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新電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，會(huì)依照電子產(chǎn)品功能訂定規(guī)格，再依照功能規(guī)格設(shè)計(jì)電路，并依序完成電路圖繪制、設(shè)計(jì)電路板、樣品試作及功能驗(yàn)證等作業(yè)，最后才大量生產(chǎn)。

 

以下為電子產(chǎn)品在電路板設(shè)計(jì)時(shí)的開(kāi)發(fā)流程：

1.  訂定功能需求

企業(yè)根據(jù)開(kāi)發(fā)需求，訂定電子產(chǎn)品的功能及外觀，并將相關(guān)功能規(guī)格交給電子設(shè)計(jì)工程師(E.E Enginer)，將外觀設(shè)計(jì)交給結(jié)構(gòu)工程師，電子設(shè)計(jì)工程師可用硬體實(shí)作或軟件模擬將各電路功能逐一設(shè)計(jì)完成。

 

2.  繪制電路圖

電子設(shè)計(jì)工程師將電路設(shè)計(jì)完成并經(jīng)確認(rèn)后，開(kāi)始使用電路設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行整體電路圖(Schematic)繪制工作，完成后再交由PCB布局工程師(PCB Layout Enginer)進(jìn)行電路板的設(shè)計(jì)工作。

 

3.  設(shè)計(jì)電路板

PCB布局工程師根據(jù)電子工程師提供的電路圖及實(shí)體產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)范，先進(jìn)行零件布局，再依零件擺放位置進(jìn)行電路布線，完成后即可由電路板編輯器產(chǎn)生電路板底片檔(Gerber Files)，交由電路板工廠進(jìn)行樣品(PCB Sample)試做，待完成后交回給電子設(shè)計(jì)工程師。

 

4.  PCBA組裝測(cè)試

電子設(shè)計(jì)工程師收到電路板樣品后，進(jìn)行零件的PCBA組裝焊接，并進(jìn)行功能除錯(cuò)及驗(yàn)證，并與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)做PCBA組裝測(cè)試，完成測(cè)試后即可大量生產(chǎn)。

 

整個(gè)電路板的設(shè)計(jì)流程可分為三個(gè)階段：

第一階段資料搜集/建立

1.  繪制電路圖

繪制電路圖前，因?yàn)殡娐穲D編輯器的初始設(shè)定，并非適用于每種產(chǎn)品，因此，會(huì)先針對(duì)作業(yè)環(huán)境作適宜的修改，例如重新設(shè)定圖紙大小(Sheet Size)、圖框(Sheet Border)、屏幕顯示格點(diǎn)(Display Grid)及工作設(shè)計(jì)格點(diǎn)(Design Grid)距離等。

接著開(kāi)始將零件從零件庫(kù)(Library)取出，擺放至適當(dāng)位置，如欲使用的自建的零件庫(kù)，須先掛載到編輯器中。然后依原始電路圖，使用連接線將零件腳位連接(如圖1-7所示)。如果電路太大一張圖紙放不下，會(huì)分開(kāi)于數(shù)張圖紙上，其中電氣特性相同的腳位，會(huì)以端點(diǎn)連接器(Off-Page)做連結(jié)，一般會(huì)將組成同一功能的零件放在相鄰區(qū)域。

圖1 電路圖

 

2.  各類文件輸出

在圖紙右下方，標(biāo)注電路圖相關(guān)資訊，最后輸出相關(guān)文件，如電路的PDF文件、BOM表(Bil Of Material ，零件列表)、Netlist(網(wǎng)路表)等。

　

第二階段電路建立及布線

1.  取得電路板框資料

因?yàn)樵诹慵季智靶柘仍O(shè)定電路板外型及大小，所以，先取得結(jié)構(gòu)工程師的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖，以取得電路板框尺寸及高度限制等資料。

 

2.  電路圖資料轉(zhuǎn)換成電路板

電路板編輯器其操作環(huán)境初始設(shè)定未必是合適的，因此在開(kāi)啟電路板編輯器后，會(huì)先針對(duì)操作環(huán)境作適宜的修改，例如設(shè)定走線寬度(Trace Width)、屏幕顯示格點(diǎn)及工作設(shè)計(jì)格點(diǎn)等。再根據(jù)電路圖編輯器所產(chǎn)生的網(wǎng)路表(Netlist)，轉(zhuǎn)入至電路板編輯器中，以便取得所有零件的包裝(Package)及各包裝間的電器特性連接資料。電路圖編輯器中零件腳位間的連接線，此時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)成使用預(yù)拉線 (Connection，或稱鼠線) 連接(如圖1-8所示)。

圖2 零件間使用預(yù)拉線連接

 

3.  電路板布局

電路板零件的擺放布局必須考慮結(jié)構(gòu)大小、布線長(zhǎng)度、美觀等因素。因?yàn)楫a(chǎn)品結(jié)構(gòu)是固定的，零件的位置必須先考慮與結(jié)構(gòu)相互搭配的零件，如開(kāi)關(guān)、音量調(diào)節(jié)的可變電阻、DC電源座等，都是必須先固定在某個(gè)位置上，然后盡量讓相互連接的零件放在同一區(qū)域，最后再考慮整體的美觀，可將相同零件排在一起，例如電阻、電容、LED等。圖1-9為電路板零件布局完成圖，其中S1、J1及U1為配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)位置必須固定。

 

一般布局原則及順序如下︰

(1) 必須固定位置的零件，如︰螺絲孔、開(kāi)關(guān)、可變電阻、連接座等。

(2) 主要零件或較大型零件，如︰單晶片、變壓器、繼電器等。

(3) 次要零件或小型零件，如︰電晶體、電阻、電容等。

圖3 電路板零件布局

 

4.  電路板布線

較復(fù)雜的電路板銅箔布線，一般會(huì)先訂定布線規(guī)范(Routing Constraint)，可讓軟件在布線的過(guò)程中自動(dòng)檢查是否符合規(guī)范，如︰走線和走線、走線和零件、零件和零件間的間距、是否限定走線長(zhǎng)度等。布線可分為人工布線(Manual Routing)及自動(dòng)布線(Auto Routing)，如下說(shuō)明︰

(1) 人工布線

全部的走線均由人工一條一條布線，優(yōu)點(diǎn)是布線最佳化，可有效的利用電路板空間，亦考慮到走線間的美觀，缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)時(shí)間較長(zhǎng)，圖1-10為人工布線電路板圖。

圖4 使用單面板做人工布線

　

(2) 自動(dòng)布線

自動(dòng)布線前必須先輸入布線規(guī)范，自動(dòng)布線軟件再依規(guī)范做多次嘗試性的布線，但自動(dòng)布線尚無(wú)法做到最佳化的布線，所以，最后還是需要使用人工做修改。因自動(dòng)布線大量的使用貫孔(Via)，導(dǎo)致浪費(fèi)電路板空間，專業(yè)的布線工程師較不會(huì)采用自動(dòng)布線方式，圖1-11 為未經(jīng)人工修正之自動(dòng)布線電路板圖。

圖5 使用雙面板做自動(dòng)布線

 

5.  設(shè)計(jì)驗(yàn)證(Verify Design)

由于有些電路板編輯器不會(huì)對(duì)手工布線做錯(cuò)誤檢查。所以，對(duì)于必須另外做安全間距(Clearance)驗(yàn)證，以檢查布線結(jié)果是否符合布線規(guī)范；未接線(Connectivity)驗(yàn)證，以檢查是否已完成所有走線。當(dāng)然，對(duì)于較復(fù)雜的電路還需做其他如高速走線(High Speed)驗(yàn)證、導(dǎo)孔數(shù)量(Maximum via count)驗(yàn)證、電源板層(Plane)驗(yàn)證、測(cè)試點(diǎn)(Test Point)驗(yàn)證及電路板制造 (Fabrication)相關(guān)驗(yàn)證、等檢查。

　

第三階段資料匯出

電路板設(shè)計(jì)流程的最后階段，是要做出圖前的處理，如電路板文字面、底片檔輸出等，以下列出此階段重點(diǎn)工作︰

1.  重排零件序號(hào)

電路板上文字面的零件序號(hào)(Reference Designator)，是由電路圖所指定的，為了方便未來(lái)的測(cè)試或維修，將零件序號(hào)依照其在電路板的位置重新排序，當(dāng)然電路板編輯器會(huì)將新的零件序號(hào)傳回(Back Anotation)原電路圖，使電路圖和電路板零件序號(hào)保持一致性。

 

2.  調(diào)整零件序號(hào)方向及位置

由于零件布局時(shí)，序號(hào)文字方向可能已隨零件旋轉(zhuǎn)，或是移動(dòng)零件時(shí)，序號(hào)的字面遮蓋到零件本體、腳位或貫孔上，必須做適當(dāng)調(diào)整以利辨識(shí)。

 

3.  加入文字訊息

一般會(huì)在電路板上加入型號(hào)、設(shè)計(jì)日期、版本、公司商標(biāo)、網(wǎng)址等文字或圖形資料，這些都是和零件序號(hào)一樣在文字層( Silkscren Layer )中顯示。

 

4.  輸出底片檔

最后電路板編輯器必須產(chǎn)生底片檔(Gerber Files)，才能交由電路板制造工廠試做樣品，以雙面電路板為例，必須輸出的底片檔如下說(shuō)明︰

Routing TOP        正面的走線層(可選擇含板框Board Outline資料)

Routing BOTTOM   背面的走線層(可選擇含板框Board Outline資料)

Silkscreen         文字絲印層

Solder Mask TOP    正面的防焊層

Solder Mask BOTTOM   背面的防焊層

NC Drill       鉆孔層

 

5.  產(chǎn)生報(bào)表

當(dāng)完成電路板后，應(yīng)將相關(guān)資料以報(bào)表呈現(xiàn)，以便于制造生產(chǎn)或測(cè)試時(shí)做參考，常見(jiàn)報(bào)表如下︰

(1) 零件列表 (Bil Of Material Report) 

(2) 零件座標(biāo)列表 (Component Location Report) 

(3) 訊號(hào)接點(diǎn)列表 (Net List Report) 

(4) 測(cè)試點(diǎn)列表 (Testpin Report)