第10章 PADS Layout的元器件的布局
PADS Layout是复杂的、高速印制电路板的设计环境。它是一个强有力的基于形状化(shape-based)、规则驱动(rules-driven)的布局设计方案。PADS Layout的布局可以通过自动和手工两种方式来进行。
本章将从布局规则开始，对如何利用PADS2007软件实现元件布局进行详细的介绍，使读者对手动布局和自动布局有一个比较全面的了解。
10.1 布局规则介绍
在PCB设计中，PCB布局是指对电子元器件在印刷电路上如何规划及放置的过程，它包括规划和放置两个阶段。合理的布局是PCB设计成功的第一步，布局结果的好坏将直接影响到布线的效果和可制造性。不恰当的布局可能导致整个设计的失败或生产效率降低。在PCB设计中，关于如何合理布局应当考虑PCB的可制性、合理布线的要求、某种电子产品独有的特性等。
10.1.1 PCB的可制造性与布局设计
PCB的可制造性是说设计出的PCB要符合电子产品的生产条件。如果是试验产品或者生产量不大需要手工生产，可以较少考虑；如果需要大批量生产，需要上生产线生产的产品，则PCB布局就要做周密的规划。需要考虑贴片机、插件机的工艺要求及生产中不同的焊接方式对布局的要求，严格遵照生产工艺的要求，这是设计批量生产的PCB应当首先考虑的。 当采用波峰焊时，应尽量保证元器件的两端焊点同时接触焊料波峰。当尺寸相差较大的片状元器件相邻排列，且间距很小时，较小的元器件在波峰焊时应排列在前面，先进入焊料池。还应避免尺寸较大的元器件遮蔽其后尺寸较小的元器件，造成漏焊。板上不向组件相邻焊盘图形之间的最小间距应在1mm以上。
元器件在PCB板上的排向，原则上是随元器件类型的改变而变化，即同类元器件尽可能按相同的方向排列，以便元器件的贴装、焊接和检测。布局时，DIP封装的汇摆放的方向必须与过锡炉的方向垂直，不可平行，如图10-1所示。如果布局上有困难，可允许水平放置IC(SOP封装的IC摆放方向与DIP相反)。
SOL
正确
错误
图10-1 DIP封装与IC摆放的方向与过锡炉的方向垂直
第10章 PADS Layout的元器件的布局
回流焊几乎适用于所有贴片元件的焊接，波峰焊则只适用于焊接矩形片状元件、圆柱形元器件、SOT和较小的SOP（管脚数小于28、脚间距在1mm以上）。当采用波峰焊接SOP等多脚元件时，应在锡流方向最后两个（每边各一个）焊脚外设置窃锡焊盘，防止连焊。鉴于生产的可操作性，对于双面需要放置元器件的PCB整体设计而言，应尽可能按以下顺序优化。
(1) 双面贴装，在PCB的A面布放贴片元件和插装元件，B面布放适合于波峰焊
的贴片元件。
(2) 双面混装，在PCB的A面布放贴片元件和插装元件，B面布放有需回流焊的
贴片元件。 元件布置的有效范围：在设计需要到生产线上生产的PCB板时，X,Y方向均要留出传送边，每边3.5mm，如不够，需另加工艺传送边。在印刷电路板中位于电路板边缘的元器件离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形，长宽比为3:2或4:3。电路板面尺寸大于200mm×150mm时，应考虑电路板所受的机械强度。为了精密地贴装元器件，可根据需要设计用于整块PCB的光学定位的一组图形（基准标志），用于引脚数多、引脚间距小的单个器件的光学定位图形（局部基准标志）。基准标志常用图形有：■、●、▲、+，大小在0.5～2.0mm范围内，置于PCB或单个器件的对角线对称方向位置。基准标志要考虑PCB材料颜色与环境的反差，通常设置成焊盘样，即覆铜或镀铅锡合金。对于拼板，由于模板冲压偏差，可能形成板与板之间间距不一致，最好在每块拼板上都设基准标志，让机器将每块拼板当做单板看待。
在PCB设计中，还要考虑导通孔对元器件布局的影响，避免在表面安装焊盘以内，或在距表面安装焊盘0.635mm以内设置导通孔。如果无法避免，需用阻焊剂将焊料流失通道阻断。作为测试支撑导通孔，在设计布局时，需充分考虑不同直径的探针，进行自动在线测试（ATE）时的最小间距。
10.1.2 电路的功能单元与布局设计
PCB中的布局设计中要分析电路中的电路单元，根据其功能合理地进行布局设计，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：
(1) 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使
信号尽可能保持一致的方向。
(2) 以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整
齐、紧凑地排列在PCB上；尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。 (3) 在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使
元器件平行排列。这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。
10.1.3 特殊元器件与布局设计
在PCB设计中，特殊的元器件是指高频部分的关键元器件、电路中的核心器件、易受干扰的元器件、带高压的元器件、发热量大的器件以及一些异形元器件等。这些特殊元器件
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布局规则介绍
的位置需要仔细分析，做到布局合乎电路功能的要求及生产的要求，不恰当地放置它们，可能会产生电磁兼容问题、信号完整性问题，从而导致PCB设计的失败。在设计如何放置特殊元器件时，首先要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后，再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。特殊元器件的位置在布局时一般要遵守以下原则：
(1) 尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电
磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。
(2) 某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免
放电引起意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。
(3) 重量超过15g的元器件，应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、
发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。
(4) 对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局，应
考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。
(5) 应留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。
一个产品的成功与否，一是要注重内在质量，二是兼顾整体的美观，两者都较完美才能认为该产品是成功的。在一个PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉。
10.1.4 布局的检查
在完成元件的基本布局后,需要对布局进行检查,分以下几个方面进行:
(1) 印制板尺寸是否与图纸要求的加工尺寸相符，是否符合PCB制造工艺要求，
有无定位标记。 (2) 元件在二维、三维空间上有无冲突。
(3) 元件布局是否疏密有序，排列整齐，是否全部布完。
(4) 需经常更换的元件能否方便地更换，插件板插入设备是否方便。 (5) 热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离。
(6) 调整可调元件是否方便。
(7) 在需要散热的地方，是否装了散热器，空气流是否通畅。 (8) 信号流程是否顺畅且互连最短。 (9) 插头、插座等与机械设计是否矛盾。 (10) 线路的干扰问题是否有所考虑。
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第10章 PADS Layout的元器件的布局
10.1.5 设置板框及定义各类禁止区
在完成了以上操作后，我们要对板框进行设置，还有要根据需要定义一些禁止区。 一、 板框的画法
板框（Board Outline）是指印刷电路板实际的形状，所有的元器件及布线都应在板框内，设计中板框在所有的层中都会显示出来。在PADS Layout设计中，利用绘图工具栏来进行PCB的板框设计，单击主工具栏中的绘图（Drifting）工具栏按钮方弹出绘图工具栏,如图10-2所示。
图10-2 绘图工具栏
，在主工具栏的下
利用绘图工具栏可以进行建立2D线、板子边框、各种字符、铜皮/覆铜、切割区和禁止区等设计。
下面对各绘图按钮的功能做简要介绍。 选择：取消当前命令并返回到选择模式。
2D线：建立2D连线，用来表示如箭头标记、元件外框等没有电气性能的符号。 铜线：铺设实心铜皮，绘制覆铜的区域或绘制线。 剪裁铜线：从铺设好的实心铜皮剪切出各种图形的铜皮。 灌铜：绘制灌铜区的外框。
禁止灌铜：设置灌铜区域中的禁止灌铜区。 板框或剪切：绘制PCB板框及剪切板框块。
禁止区：对于某一设置的区域进行控制，如高度控制、禁止在这一区域布线、覆铜等。 文本：增加文字描述。 灌注：灌注需要覆铜的区域。
库：从库中提取各种二维线的图形或冻结图形。 分割区：建立混合分割层中各分割区域。 剪裁分割区：建立混合分割层禁止区。 自动划分：在混合分割层中自动划分各区域。 恢复：恢复灌铜。
增加标签：为元器件、跳线增加关于型号、设计参数等的标签、标注。 导入：导入DXF文件。
选项：打开参数对话框，定义各种参数。
下面利用PADS Layout自带的preview.pcb为例，介绍板框的画法。
如图10-3所示是布线后的PCB设计图，如图10-4所示是preview.pcb的PCB板框图。
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布局规则介绍
图10-3 preview.pcb的PCB设计图
图10-4 preview.pcb的PCB板框图
应用绘图工具栏能够绘制覆铜的形状、禁止布线区及相关的没有电气属性的图形。在绘图工具栏中单击相关的按钮进行绘图，这时的鼠标指针在工作区中是一个带“V”的十字图标 ，单击鼠标右键，弹出绘图选择菜单，如图10-5所示。
图10-5 绘图选择菜单
在菜单中选择多边形（Polygon）、圆（Circle）、矩形（Rectangle）、线（Path）用来绘制相关的图形，选择Path可以绘制任意不封闭的走线。在弹出菜单中选择直角（Orthogonal），在绘图中只能绘出水平的或垂直的线。在弹出菜单中选择对角线
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