引線直徑、公差尺寸、鍍錫層厚度、孔徑公差多個方面進行綜合考慮。一般而言，可在金屬引腳直徑的基礎上增加0.2mm作為焊盤孔徑，并以該孔徑加上1.2mm作為焊盤外徑。當焊盤的孔徑小于0.4mm時，應確保焊盤外徑與焊盤孔徑的比值在0.5～3之間；當焊盤孔徑大于2mm時，應確保焊盤外徑與焊盤孔徑的比值在1.5～2之間。另外，特殊情況下也可以使用橢圓、方形等其他形狀。

二、Protel設計PCB的實驗室制板的方法

1.熱轉印法

熱轉印法需要使用美紋膠紙、覆銅板、剪刀、油性筆等工具和材料。制板前應輸出并打印圖形文件。

熱轉印法的工藝流程如下：下料、拋光、水洗、烘干、貼圖、轉印、冷卻、取紙、腐蝕、水洗、烘干、鉆孔、拋光、裁邊、打磨邊緣。

制板時，應注意以下操作細節：

（1）應參照PCB板尺寸，裁出大小合適的覆銅板；

（2）盡可能采用抗氧化性強的板材作為覆銅板；

（3）轉印溫度以175℃為宜，熱轉印前，要將板子過2～3遍；

（4）腐蝕液可以采用1：4的三氯化鐵水溶液，也可以采用濃鹽酸和過氧化氫的混合水溶液（HCl：H2O2：H2O=1：2：4）；

（5）采用手工鉆孔時，必須挑選規格適宜的鉆頭，且盡可能將孔鉆到焊盤中心。

2.感光板曝光法

感光板曝光法需要用到菲林底片、感光板、剪刀、油性筆、透明膠等工具和材料。制板前應輸出圖形文件并打印菲林底片。

感光板曝光法的工藝流程如下：裁板、貼圖、曝光、顯影、腐蝕、脫模、鉆孔、拋光、鉆孔、裁邊、打磨邊緣。

制板時，應注意以下操作細節：

（1）注意打印好正片和負片，以備曝光時使用；

（2）裁板要小心操作，以防感光膜從板上脫落；

（3）顯影液的溫度以45～55℃為宜，且顯影粉：水=1：100；

（4）褪膜時應采用1：20的脫模液，溫度以50～55℃為宜，沒有脫模液時，也可用酒精等替代，經擦拭即可褪膜。

Protel是目前廣泛采用的一種PCB設計軟件，利用Protel設計PCB時，對于元件布局、導線布線、焊盤尺寸等方面都有一定的要求，學生在學習PCB設計時，要嚴格遵循這些原則，并熟練掌握熱轉印法和感光板曝光法這兩種實驗室常用制板方法，切實提高自身動手能力，為將來走向工作崗位奠定扎實基礎。

參考文獻：

[1]張輝.protel 99SE環境下的數字鐘電路的設計[J].技術與市場，2015（5）.

[2]鄒春妮.基于protel DXP 2004的pcb設計思想和方法的研究[J].中國科技縱橫，2015（3）.

（作者單位：西藏民族大學信息工程學院）