Monter_elektronik_725[01]_Z1.02

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Techniki wytwarzania obwodów drukowanych

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Metody wykonywania obwodów drukowanych

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Zasady projektowania obwodów drukowanych

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Obsługa programu do projektowania obwodów drukowanych

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy z zakresu projektowania

i wykonywania prostych obwodów drukowanych.

W poradniku zamieszczono:

–

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć już ukształtowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,

–

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

–

materiał nauczania – podstawowe wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania
treści jednostki modułowej,

–

zestaw pytań przydatny do sprawdzenia, czy już opanowałeś treści zawarte
w rozdziałach,

–

ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
umiejętności praktyczne,

–

sprawdzian postępów,

–

sprawdzian osiągnięć – przykładowy zestaw zadań i pytań. Pozytywny wynik
sprawdzianu potwierdzi, że dobrze pracowałeś podczas zajęć i że nabyłeś wiedzę
i umiejętności z zakresu tej jednostki modułowej,

–

literaturę uzupełniającą.
Z rozdziałem „Pytania sprawdzające” możesz zapoznać się:

–

przed przystąpieniem do rozdziału „Materiał nauczania” – poznając wymagania
wynikające z zawodu, a po przyswojeniu wskazanych treści, odpowiadając na te pytania
sprawdzisz stan swojej gotowości do wykonywania ćwiczeń,

–

po opanowaniu rozdziału „Materiał nauczania”, by sprawdzić stan swojej wiedzy, która
będzie Ci potrzebna do wykonywania ćwiczeń.
Kolejny etap to wykonywanie ćwiczeń, których celem jest uzupełnienie i utrwalenie

wiadomości z zakresu projektowania i wykonywania obwodów drukowanych.

Wykonując ćwiczenia przedstawione w poradniku lub zaproponowane przez nauczyciela,

będziesz poznawał techniki wytwarzania obwodów drukowanych, sposoby wykonania
prostych obwodów drukowanych, zasady oraz narzędzia do projektowania obwodów
drukowanych.

Po wykonaniu zaplanowanych ćwiczeń, sprawdź poziom swoich postępów wykonując

„Sprawdzian postępów”.

Odpowiedzi Nie wskazują luki w Twojej wiedzy, informują Cię również, jakich

zagadnień jeszcze dobrze nie poznałeś. Oznacza to także powrót do treści, które nie są
dostatecznie opanowane.

Poznanie przez Ciebie wszystkich lub określonej części wiadomości będzie stanowiło dla

nauczyciela podstawę przeprowadzenia sprawdzianu poziomu przyswojonych wiadomości
i ukształtowanych umiejętności. W tym celu nauczyciel może posłużyć się zadaniami
testowymi.

W poradniku jest zamieszczony „Sprawdzian osiągnięć”, który zawiera przykład takiego

testu oraz instrukcję, w której omówiono tok postępowania podczas przeprowadzania
sprawdzianu i przykładową kartę odpowiedzi, w której w przeznaczonych miejscach zakreśl
właściwe odpowiedzi spośród zaproponowanych.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów

bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju
wykonywanych prac. Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

posługiwać się komputerem w zakresie podstawowym,

–

rozpoznawać elementy i podzespoły na podstawie wyglądu oraz symboli,

–

odczytywać schematy montażowe i ideowe,

–

oceniać jakość i estetykę wykonanej pracy,

–

porządkować stanowisko pracy,

–

wybierać elementy i podzespoły do projektu na podstawie danych katalogowych lub
innych źródeł,

–

stosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej oraz
ochrony środowiska,

–

przewidywać zagrożenia dla życia i zdrowia w pracy z wykorzystaniem narzędzi
i urządzeń elektrycznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

rozróżnić techniki wykonywania płytek drukowanych,

–

obsłużyć program komputerowego do projektowania płytek drukowanych,

–

przygotować płytkę do druku,

–

wykonać obwód drukowany,

–

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej oraz
ochrony środowiska,

–

przewidzieć zagrożenia dla życia i zdrowia w czasie wykonywania płytek drukowanych,

–

dobrać środki ochrony osobistej podczas wykonywania obwodów drukowanych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Techniki wytwarzania obwodów drukowanych

4.1.1. Materiał nauczania

Projektując urządzenie elektroniczne często zastanawiamy się w jaki sposób wykonać

prototyp  tego  urządzenia:  na  płytce  uniwersalnej  łącząc  wyprowadzenia  elementów  za
pomocą  przewodów,  czy  wykonać  płytkę  drukowaną.  Jeżeli  nasz  projekt  jest  na
początkowym etapie i prawdopodobnie będzie wymagał mniejszych lub większych poprawek,
to  oczywiście  lepiej  jest  zrealizować  go  na  płytce  uniwersalnej.  Dzięki  temu  mamy
możliwość  szybkich  i  łatwych  zmian  w  projekcie,  zmieniając  połączenia  wykonane  za
pomocą przewodów. Natomiast gdy jest to już końcowa wersja warto wykonać projekt płytki
i zrealizować ją własnymi metodami, zanim zlecimy realizację tej płytki firmie zajmującej się
seryjną  produkcją  obwodów  drukowanych.  Oczywiście  można  ominąć  ten  etap  i  od  razu
zlecić  firmie  wykonanie  prototypu,  ale  wiąże  się  to  ze  znacznie  większymi  kosztami
i dłuższym  czasem  wykonania.  Normalny  czas  oczekiwania  wynosi  dwa  tygodnie,
a skrócenie tego czasu wiąże się ze wzrostem ceny wykonania tej płytki. Jeżeli trzeba będzie
dokonać poprawek i jeszcze raz wykonać prototyp przed wykonaniem serii, wtedy jest to już
duży problem. Dlatego warto wyposażyć się w niezbędne akcesoria i nauczyć się wykonywać
samodzielnie obwody drukowane.

Techniki wytwarzania obwodów drukowanych

Techniki wytwarzania obwodów drukowanych są różne, począwszy od prostych

z użyciem  specjalnych  pisaków,  a  skończywszy  na  technikach  naświetlania  emulsji
światłoczułej.  Zacznijmy  jednakże  od  sprecyzowania,  co  rozumie  się  pod  pojęciem  obwód
drukowany.  A  więc  podstawą  każdego  obwodu  drukowanego  jest  płytka  z  materiału
izolacyjnego, na której znajdują się cienkie paski folii miedzianej (zwane ścieżkami), łączące
odpowiednie wyprowadzenia elementów tworząc sieć połączeń rysunek 1a.

Rys. 1. a) płytka drukowana b) laminat typu FR–4 pokryty folią miedzianą [7]

Aby wykonać taką sieć połączeń, należy:

wziąć płytkę wykonaną z materiału, którym najczęściej jest laminat epoksydowo–szklany

typu FR–4 (o grubości 1,6 mm) pokryty folią miedzianą (o standardowej grubości
70

m), rysunek 1b;

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

nanieść warstwę ochronną w miejscach gdzie mają być ścieżki, uchroni to przed

wytrawieniem miedzi w tych miejscach;

miejsca odsłonięte wytrawić za pomocą np. roztworu chlorku żelaza.

Powyżej opisano w dużym skrócie jakie są kolejne etapy wytwarzania obwodów

drukowanych. Wszystkie techniki wytwarzania obwodów drukowanych różnią się tylko
rodzajem i sposobem nanoszenia warstwy ochronnej na płytkę laminatu pokrytej folią
miedzianą.

Najprostszą techniką wytwarzania obwodów drukowanych jest namalowanie mozaiki

ścieżek  przy  pomocy  specjalnych  mazaków  kwasoodpornych  lub  lakieru  do  paznokci
bezpośrednio  na  płytce  laminatu  z  folią  miedzianą. Jest to praca  wymagająca dużej  precyzji
i nadaje się jedynie do prostych obwodów. Przeprowadzenie ścieżki pomiędzy Padami układu
scalonego  jest  prawie  niemożliwe,  nie  mówiąc  o  wykonaniu  Padów  dla  elementów  SMD.
Ponadto  wykonanie  każdej  kolejnej  płytki  wiąże  się  z  ponownym  malowaniem  mozaiki  na
płytce,  co  przy  wykonywaniu  wielu  płytek  tego  samego  obwodu,  wymaga  dużego  nakładu
pracy w porównaniu z innymi metodami.

Kolejne techniki wytwarzania obwodów drukowanych wykorzystują maski pozytywowe

lub negatywowe, które można następnie wielokrotnie użyć do wykonania tych samych płytek
drukowanych.  Maska  pozytywowa  jest  to  folia  przezroczysta,  na  której  są  nadrukowane,
lub wyklejone  ścieżki,  które  tworzą  nieprzezroczysty  element  folii  i  które  chronią  przed
naświetleniem  fotolakieru.  Maska  negatywowa  jest  po  prostu  negatywem  maski
pozytywowej. Aby wykonać takie maski, można posłużyć się różnymi technikami.

W przypadku projektowania prostych układów elektronicznych model sieci połączeń

można  wykonać  ręcznie,  używając  do  tego  celu  nieprzezroczystych  wyklejek  i  taśm
naklejanych  na  przezroczystym  kawałku  folii  poliestrowej.  Mając  do  dyspozycji  schemat
danego układu najpierw wykonujemy szkic rozmieszczenia elementów oraz połączeń między
nimi  za  pomocą  ołówka.  Na  podstawie  tego  rysunku  wykonujemy  właściwy  projekt  sieci
połączeń,  poprzez  precyzyjne  naklejanie  na  powierzchnię  folii  poliestrowej  kształtek  pól
drukowanych, do których będą lutowane końcówki elementów (ang. Pad), oraz pasków taśmy
imitujących ścieżki miedziane łączące pola lutownicze (Pady). Dzięki normalizacji wymiarów
większości elementów elektronicznych dostępnych  na rynku,  możliwe  jest użycie gotowych,
standardowych  zespołów  kształtek  np.  układów  scalonych  (obudowy  DIP),  tranzystorów,
standardowych  złącz.  W  celu  zwiększenia  dokładności  wykonanych  połączeń,  oraz
zapobieganiu  zmęczenia  wzroku  szkice  oraz  model  sieci  połączeń  zwykle  sporządza  się
w skali  2:1,  a  następnie  za  pomocą  procesu  fotograficznego  otrzymuje  się  diapozytyw
o właściwych  wymiarach  (w  skali  1:1).  Na  rysunku  2  umieszczono  maskę  pozytywową
prostej  płytki  drukowanej,  wykonanej  metodą  fotograficzną  z dwukrotnie  większej  wyklejki
na przeźroczystej folii poliestrowej.

Opisane powyżej techniki nadają się do wykonania prostych obwodów jednostronnych

tzn. takich, na których wyróżniamy warstwę elementów i warstwę połączeń drukowanych.
W momencie gdy poprowadzenia ścieżki jest niemożliwe (ścieżki się krzyżują), można
posłużyć się niewielką liczbą połączeń drutowych zwanych „mostkami”.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 2. Maska pozytywowa zrealizowana metodą wyklejania [2]

Jeżeli obwód zawiera elementy SMD i dużą gęstość ścieżek wtedy pozostaje nam metoda

wykonania

kliszy

przy

pomocy

specjalnego

oprogramowania.

Dzięki

takiemu

oprogramowaniu możemy zrealizować płytki wielowarstwowe, tzn. ścieżki są prowadzone na
więcej niż jednej warstwie laminatu, a połączenia pomiędzy ścieżkami na różnych warstwach
wykonuje się za pomocą tzw. przelotek (ang. Via). Przelotka jest to otwór, którego ściany są
pokryte  w  procesie  metalizacji  materiałem  przewodzącym.  Dzięki  przelotkom  możemy
zmienić  warstwę,  na  której  prowadzona  jest  ścieżka  w  momencie  gdy  dochodzi  do
krzyżowania  się  ścieżek.  Dodatkowo  każdy  Pad  elementu  przewlekanego  także  jest
metalizowany i posiada połączenia na wszystkich warstwach obwodu drukowanego. Przelotki
różnią się od Padów tym, że do przelotek nie jest przylutowana żadna końcówka elementu.

Obecnie stosuje się 2–, 4–, 6–, 8 – warstwowe płytki. Warstwy wewnętrzne służą

głównie do rozprowadzania napięć zasilających, chociaż coraz częściej pojawiają się na nich
także  ścieżki  sygnałowe.  Projektowanie  obwodu  drukowanego  za  pomocą  specjalnego
oprogramowania  jest  procesem  wieloetapowym,  na  końcu  którego  otrzymujemy  plik  PCB
z siecią  połączeń  na  wielu  warstwach.  Kolejnym  krokiem  jest  wydrukowanie  na  kliszach
fotograficznych  lub  folii,  za  pomocą  fotoplotera  lub  drukarki  laserowej,  każdej  z  warstw
osobno. Należy przy tym pamiętać, że warstwy spodnie płytki muszą być wydrukowane jako
odbicie lustrzane.

Niezależnie od sposobu uzyskania diapozytywów w skali 1:1, na omawianym etapie

otrzymuje się maski pozytywowe zawierające sieci połączeń, które mają znaleźć się na płytce
drukowanej.  W  tym  miejscu  zostanie  opisany  proces  produkcji  płytek  drukowanych
w oparciu  o  diapozytywy,  który  jest  stosowany  w  zakładach  specjalizujących  się
w wytwarzaniu  obwodów  drukowanych.  W  następnym  rozdziale  zostanie  opisany  bardzo
szczegółowo  sposób  wykonania  płytki  metodą  „domową”,  zbliżoną  do  tej  stosowanej
w profesjonalnych zakładach.

Opis produkcji płytki drukowanej [2]

Pierwszym krokiem produkcyjnym jest wywiercenie otworów używając wzornika lub

automatycznej  wiertarki,  zaprogramowanej  według  modelu  sieci  połączeń,  uzyskanego
w postaci  diapozytywu  z  fotoplotera  lub  wyklejonego  na  folii  poliestrowej.  Następnie,
w trudnym,  wielostopniowym  procesie  metalizacji,  ścianki  otworów  są  pokrywane  warstwą
miedzi,  w  wyniku  czego  otrzymuje  się  przewodzące  ścieżki,  łączące  jedną  stronę  płytki

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

drukowanej z jej drugą stroną. Kolejny krok to nałożenie na obie strony laminatu pokrytego
folią miedzianą emulsji ochronnej (ang. resist).

Wykonuje się to w następujący sposób:

1. Wybraną powierzchnię płytki pokrywa się emulsją światłoczułą (zwykle stosuje się

samoprzylepną „suchą” folię światłoczułą).

2. Naświetla się emulsję poprzez maskę pozytywową metodą stykową.
3. Wywołuje się chemicznie naświetloną emulsję (jak w zwykłym procesie

fotograficznym), otrzymując trwałe zmiany w miejscach naświetlonych.

4. W procesie zbliżonym do fotograficznego utrwalania, usuwa się nie naświetlone

fragmenty emulsji, odkrywając folię miedzianą w tych miejscach, gdzie mają być
zrealizowane połączenia drukowane.

5. Płytkę selektywnie pokrytą emulsją ochronną zanurza się w kąpieli do metalizacji

cynowo–ołowiowej, w wyniku czego powierzchnia folii miedzianej, nie osłonięta
emulsją ochronną, łącznie z miedzianym pokryciem ścianek otworów, pokrywa się
stopem lutowniczym (stop cyny i ołowiu).

6. Teraz usuwa się chemicznie emulsję ochronną, odkrywając te fragmenty folii miedzianej

które  mają  być  usunięte  z  płytki.  Zanurzenie  płytki  w  roztworze  trawiącym  miedź
sprawia,  że po pewnym czasie zbędne  fragmenty  folii  miedzianej  znikają z powierzchni
płytki  i  pozostaje  na  niej  tylko  pożądana  sieć  połączeń  miedzianych  pokrytych  stopem
lutowniczym,  wraz  z  metalizowanymi  otworami.  W  tym  momencie  ważne  jest
wykonanie  następnej  czynności,  tzw.  przetopienie  powłoki  lutowniczej,  polegające  na
podgrzaniu  płytki  do  takiej  temperatury,  aby  nastąpiło  upłynnienie  cienkiej  warstwy
metalizacji  cynowo–ołowiowej.  Zapobiega  to  tworzeniu  maleńkich  pasków  metalu
(fragmentów  nawisu  pojawiającego  się  w  wyniku  podtrawienia  miedzi  w  czasie
trawienia), które mogą stać się przyczyną powstawania  mostków zwierających sąsiednie
ścieżki.  Przetopienie  warstwy  metalizacji  poprawia  również  lutowność  gotowej  płytki
drukowanej, po tej operacji płytka jest gotowa do „obsadzenia” elementami.

7. Następną czynnością w procesie produkcji płytki drukowanej jest elektrochemiczne

pokrycie  pasków  stykowych  złącza  krawędziowego  warstwą  złota.  Ostatnim  procesem
przy wytwarzaniu płytki drukowanej jest pokrycie całej powierzchni płytki, z wyjątkiem
pól  lutowniczych,  warstwą  twardego  lakieru,  czyli  tzw.  maską  lutowniczą  (ang.
soldermask).  Warstwa  ta  znacznie  zmniejsza  prawdopodobieństwo  tworzenia  się
mostków  z  lutowia,  zwierających  sąsiednie  ścieżki  w  procesie  lutowania.  Powoduje
również, że  płytka  staje  się  odporna na  działanie  wilgoci  i  na  uszkodzenia  mechaniczne
(zadrapania).  Maskę  lutowniczą  można  wykonać  metodą  sitodruku  (maska  mokra)  lub
metodą  nakładania  emulsji  fotoczułej  (maska  sucha),  taką  samą,  jaką  stosuje  się  do
wykonywania  sieci  połączeń.  Jej  istnienie  rozpoznaje  się  po  ciemnozielonym  kolorze
płytki drukowanej oraz po tym, że jest ona praktycznie nieusuwalna. Przy przemysłowym
wytwarzaniu  obwodów  drukowanych,  w  otwory  gotowej  płytki  drukowanej  wtyka  się
elementy,  stosując  do  tego  odpowiednie  automaty,  a  następnie  w  ciągu  kilku  sekund
wykonuje się wszystkie połączenia lutowane za pomocą tzw. lutowania na fali. Możliwe
jest także ręczne obsadzanie płytki elementami i ręczne lutowanie połączeń.

Na rysunku 3 przedstawiono obwód drukowany, który jest obwodem dwustronnym.

Można na nim zauważyć omawiane wcześniej elementy: przelotki, ścieżki, Pady.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 3. Obwód dwustronny z widoczną warstwą górną (ang. TopLayer) pokryty zielonym lakierem

(ang. Soldermask) i zaznaczonymi elementami tego powodu (przelotki, ścieżki, pola lutownicze,

opis elementów i warstwa wypełniająca)[7]

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Co to jest obwód drukowany?
2.  Co przemawia za realizacją własnej płytki drukowanej?
3.  Jakie są, najogólniej rzecz ujmując, etapy wytwarzania obwodów drukowanych?
4.  Jakie są techniki wytwarzania obwodów drukowanych?
5.  Co to są maski pozytywowe i negatywowe?
6.  W jaki sposób uzyskujemy maski pozytywowe?
7.  Dlaczego szkic oraz model sieci połączeń metodą wyklejania wykonujemy w skali 2:1?
8.  Jakie  są  kolejne  etapy  wykonania  płytki  drukowanej  w  zakładach  produkujących  płytki

drukowane?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj na dwustronnej płytce drukowanej następujące elementy: ścieżki, Pady,

przelotki, soldermaskę, warstwę górną i dolną, obudowy elementów typu SMD i THMD.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przeanalizować informacje zawarte w rozdziale 4.1 poradnika dla ucznia,
2)  odszukać wymienione elementy na płytce dostarczonej przez nauczyciela,
3)  zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

płytka drukowana dostarczona przez nauczyciela,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Poukładaj chaotycznie zapisane zdania według kolejności wykonywania czynności

podczas produkcji płytki drukowanej w zakładach produkujących obwody drukowane.

Wywołanie chemiczne naświetlonej emulsji, w celu otrzymania trwałych zmian w miejscach
naświetlonych.

Przetopienie powłoki lutowniczej – cynowo ołowiowej.

Wykonanie masek pozytywowych.

Pokrycie płytki drukowanej za wyjątkiem pól lutowniczych warstwą lakieru.

Pokrycie ścieżek i ścian otworów stopem lutowniczym w kąpieli do metalizacji cynowo–
ołowiowej.

Wywiercenie otworów w płytce.

Całkowite usunięcie emulsji ochronnej z płytki.

Wielostopniowy proces metalizacji otworów.

Usuwanie nie naświetlonych fragmentów emulsji ochronnej (światłoczułej) w procesie
zbliżonym do fotograficznego utrwalania.

Proces trawienia miedzi.

Naświetlenie emulsji światłoczułej poprzez maskę pozytywową.

Nałożenie na płytkę z laminatu pokrytej folią miedzianą emulsji ochronnrj (światłoczułej).

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przeanalizować informacje zawarte w rozdziale 4.1 poradnika dla ucznia,
2) przeanalizować zdania i odpowiednio je poukładać według kolejności wykonywania

czynności podczas produkcji płytki drukowanej,

3) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

zeszyt, przybory do pisania,

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 3

Wykonaj szkic sieci połączeń na papierze milimetrowym w skali 1:1 dla układu

przedstawionego na schemacie 1. Sieć połączeń powinna być przewidziana dla płytki
jednostronnej, ewentualnie można przewidzieć połączenia „mostki” tam, gdzie jest to
niezbędne. W celu dobrania odpowiednich układów scalonych i ich obudów należy posłużyć
się katalogiem.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat 1. do ćwiczenia 3

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać obudowy układów scalonych na podstawie katalogów,
2) rozmieścić elementy (Pady i obrys obudów) na kartce papieru milimetrowego

i narysować krawędzie płytki,

3) zrealizować sieć połączeń na papierze milimetrowym według schematu – druk

jednostronny,

4) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

katalog elementów,

−

papier milimetrowy,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)  wymienić techniki wytwarzania obwodów drukowanych?
2)  opisać techniki wytwarzania obwodów drukowanych?
3)  wskazać elementy obwodu drukowanego?
4)  zapisać algorytm wytwarzania obwodów drukowanych?
5)  ocenić  i  dobrać  odpowiednią  technikę  wytwarzania  obwodu

drukowanego?

6) dobrać odpowiednie obudowy elementów za pomocą schematu

i katalogu?

7) wykonać szkic sieci połączeń obwodu drukowanego?

⁯
⁯
⁯
⁯

⁯

⁯
⁯

⁯
⁯
⁯
⁯

⁯

⁯
⁯

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Metody wytwarzania obwodów drukowanych

4.2.1. Materiał nauczania

W poprzednim rozdziale opisano powszechnie stosowane techniki wytwarzania

obwodów drukowanych, począwszy od tych prostych, za pomocą pisaków kwasoodpornych,
a skończywszy na tych złożonych stosowanych w zakładach produkcyjnych. W tym rozdziale
przedstawiono  szczegółowe  techniki  wytwarzania  obwodów  drukowanych  metodami
„domowymi”. Najlepsze rezultaty uzyskuje się  stosując  metodę naświetlania wykorzystującą
fotolakiery  lub  termotransferu.  Metoda  naświetlania  fotolakieru  jest  najbardziej  zbliżona  do
tej, stosowanej w zakładach zajmujących się produkcją obwodów drukowanych. Obie metody
umożliwiają uzyskanie ostrych krawędzi, oraz cienkich i równych ścieżek co jest nie możliwe
w  przypadku  rysowania  ścieżek  bezpośrednio  na  płytce,  za  pomocą  pisaków
kwasoodpornych.  Ponadto  ponowne  wykonanie  tej  samej  płytki  nie  wymaga  ponownego
rysowania sieci połączeń na płytce i mamy możliwość łatwego powielania płytek. Za pomocą
tych  metod  możemy  wykonać  płytkę  na  podstawie  wydruków  płytek  w  czasopismach  dla
elektroników lub wydruków z programów do projektowania obwodów drukowanych.

W przypadku termotransferu wystarczy wydrukować za pomocą drukarki laserowej sieć

połączeń  na  kartce  a  następnie  przenieść  wydruk  na  płytkę  laminatu,  natomiast  metoda
naświetlania  wymaga  użycia  specjalnego  fotolakieru.  Najpopularniejszym  fotolakierem
dostępnym na polskim rynku jest produkt firmy KONTAKT CHEME – POSITIV 20. Poniżej
w punktach opisane zostaną szczegółowo te dwie metody. Należy zwrócić szczególną uwagę
na zasady bezpieczeństwa i higieny pracy podczas wykonywania poszczególnych etapów tego
procesu  i  stosować  się  do  zaleceń  używania  środków  ochronnych.  Ważne  jest  także
stosowanie  się  do  dokładnych  wskazań  co  do  staranności  wykonania  i  wskazówek,  co  do
ilości,  proporcji  itd.  Ma  to  istotny  wpływ  na  końcowy  efekt,  czyli  jakość  wykonanego
obwodu drukowanego.
I.

Metoda naświetlania fotolakieru.

1) Oczyszczenie płytki.

Przed  przystąpieniem  do  nałożenia  fotolakieru  na  płytkę  z  laminatu  pokrytej  folią
miedzianą,  należy  wpierw  dokładnie oczyścić  powierzchnię  miedzi. Jeżeli powierzchnia
miedzi jest bardzo zanieczyszczona, należy zacząć od wyszlifowania papierem ściernym
o  grubości  numer  320  pod  kranem  z  bieżącą  wodą  (na  mokro).  Następnie  należy  użyć
jakiegoś  detergentu  aby  całkowicie  odtłuścić  powierzchnię  płytki  na  której  będzie
nanoszony  lakier.  Jeżeli  płytka  jest  całkowicie  odtłuszczona,  wtedy  woda  na  jej
powierzchni  tworzy  jednolity  film  wodny,  nie  ma  suchych  plam.  Po  dokładny  umyciu
powierzchni płytki należy ją osuszyć np. za pomocą papierowego ręcznika absorbującego
wodę.  Od  tego  momentu  należy  odpowiednio  chwytać  płytkę,  aby  nie  pozostawić
tłustych plam.

Uwaga: nie należy stosować do czyszczenia rozpuszczalników.

2) Nałożenie fotolakieru.

Jest to kolejny ważny krok, który decyduje o powodzeniu całego procesu, najistotniejsze
jest,  aby  fotolakier  był  naniesiony  w  sposób  równomierny  na  całej  powierzchni  płytki.
Do  nakładania  fotolakieru  wymagane  jest  przyciemnione  pomieszczenie  lub  oświetlone
czerwoną  świetlówką,  wolne  od  zanieczyszczeń  i  kurzu.  Aby  równomiernie  nanieść
fotolakier, należy ułożyć płytkę w pozycji poziomej i poprowadzić strumień w odległości
ok.  20–30  cm  serpentynowymi  liniami.  Bardzo  dobre  rozprowadzenie  lakieru

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

uzyskujemy stosując urządzenie wirujące na której umieszczamy płytkę i nanosimy
fotolakier podczas jej obracania się (wirowania).

Uwaga: od tej pory nie możemy pozwolić, aby płytka z naniesionym fotolakierem była

narażona na działanie światła.

3) Suszenie.

Suszenie  należy  przeprowadzić  w  zaciemnionym  pomieszczeniu  i  jego  czas  zależy  od
temperatury w której ten proces zachodzi. W przypadku temperatury pokojowej suszenie
trwa  około  24  godzin.  Aby  przyśpieszyć  ten  proces  należy  wstępnie  poddać  płytkę
suszeniu  w  temperaturze  pokojowej  na  około  od  30  do  60  minut,  a  następnie  umieścić
w piecyku  z  termostatem  zwiększając powoli temperaturę  do 70  stopni  Celsjusza.  W  tej
temperaturze suszymy płytkę przez 20 minut.

Uwaga: zbyt gwałtowne zwiększanie temperatury oraz przekroczenie 70 stopni Celsjusza

powoduje uszkodzenie powierzchni lakieru. Opary wydzielane podczas suszenia
lakieru są łatwopalne i toksyczne, dlatego należy zachować ostrożność.

4) Przygotowanie diapozytywu.

Diapozytyw (kliszę pozytywową) przygotowujemy jako rysunek pozytywowy w skali 1:1
kopiując z wcześniej przygotowanego rysunku pozytywowego lub bezpośrednio drukując
z  programu  do  projektowania  obwodów  drukowanych.  Ksero  lub  wydruk  za  pomocą
drukarki  laserowej  wykonany  jest  na  folii  o  dobrej  jakości  i  nie  zatłuszczonej  tak,  aby
zaczernienie  ścieżek  było  wystarczająco  intensywne.  Zamiast  folii  można  użyć  zwykłej
kartki  do  wykonania  ksero  lub  wydruku,  a  następnie  nawilżyć  kartkę  z  wydrukiem
preparatem  o  nazwie  TRANSPARENT.  Preparat  ten  powoduje,  że  kartka  staje  się
przezroczysta  dla  promieni  UV  i  jedynie  wydruk  w  postaci  ścieżek  nie  przepuszcza
promieni.  Po  nawilżeniu  kartki  tym  preparatem  należy  odczekać  aż  wyschnie  i  będzie
miała wygląd zatłuszczonej kartki.

5) Naświetlanie płytki poprzez kliszę pozytywową.

Wykonaną  kliszę  pozytywową  nakładamy  na  wcześniej  wysuszoną  płytkę  z  foto–
lakierem  tak,  aby  dobrze  przylegała  do płytki.  Można docisnąć  kliszę  za pomocą  szyby
przepuszczającej  promienie  UV  (szyba  kwarcowa).  Jako  źródło  promieniowania  UV
można  użyć  lampy  typu  LPR  lub  świetlówki  stosowanej  w  kasownikach  eepromów
i testerach  bankomatów.  Jeżeli  nie  dysponujemy  tego  typu  lampami,  możemy  posłużyć
się  zwykłą  lampą  halogenową.  Czas  naświetlania  zależy  od  rodzaju  użytej  lampy
i odległości płytki od lampy. Stosując lampy z promieniowanie UV czas ekspozycji przy
odległości  30–50  cm  wynosi  od  30  do  120  sekund,  natomiast  gdy  stosujemy  lampy
halogenowe  przy  tej  samej  odległości  czas  się  wydłuża  do  20  minut.  Lamp
halogenowych  się  nie  poleca,  ponieważ  wydzielane  przez  nie  ciepło  może  powodować
odkształcenie klisz.

Uwaga:  podczas  naświetlania  promieniowanie  UV  należy  stosować  okulary  ochronne

wyposażone w filtr UV.

6) Wywołanie.

Kolejną czynością jest wywołanie, które nadal wykonujemy w zaciemnionym
pomieszczeniu. Można do tego celu użyć specjalnych wywoływaczy Seno4007 lub
samemu przygotować roztwór poprzez rozpuszczenie 7 gram wodorotlenku potasu (soda

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

kaustyczna)  w  0,5  litra  wody.  W  trakcie wywoływania  należy  poruszać  płytką,  a  nawet
delikatnie  przecierać  szmatką  lub  gąbką.  Czas  wywołania  wynosi  od  2  do  3  minut.  Po
upływie  tego  czasu  wyłoni  się  na  płytce  obraz  ścieżek  i  po  jego  wywołaniu  należy
natychmiast umyć płytkę w wodzie, aby proces trawienia lakieru nie postępował nadal.

Uwaga:  wodorotlenek  potasu  jest  substancją  żrącą,  dlatego  należy  zachować  środki

ostrożności w trakcie przygotowywania roztworu jak i wywołania, w postaci
odzieży roboczej, rękawic i okularów.

7) Wytrawienie nieosłoniętych powierzchni miedzi.

Do rozpuszczenie nieosłoniętych powierzchni folii miedzianej na płytce z laminatu
najczęściej stosowany jest trójchlorek żelaza FeCl

. W tym celu należy przygotować

roztwór  w  płaskim  naczyniu  do  którego  zmieści  się  nasza  płytka  (najlepiej  kuweta
fotograficzna  rys.  4),  poprzez  wsypanie  200  g  kryształków  chlorku  na  jeden  litr  ciepłej
wody  i  mieszając  do  całkowitego  rozpuszczenia.  Przygotowany  roztwór  powinien  mieć
temperaturę  około  40  stopni  Celsjusza.  Do  tak  przygotowanego  roztworu  wkładamy
naszą  płytkę  na  około  5  minut  i  delikatnie  poruszamy  płytką,  i  kontrolujemy  proces
trawienia.

Rys. 4. Kuweta wykorzystywana do trawienia płytek drukowanych [7]

Do  trawienia  można  użyć  innych  roztworów  składających  się  z  kwasu  solnego
i nadtlenku  wodoru  (perhydrolu)  oraz  roztworów  kwasu  azotowego,  ale  tego  typu
roztwory odradza się stosować, ponieważ te związki chemiczne są toksyczne  i zagrażają
zdrowiu  i środowisku.  Często  polecanym  preparatem  do  trawienia  jest  środek  trawiący
o nazwie  B327.  Główną  jego  zaletą  jest  dużo krótszy czas  trawienia,  aniżeli  za  pomocą
chlorku  żelaza.  Jeżeli  roztwór  utrzymywany  jest  w  temperaturze  bliskiej  50 stopni
Celsjusza, podczas trawienia, to czas trawienia wynosi od 20 do 90 minut.

Uwaga:  podczas  przygotowywania  roztworu  należy  zwrócić  szczególną  uwagę  na  ręce

i oczy  które  należy  chronić  srosując  rękawice  ochronne  i  okulary.  Plamy
powstałe  na  skutek  rozlania  się  chlorku  są  nie  do  usunięcia.  Do  mieszania
roztworu  i  wyciągania  płytki  nie  stosujemy  narzędzi  metalowych,  ponieważ
zostaną  one  zniszczone,  a  ponadto  osłabi  to  roztwór.  Proces  trawienia  nie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

powinien przebiegać zbyt gwałtownie (poprzez podgrzewanie roztworu),
ponieważ grozi to podtrawieniem ścieżek.

8) Zakończenie procesu wytwarzania obwodu drukowanego.

Gdy płytka jest już wytrawiona należy ją wypłukać w wodzie i wysuszyć. Następnie

należy  zmyć  fotolakier  z  powierzchni  ścieżek  za  pomocą  rozpuszczalnika  NITRO.
Kolejna  czynnością  jest  wywiercenie  otworów  i  zabezpieczenie  przed  utlenianiem  się
miedzi.  Utlenienie  miedzi  powoduje,  że  są  trudności  z  lutowaniem  do  zaśniedziałego
Padu, a przez to nagrzewamy Pad zbyt długo i grozi to odparowaniem Padu od laminatu.
Najprostszym  zabezpieczeniem  przed  utlenianiem  jest  pokrycie  ścieżek  miedzianych
kalafonią rozpuszczoną w spirytusie. Można także zastosować preparat do bezprądowego
cynowania  SENO–3211,  jak  pokazano  to  na  rysunku  5.  Po  wyschnięciu  powłoki
ochronnej mamy gotową płytkę drukowaną, do której możemy lutować elementy.

Rys. 5. Bezprądowe cynowanie płytki drukowanej, przeciwdziałajace utlenianiu się miedzi [7]

II. Metoda termotransferu

Druga z metod z pewnością wymaga mniejszego nakładu finansowego, ponieważ odpada

zakup fotolakieru oraz lampy UV. Ponadto warunki, w których się wykonuje tą płytkę, nie są
tak wymagające, ponieważ proces wytwarzania płytki nie wymaga zaciemnionych
pomieszczeń. Co do szczegółów, to opisany zostanie jedynie sposób naniesienia warstwy
ochronnej tworzącej mozaikę obwodu drukowanego, ponieważ pozostałe czynności takie jak:
czyszczenie płytki, trawienie i końcowe zabiegi są takie same jak w metodzie opisanej wyżej.

Na papierze lub folii drukujemy odwrócony obraz tego, co chcemy uzyskać na miedzi

(odbicie lustrzane). Na rysunku 6 jest pokazany wydruk na papierze.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 6. Wydruk na papierze za pomocą drukarki laserowej, mozaiki obwodu w lustrzanym odbiciu [7]

Wydruk musi być wykonany drukarką laserową lub zrobione ksero o jak największym

zaczernieniu, tak aby jak najwięcej proszku z tonera tworzyło mozaikę obwodu drukowanego.
Następnie na nagrzane i unieruchomione żelazko kładziemy płytkę laminatu, folią miedzianą
do góry. Po nagrzaniu się płytki kładziemy na górę naszą folię lub papier z wydrukiem
i dociskamy w taki sposób, aby nie powstały pęcherze powietrza (rys. 7).

Rys. 7. Przeniesienie wydruku z papieru na płytkę laminatu pokrytej folią miedzianą za pomocą żelazka [7]

Nagrzewanie powinno trwać około minuty. Po upływie tego czasu zdejmujemy płytkę

z żelazka i jeżeli użyliśmy folii to delikatnie ją odrywamy. W przypadku papieru należy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

umieścić laminat pod strumieniem wody i namoknięty papier stopniowo ścierać uważając,
aby nie zetrzeć przeniesionego tonera. Po takiej operacji płytka powinna wyglądać jak na
rysunku 8 i jest gotowa do trawienia.

Rys. 8. Płytka laminatu z folią miedzianą na którą naniesiono wydruk [7]

Opisane powyżej metody wymagają precyzji i dlatego pierwsze próby wykonania płytki

często nie dają oczekiwanych rezultatów. Obwody te mogą mieć poprzerywane ścieżki,
podtrawione lub zwarte elementy mozaiki. Nie należy się jednak zrażać, ponieważ kolejne
próby z pewnością przyniosą znacznie lepsze rezultaty.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do

wykonania ćwiczeń.

1. Jakie są kolejne etapy procesu wytwarzania płytki drukowanej metodą naświetlania

fotolakieru?

2. Czy jesteś w stanie scharakteryzować każdy z etapów wytwarzania płytki drukowanej

metodą naświetlania fotolakieru?

3. Na jakich etapach tego procesu należy zwrócić szczególną uwagę na bezpieczeństwo

i higienę pracy, jakie środki ochronne należy zastosować?

4. Jakie są istotne czynniki wpływające na jakość uzyskanej płytki drukowanej metodą

naświetlania fotolakieru?

5.  W co powinno być wyposażone stanowisko do wykonywania obwodów drukowanych?
6.  Co to jest fotolakier?
7.  Jakiej maski używamy podczas naświetlania fotolakieru i jak ją uzyskujemy?
8.  Jakiego roztworu używamy do wywoływania fotolakieru po naświetleniu?
9.  Które  etapy  są  podobne,  a  które  różne  w  metodach  naświetlania  fotolakieru

i termotransferu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10. W jaki sposób uzyskujemy warstwę ochronną odzwierciedlającą mozaikę ścieżek

w metodzie termotransferu?

11. Jakiego roztworu używamy do wytrawienia powierzchni miedzi?
12. Przed czym, dlaczego i w jaki sposób chronimy płytkę z wytrawionymi ścieżkami?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj płytkę na podstawie pozytywu w skali 1:1 dostarczonego przez nauczyciela,

metodą naświetlania fotolakieru.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z opisaną w materiale nauczania metodą wytwarzania płytki drukowanej,
2) sprawdzić, czy wszystkie niezbędne narzędzia i materiały znajdują się na stanowisku do

wykonywania płytki drukowanej,

3)  przygotować płytkę z laminatu pokrytą folią miedzianą poprzez oczyszczenie,
4)  nanieść fotolakier na płytkę i poddać procesowi suszenia,
5)  przygotować kliszę pozytywową poprzez skserowanie pozytywu na folię,
6)  przeprowadzić proces naświetlania fotolakieru poprzez kliszę,
7)  wywołać naświetloną płytkę,
8)  wytrawić odsłonięte powierzchnie miedzi,
9)  nanieść warstwę ochronną w postaci kalafonii,
10)  zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

pomieszczenie umożliwiające zasłonięcie okien lub wyposażone w czerwoną świetlówkę,

–

okulary i rękawice ochronne,

–

dostęp do bieżącej wody, oraz możliwość podgrzania wody,

–

detergent do mycia płytki,

–

fotolakier w sprayu np. POSITIV 20,

–

piecyk z termostatem do wygrzewania płytki,

–

kserokopiarka z foliami,

–

lampa emitująca promienie UV,

–

kuweta fotograficzna,

–

soda kaustyczna,

–

chlorek żelaza,

–

rozpuszczalnik Nitro,

–

rozpuszczona kalafonia,

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 2

Wykonaj płytkę na podstawie pozytywu w skali 1:1 dostarczonego przez nauczyciela,

metodą termotransferu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokładnie zapoznać się z opisaną w materiale nauczania metodą wytwarzania płytki

drukowanej,

2) sprawdzić, czy wszystkie niezbędne narzędzia i materiały znajdują się na stanowisku do

wykonywania płytki drukowanej,

3)  przygotować płytkę z laminatu pokrytą folią miedzianą poprzez oczyszczenie,
4)  przygotować kliszę pozytywową poprzez skserowanie pozytywu na papier,
5)  rozgrzać żelazko z płytką laminatu, a następnie umieścić na nim wydruk na papierze,
6)  po odczekaniu około minuty, zdjąć płytkę z żelazka i oderwać papier w taki sposób, aby

nie zdrapać wydruku z płytki,

7)  wytrawić odsłonięte powierzchnie miedzi,
8)  nanieść warstwę ochronną w postaci cyny,
9)  zaprezentować wykonanie ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

okulary i rękawice ochronne,

–

dostęp do bieżącej wody, oraz możliwość podgrzania wody,

–

detergent do mycia płytki,

–

kserokopiarka,

–

stanowisko do nagrzewania płytki (żelazko),

–

kuweta fotograficzna,

–

chlorek żelaza,

–

rozpuszczalnik Nitro,

–

preparat do bezprądowego cynowania,

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) scharakteryzować wszystkie etapy procesu wytwarzania obwodu

drukowanego?

2) zachować środki bezpieczeństwa i higieny pracy podczas procesu

wytwarzania obwodu drukowanego?

3)  przygotować płytkę do naniesienia fotolakieru?
4)  nanieść równomiernie lakier na płytkę?
5)  odpowiednio wysuszyć fotolakier?
6)  przygotować diapozytyw?
7)  odpowiednio

naświetlić

wywołać

płytkę

naniesionym

fotolakierem?

8) przenieść proszek z wydruku wykonanego drukarką laserową lub

kserokopiarką na płytkę z folią miedzianą metodą termotransferu?

9) wytrawić płytkę drukowaną?
10) zabezpieczyć ścieżki miedziane przed utlenianiem?

⁯

⁯
⁯
⁯
⁯
⁯

⁯

⁯
⁯
⁯

⁯

⁯
⁯
⁯
⁯
⁯

⁯

⁯
⁯
⁯

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Zasady projektowania obwodów drukowanych

4.3.1. Matriał nauczania

Projektując obwód drukowany musimy przestrzegać pewnych reguł, które uchronią nas

przed niemiłą niespodzianką, tzn. prawidłowo zaprojektowany układ, złożony na płytce
uniwersalnej działa prawidłowo, a po zaprojektowaniu obwodu drukowanego według tego
samego schematu okazuje się, że nie działa tak jak powinien.

Na przestrzeganie reguł szczególną uwagę powinno się zwrócić w przypadku

projektowania obwodów drukowanych dla układów analogowych, układów z przetwornikami
A/C,  ale  także  dla  układów  cyfrowych  działających  z  dużą  częstotliwością.  Poniżej
omówione  są  reguły  i  przedstawione  są  konkretne  przypadki,  w  których  należy  tych  reguł
przestrzegać.  Dla  układów  pracujących  z  małą  częstotliwością  istotnymi  parametrami
obwodów drukowanych są:

−

rezystancja ścieżek,

−

dopuszczalna obciążalność ścieżek,

−

odporność izolacji na przebicie.

Rys. 9. Wykres przedstawiający zależność rezystancji ścieżki o długości 1 cm od jej szerokości

dla trzech różnych temperatur [8]

Na rysunku 9 przedstawiono zależność rezystancji ścieżki o długości 1 cm od jej

szerokości dla trzech różnych temperatur. Jak widać są to nie wielkie wartości  bo podawane
w  mΩ,  jednakże  dla  układów  małosygnałowych  mogą  one  mieć  znaczenie,  wprowadzając
istotny błąd do układu. Mając na uwadze rezystancję ścieżek dla układów małosygnałowych
należy  odpowiednio  prowadzić  ścieżki  aby  spadek  na  rezystancji  ścieżek  nie  powodował
zafałszowania  użytecznego  sygnału.  Szczegółowo  zostanie  to  opisane  przy  problemie
prowadzenia masy w układzie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kolejnym wymienionym parametrem jest dopuszczalna obciążalność ścieżek co wiąże

się ściśle z  jej rezystancją tzn.  im większa rezystancja  ścieżki, tym większa wydzielana  moc
przy tym samym prądzie obciążenia. Najczęściej, większość ścieżek w układach, są to ścieżki
przewodzące sygnały o bardzo małych prądach, wtedy obciążalność nie jest brana pod uwagę,
a  minimalne  grubości  ścieżek  zależą  jedynie  od  możliwości  technicznych  w  procesie
wytwarzania  obwodu  drukowanego.  Jeżeli  jednak  mamy  do  czynienia  z  układami  zasilania
lub  wzmacniaczami  mocy  wtedy  parametr  ten  jest  istotny  i  należy  przyjąć  że  dla  ścieżki
1 mm  obciążalność  prądowa  wynosi  3  A.  Oczywiście  jeżeli  warunki  nam  na  to  pozwalają
należy ścieżki robić jak najgrubsze.

Trzecim wymienionym parametrem jest wytrzymałość na przebicie i tu tak samo jak

w przypadku  obciążalności  prądowej  wszystko  zależy  od tego  z  jakimi  sygnałami  mamy  do
czynienia,  a  konkretnie  z  wielkością  napięcia.  Od  wielkości  napięcia  zależy,  jakie
powinniśmy zachować bezpieczne odległości pomiędzy ścieżkami. W przypadku sygnałów o
małych  napięciach (np. układy cyfrowe), odległość  między  ścieżkami znowu bardziej zależy
od względów technologicznych, niż od wytrzymałości na przebicie. Natomiast gdy mamy do
czynienia z układami, gdzie ścieżki są podłączone bezpośrednio do sieci energetycznej 230 V,
należy w takim przypadku zachować minimalną odległość między ścieżkami równą 3 mm.

W obwodach, w których mamy do czynienia z dużymi częstotliwościami, dodatkowo

dochodzi  nam  zjawisko  fali  długiej.  Fala  długa  jest  to  połączenie  pomiędzy  dwoma
elementami (w naszym przypadku wyprowadzeniami elementów), o długości porównywalnej
z  długością  fali,  widma  sygnału  przesyłanego  tym  połączeniem.  Sytuacja  taka  ma  miejsce
przy  przesyłaniu  sygnałów  o  wielkich  częstotliwościach  lub  impulsów  prostokątnych  o
bardzo stromych zboczach. Minimalne długości przewodów, które można traktować już jako
linie długie, dla przykładowych częstotliwości wynoszą:
-

50 Hz (częstotliwość sieci energetycznej) – 954 km,

225 kHz (I PR) – 212 m,

96 MHz (przykładowe fale radiowe FM ) – 49,7 cm,

1 GHz (częstotliwość pracy współczesnych procesorów) – 4,77 cm.

W przypadku przesyłania sygnałów cyfrowych czas narastania zbocza impulsu jest

bardziej  istotnym  parametrem  niż  częstotliwość  sygnału  (zbocza  impulsu  zawierają
harmoniczne  o  bardzo  dużych  częstotliwościach).  Jeżeli  założyć,  że czas  propagacji  sygnału
przez  przewód  wynosi  t

, to linią długą nazywamy takie połączenie pomiędzy układami,

w którym czas propagacji sygnału jest większy niż połowa średniego czasu trwania zbocza
przenoszonego sygnału t

, czyli t

>0.5 t

. W przypadku szybkich układów cyfrowych, dla

których czas trwania zbocza jest mniejszy niż 1 ns, linią długą jest ścieżka obwodu
drukowanego o długości ok. 9 cm.

W przypadku linii transmisyjnych takich jak np. kabel łączący antene z wejściem

odbiornika telewizyjnego, realizuje się dopasowanie impedancyjne pomiędzy impedancja
wejściową i wyjściową a impedancją przewodu, aby nie dopuścić do szkodliwych odbić
sygnałów. W przypadku obwodów drukowanych należy zadbać o to, aby ścieżki przewodzące
sygnały o dużych częstotliwościach były jak najkrótsze i nie tworzyły linii długiej.

Kolejnym problemem, jaki należy rozważyć podczas projektowania obwodów

drukowanych  jest  sposób  prowadzenia  masy.  W  przypadku  gdy  mamy  do  czynienia
z układami małosygnałowymi, sposób prowadzenia masy jest bardzo istotny. Nieprzemyślane
prowadzenie  ścieżek  z  masą  może  spowodować,  że  prądy  powrotne  płynące  ścieżką  masy
spowodują  spadek  napięcia  na  ich  rezystancji  o  wartości  porównywalnej  z  napięciem
wejściowym,  powodując  zakłócenie  informacji  wejściowej.  W  układach  zawierających
jednocześnie  układy  analogowe  i  cyfrowe,  należy  rozdzielić  prądy  powrotne  (ścieżki
doprowadzające  sygnał  masy),  które  mają  szczególny  wpływ  na  czułe  wejścia  analogowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przykładowo jeżeli mamy przetwornik A/C 12 bitowy o kwancie 2,5 mV, to na wskutek złego
prowadzenia ścieżki z masą o rezystancji 0,1 m

Ω

prąd powrotny o wartości 100 mA

spowoduje spadek napięcia 10 mV ograniczając rozdzielczość tego przetwornika do 10 bitów.
Aby uniknąć takich problemów należy prowadzić oddzielnie ścieżki masy dla części
analogowych i odrębnie dla części cyfrowej i połączyć je ze sobą tylko w jednym miejscu na
płytce drukowanej co obrazuje rysunek 10.

Rys. 10. Schemat blokowy układu składającego się z części analogowej i cyfrowej,

w którym masa tych dwóch części została połączona tylko w jednym miejscu [8]

Opisany problem nie dotyczy tylko obwodów zawierających jednocześnie układy

cyfrowe i analogowe. Występuje on także w przypadku łączenia ścieżek masy wejść i wyjść
układów i tutaj także należy zadbać o ich rozdzielenie.

Rys. 11. Schemat obrazujący złe prowadzenia masy w układzie

o wejściach małosygnałowych i dużym wzmocnieniu [8]

Rysunek 11 obrazuje przykład złego prowadzenia masy, ponieważ prąd powrotny

płynący  ścieżką  masy  od  wyjścia  wzmacniacza  do  zasilania  powoduje  spadek  napięcia  na
rezystancji  ścieżki  pomiędzy  wejściami  wzmacniacza  ΔU.  Przy  napięciach  wejściowych
rzędu mV, spadek napięcia  na rezystancji ścieżki ΔU, który wchodzi w skład oczka obwodu
wejściowego,  może  zakłócać  sygnał  wejściowy.  Przykładowo  dla  wzmacniacza
o wzmocnieniu  napięciowym  1000  V/V  aby  uzyskać  maksymalne  napięcie  na  wyjściu
wzmacniacza  równe 10 V  należy  na wejście doprowadzić  napięcie równe 10mV. Natomiast

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

rezystancja  5  cm ścieżki  o  szerokości 1,5mm  wynosi 8,5  mΩ,  to  przy prądzie  200  mA  daje
spadek  napięcia  ΔU=1,7mV  co  już  znacząco  wpływa  na  sygnał  wejściowy.  Rozwiązaniem
tego  problemu  jest  rozdzielenie  ścieżek  masy  łączących  wejście  i  wyjście  układu  jak  to
pokazano na rysunku 12

Rys. 12. Schemat układu z rysunku 11 z poprawnie poprowadzonym sygnałem masy [8]

W układach o bardzo małych prądach wejściowych rzędu nA, które występują

w układach  z  wejściami  typu  FET  i  MOSFET,  dużą  rolę  zaczyna  odgrywać  rezystancja
dielektryka  płytki  drukowanej.  Poprzez  tę  rezystancję  przepływają  prądy  pasożytnicze
z punktów  obwodu  o  wyższym  potencjale  np.  zasilania  układów.  Aby  nie  dopuścić  do
przenikania  prądów  pasożytniczych  do  wejść  układów  o  bardzo  małych  prądach  stosuje  się
pętle  ekranujące  odprowadzającą  te  prądy  do  masy.  Sposób  ekranowania  przedstawiono  na
rysunku 13 a i b.

Rys. 13. Układ o bardzo małych prądach wejściowych, w którym zastosowano pętlę ekranującą (ang. guard):

a) schemat układu, b) realizacja na płytce drukowanej [8]

Przestrzeganie odpowiednich zasad podczas projektowania obwodów drukowanych, ma

na celu nie tylko uchronienie nas przed błędnym działaniem układów, ale także usprawnienie
procesu montażu seryjnego oraz ułatwia serwisowanie. Do takich zasad należy:
-

właściwie rozmieszczenie elementów, aby był łatwy dostęp do nich podczas wymiany,

należy przewidzieć punkty pomiarowe w istotnych punktach układu elektronicznego, aby

był łatwy dostęp za pomocą sondy pomiarowej, bez ryzyka zwarcia nóżek układu,

należy na płytce umieścić punkty odniesienia, które są bardzo pomocne w procesie

wiercenia lub automatycznego rozmieszczenia elementów za pomocą maszyny,

jeżeli przewiduje się lutowanie na fali, należy konieczne wszystkie elementy SMD

rozmieścić w jednym kierunku, zgodnym z kierunkiem fali, ponadto dla układów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

scalonych należy przewidzieć tzw. Pady kradnące, które przeciwdziałają zwarciu
sąsiednich Padów na końcach układu (rysunek 14),

Rys. 14. Fragment warstwy dolnej płytki drukowanej (BottomLayer) płytki drukowanej przeznaczonej

do lutowania na fali. Na rysunku zaznaczono kierunek fali i Pady kradnące.

nie należy prowadzić ścieżek na samych krawędziach płytki, ponieważ maszyny do

automatycznego montażu mogą powodować, podczas uchwytu płytki, ich uszkodzenie.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie parametry obwodów drukowanych są istotne dla układów pracujących z małą

częstotliwością?

2.  Co to jest zjawisko fali długiej?
3.  Kiedy mamy do czynienia z falą długą w przypadku układów cyfrowych?
4.  Dlaczego dla układów małosygnałowych sposób prowadzenia masy jest tak istotny?
5.  Jak powinno prowadzić się masę w układach małosygnałowych?
6.  W jakim celu ekranuje się wejścia układów o bardzo małych prądach wyjściowych?
7.  Jakie elementy wprowadzone podczas projektowania płytki drukowanej ułatwiają montaż

i serwisowanie układu?

8. O co należy zadbać jeżeli płytka przeznaczona jest do montażu na fali?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Mając do dyspozycji schemat układu i projekt płytki z wstępnie rozmieszczonymi

elementami, poprowadź połączenia pomiędzy wyprowadzeniami elementów. Przedstawiony
układ jest wzmacniaczem małosygnałowym o dużym wzmocnieniu.

Schemat 1. do ćwiczenia 1

Schemat do ćwiczenia 1.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z materiałem nauczania odnośnie zasad projektowania obwodów

drukowanych,

szczególnie

sposobem

prowadzenia

masy

układach

małosygnałowych,

2) przeanalizować schemat według którego należy naszkicować połączenia na papierze

z rozmieszczonymi obudowami elementów,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3) naszkicować połączenia pomiędzy wyprowadzeniami na kartce z rozmieszczonymi

elementami, (Pady o kształcie kwadratu oznaczają wyprowadzenie numer 1 w elemencie),

4) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

wydruk z rozmieszczonymi elementami, na którym należy naszkicować połączenia,

–

ołówek i linijka,

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 2

Rozmieść elementy na płytce drukowanej w programie Protel 99SE, zwracając

szczególną uwagę na ułożenie elementów na warstwie spodniej (ang. Bottom), ponieważ
przewidziane jest lutowanie na fali. Należy także zabezpieczyć płytkę przed sklejaniem się
ostatnich pinów układów scalonych podczas lutowania na fali.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z materiałem nauczania zwracając szczególną uwagę na zasady

rozmieszczania elementów dla układów przewidziany do lutowania na fali,

2) wysłuchać wskazówek prowadzącego na temat podstawowych zasad edycji w programie

Protel 99SE, pozwalających na rozmieszczenie elementów i dodawania Padów,

3)  zapoznać się z projektowanym układem,
4)  rozmieścić elementy na płytce,
5)  dodać Pady zabezpieczające przed zwieraniem pinów podczas lutowania na fali,
6)  zaprezentować zrealizowane zadanie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

stanowisko komputerowe z programem Protel 99SE,

–

przygotowany plik PCB z chaotycznie rozmieszczonymi elementami na warstwie górnej
i dolnej,

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)  oszacować dozwoloną długość ścieżek?
2)  poprowadzić ścieżki z sygnałem masy dla układów małosygnałowych?
3)  połączyć  sygnał  masy  dla  układu  zawierającego  układy  analogowe

i cyfrowe oraz przetwornik A/C?

4) rozmieścić elementy na warstwie dolnej dla płytki przeznaczonej do

lutowania na fali?

5) stosować zasady projektowania obwodów drukowanych?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Obsługa

programu

projektowania

obwodów

drukowanych

4.4.1. Materiał nauczania

Ogólna charakterystyka programów do projektowania obwodów drukowanych

Realizacje masek pozytywowych lub negatywowych tradycyjną metodą, tzn. metodą

wyklejania za pomocą odpowiednich kształtek w skali 2:1, miało sens kilkadziesiąt lat temu.
Dzisiaj  z  pomocą  przychodzą  projektantowi  techniki  CAD/CAM  (ang.  Computer  Aided
Design/Computer  Aidede  Manufacture  –  projektowanie/produkowanie  wspomagane
komputerem).  Są  to  specjalistyczne  programy,  które  wspomagają  pracę  projektanta  na
każdym  etapie  tworzenia  obwodu  drukowanego.  Dodatkowo  umożliwiają  weryfikację
projektu  i  symulację  komputerową  układu.  Programy  tego  typu  są  stosunkowo  drogie,  ale
producenci udostępniają  okrojone  wersje w  celu  zapoznania  się  z  danym  oprogramowaniem
lub  nawet  do  zastosowań  komercyjnych.  Przykładowo,  omawiany  w  tym  rozdziale  Protel
99SE,  udostępniony  jest  w wersji  trial  z  ograniczeniem  czasowym  równym  30  dni,  bez
możliwości  zastosowania  komercyjnego.  Innym  przykładem  może  być  program  CADSTAR
firmy  Quantum,  który  udostępnia  wersje  CADSTAR  Express  za  darmo  z  ograniczeniem  do
50  elementów  i 300 pinów,  co  daje  już  niemałą  płytkę.  W  takiej  sytuacji  argument
przemawiający  za  wykonywaniem  masek  za  pomocą  wyklejania  z  powodu  zaoszczędzanie
pieniędzy jest nieaktualny.

Chcąc dokładnie omówić obsługę programu do projektowania obwodów drukowanych

musimy się skupić na konkretnym programie. Wybór padł na wspomniany wcześniej program
o  nazwie  Protel  99SE,  ze  względu  na  dużą  popularność  na  rynku  polskim.  Wszystkie
programy  tego  typu  mają  podobną  funkcjonalność  i  proces  projektowania  obwodu
drukowanego  przebiega  w  podobny  sposób.  Różnice  tkwią  jedynie  w  szczegółowych
implementacjach oraz dodatkowych  funkcjach takich jak  np.  symulacja układu, wizualizacja
3D, programowanie układów programowalnych PLD itd.

Kolejne etapy projektowania płytki drukowanej (takie same dla obu programów):
1)  Tworzenie schematu elektrycznego

Projektowanie płytki drukowanej rozpoczynamy od narysowania schematu

w edytorze  schematów,  korzystając  z  biblioteki  standardowych  symboli  elektrycznych
danego  elementu.  Programy  umożliwiają  tworzenie  własnej  biblioteki  symboli
elektrycznych.  Na  schemacie  każdy  element  reprezentowany  przez  symbol  elektryczny
powinien być opisany unikatową nazwą różniący się przynajmniej numerem przy nazwie
np.  U1,  U2  itd.  Połączenia  pomiędzy  wyprowadzeniami  układu  można  etykietować,
dzięki  czemu  nie  trzeba  prowadzić  linii  na schemacie  pomiędzy  sygnałami  opatrzonymi
tą  samą  etykietą  (łączenie  poprzez  nawę).  Programy  są  na  tyle  zaawansowane,  że
umożliwiają  hierarchiczną  budowę  projektu  tzn.  schemat  umieszczony  na  samym
szczycie tej  hierarchii  składa  się z połączonych  między  sobą bloków, których zawartość
(implementacja) umieszczona jest na schematach będących niżej w tej hierarchii.

2) Weryfikacja schematu i wygenerowanie listy połączeń

Po zrealizowaniu schematu należy każdemu z elementów przydzielić odpowiednią

obudowę, tym  razem  korzystając  z  biblioteki  obudów  PCB  (ang.  footprint  – obudowa).
Następnie  należy  przeprowadzić  weryfikacje  poprawności  wykonania  schematu.
Rezultatem  takiej  weryfikacji  jest  wskazanie  przez  program  ewentualnych  błędów  np.
wyjścia  połączone  do  masy,  zwarcie  wyjść,  nie  podłączone  wyprowadzenia  itp.  Po
dokonanej  weryfikacji  i  poprawieniu  ewentualnych  błędów  należy  włączyć  opcję

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

generowania listy połączeń (ang. netlist). Netlista jest to lista wszystkich sygnałów
z wyszczególnieniem wszystkich końcówek elementów, do których dany sygnał jest
doprowadzony.

3) Załadowanie listy połączeń do pliku PCB

Uważa się, że największą zaletą programów CAD/CAM jest automatyczne

generowanie  listy  połączeń  (netlisty)  na  bazie  wprowadzonego  schematu  układu.
Kolejnym krokiem  jest więc załadowanie takiej netlisty do pliku PCB, w którym będzie
realizowana  płytka  drukowana.  Na  podstawie  tej  netlisty  do  edytora  obwodu
drukowanego  (pliku  z  rozszerzeniem  .pcb),  załadowane  są  elementy  zawarte  na
schemacie  w  postaci  rzeczywistych  obudów  tych  elementów,  ze  zdefiniowanymi
połączeniami  w postaci  pojedynczych  odcinków  linii.  Po  załadowaniu  takiej  netlisty
pojawia  się  nam  mnóstwo  obudów  ze  zdefiniowanymi  połączeniami  tworzącymi
pajęczynę.  Kolejnym  krokiem  jest  narysowanie  konturów  płytki  i  właściwe
rozmieszczenie tych elementów.

4) Rozmieszczenie elementów i prowadzenie ścieżek

Prawie wszystkie programy umożliwiają rozmieszczenie automatyczne elementów,

jednakże, większość nie robi tego w sposób satysfakcjonujący. Najlepszym rozwiązaniem
w  tym  przypadku  jest  ręczne  rozmieszczenie  elementów.  W  trakcie  rozmieszczania
elementów,  niejednokrotnie  zauważamy  że  zmiana  rozmieszczenia  wyprowadzeń
w znacznym stopniu ułatwiłaby prowadzenie ścieżek i wtedy, jeżeli jest taka możliwość,
(taka  zmiana  jest  w  praktyce  dozwolona)  możemy  jej  dokonać.  Program  po  zmianie
wyprowadzeń w pliku pcb, daje nam możliwość automatycznej zmiany tych połączeń na
schemacie  projektowanego  układu  (ang.  update  schematic).  Kolejnym  mechanizmem
ułatwiającym życie projektantowi obwodów drukowanych, oprócz generowania  netlisty,
jest  automatyczna  realizacja  połączeń  (ang.  autorouting).  Współczesne autoroutery  są  to
zaawansowane narzędzia, które umożliwiają automatyczne łączenie ścieżek według wielu
założeń.  Począwszy  od  tych  podstawowych  jak  grubość  ścieżek  i  odległość  między
ścieżkami,  a  skończywszy  na  bardzo  zaawansowanych  jak:  priorytety  sygnałów
(kolejność wykonywania ścieżek), ilość przelotek (ang. Via), kąty załamania ścieżek itd.
Autorouter  jest  tym  elementem  oprogramowania,  które  w  dużej  mierze  świadczy
o jakości  całego  oprogramowania.  Głównie  tą  część  bierze  się  pod  uwagę  oceniając
oprogramowanie  i  jedne  programy  mają  lepsze  inne  gorsze  to  narzędzie.  Faktem  jest
jednak, że  po  automatycznym  łączeniu,  wymagane  jest,  aby projektant ręcznie  poprawił
część połączeń.

5) Dokumentacja potrzebna do realizacji obwodu drukowanego

Ostatnim elementem jest wykonanie dokumentacji płytki drukowanej, na podstawie

której  zakład  produkujący  płytki  będzie w  stanie  ją  wykonać. Jeżeli  sami  robimy  płytki
metodą  naświetlania  fotolakieru,  wtedy  wystarczy  wydrukować  na  folii  za  pomocą
drukarki  laserowej  każdą  z  warstw,  pamiętając  że  warstwa  spodnia  (ang.  bottom)  musi
być  wydrukowane  jako  lustrzane  odbicie.  W  innym  przypadku  należy  zakładowi
produkcyjnemu dostarczyć dokumentacje zapisaną według odpowiednich formatów. Pliki
z  zakodowaną  siecią  połączeń,  niezbędne  do  wykonania  fotomasek  wykonuje  się
w formacie  Gerbera,  tak  samo  maski  do  wykonania  napisów  na  powierzchni  płytki
metodą  sitodruku.  Dodatkowo  należy  dostarczyć  pliki  wierceń,  w  którym  znajdują  się
informacje o średnicach otworów oraz ich rozmieszczeniu.

Protel 99SE – wprowadzenie

Protel 99SE to nie pojedynczy program, ale zbiór pakietów odpowiedzialnych za różne

zadania tworzących jedną całość. W skład takiego programu wchodzą nie tylko pakiety ściśle
związane z projektowaniem obwodów drukowanych jak:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

Schematic – edytor schematów,

−

Schematic Library – narzędzie do tworzenia własnych bibliotek,

−

PCB – edytor graficzny do tworzenia płytki drukowanej,

−

PCB Library – narzędzie do tworzenia własnych obudów (footprintów),
ale także:

−

Simulation – narzędzie do symulowania zaprojektowanego układu na bazie schematu,

−

Waveform – edytor przebiegów, na którym możemy zobaczyć wynik symulacji,

−

PLD – narzędzie do programowania układów programowalnych,

−

Spred Sheet – prosty arkusz kalkulacyjny umożliwiający przeprowadzenie kalkulacji
kosztów na bazie listy elementów wygenerowanej na bazie schematu.

Przedstawiona lista pakietów obrazuje, jak duży jest to program, a więc omówienie go

w całości pociągało by za sobą konieczność napisania pokaźnych rozmiarów książki. Dlatego
w materiale nauczania skupiono się na najistotniejszych elementach programu, których
opanowanie umożliwi zaprojektowanie prostego obwodu drukowanego.

W programie Protel Design Explorer 99SE wszystkie dokumenty przechowywane są

w jednej strukturze zwanej Design Database. Dodatkowo program umożliwia zapisywanie
wszystkich dokumentów w osobnych plikach.

Rys. 15. Okienko Menadżera projektu (ang. Design Manager) w programie Protel 99SE:

a) przed stworzeniem nowego projektu, b) po stworzeniu nowego projektu o nazwie „Nowy”

Po uruchomieniu programu otwiera się standardowe okno aplikacji, którego istotnym

elementem  jest  okienko  menadżera  projektu  (ang.  Design  Manager)  widoczny  na  rysunku
15 na  zakładce  Explorer.  W  okienku  tym  przedstawiona  jest  struktura  drzewiasta,  w  której
będą  pojawiały  się  załadowane  do  programu  projekty.  Aktualnie  nie  ma  żadnego  projektu,
a jedynym  elementem  jest  Active  Design  Stations  –  praca  nad  projektem  w  sieci
komputerowej.

W celu otworzenia nowego projektu wybieramy Menu/File/New i pojawia nam się okno,

do którego wpisujemy nazwę projektu, koniecznie z rozszerzeniem .ddb, oraz możemy
zmienić lokalizację naszego projektu na dysku naciskając Browse. Po zatwierdzeniu

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

pojawiasię w oknie Design Manager nazwa naszego projektu oraz trzy foldery należące do
tego projektu:
Design team – ustawienia przy pracy grupowej nad projektem,
RecycleBin – kosz systemowy,
Documents – folder, w którym będą pojawiały się pliki przechowujące nasze schematy (pliki

z rozszerzeniem .sch), projekty płytek drukowanych (pliki z rozszerzeniem .pcb)
itp.

Projekt jest otwarty, więc możemy rozpocząć pracę nad stworzeniem płytki drukowanej.

Pierwszym  krokiem  jest  narysowanie  schematu  przy  pomocy  symboli  elektrycznych
dostępnych  w  bibliotece,  w  edytorze  schematów.  Aby  otworzyć  edytor  schematów
wybieramy Menu/File/Menu, wtedy pojawia się okno z ikonami, wybieramy ikonę Schematic
document.  W  oknie  Design  Manager  w  folderze  Documents  naszego  projektu  pojawia  się
nowa  ikona reprezentująca plik z rozszerzeniem .sch (program nada  jej domyślną nazwę, ale
my  możemy  ją  zmienić).  Po  dwukrotnym  kliknięciu  na  tą  ikonę  pojawia  się,  w  polu
roboczym,  edytor  schematu  (rys.16),  pojawiają  się  także dodatkowe  paski  narzędzi, zmianie
ulega Menu oraz Design Manager, w którym pojawia się nowa zakładka Browse Sch.

Rys. 16. Okno edytora schematu w programie Protel 99SE

Praca w edytorze schematu

Pierwszym krokiem podczas rysowania schematu jest załadowanie bibliotek z symbolami

elektrycznymi elementów. Aby dodać biblioteki należy przejść, w oknie Design Manager, na
zakładkę Browse Sch, wybrać w polu wyboru (jeżeli nie jest wybrany) Libraries i nacisnąć
przycisk Add/Remove (dodawanie lub usuwania bibliotek). Po naciśnięciu przycisku pojawia
się nam okno Change Library File List, w którym wybieramy interesujące nas biblioteki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Biblioteki  te  są  to  pliki  z  rozszerzeniem  .ddb  tak,  jak  nasz  projekt,  bo  rzeczywiście  są  to
projekty  zawierające  biblioteki  elementów.  Jak  zauważymy,  nazwy  tych  bibliotek,  a  tym
samym  ich  zawartość  jest  pogrupowana  według  nazw  producentów  oraz  rodzajów  układów
np. „Producent Analog.ddb”,  „Producent Logic.ddb” itd. Są też uniwersalne  biblioteki  i taką
biblioteką,  którą  warto  na  początek  wybrać  jest  „Miscellaneous  Devices.ddb”.  Po  wyborze
odpowiednich projektów z bibliotekami i zatwierdzeniu przyciskiem OK w pierwszym oknie
Design Manager pojawią się wybrane biblioteki tym razem z rozszerzeniem .lib. Poniżej jest
pole  edycyjne  o  nazwie  Filter  i  jeżeli  wpisany  jest  znak  „*”  w  to  pole,  w  oknie  poniżej,
wymienione są z nazwy wszystkie elementy w zaznaczonej aktualnie bibliotece. Po wybraniu
konkretnego elementu i dwukrotnym naciśnięciu lewym klawiszem myszki lub naciśnięciu na
przycisk Place poniżej okna, wraz z kursorem pojawia się symbol wybranego elementu, który
możemy  umieścić  na  schemacie  w  dowolnym  miejscu.  Podczas  umieszczania  elementów  na
edytorze  schematów  bardzo  przydatnymi  skrótami  klawiszowymi  są  PageUp  i  PageDown
powodujące powiększanie, i pomniejszanie schematu, oraz Space powodująca obrót elementu
o 90 stopni, w momencie gdy dany element jest złapany przez kursor.

Do narysowania schematu potrzebne nam są konkretne elementy z bibliotek, oraz

narzędzia do edycji schematu. Narzędzia te są zgrupowane w pasku narzędziowym o nazwie
Wiring Tools przedstawionym na rysunku 17.

Rys. 17. Pasek narzędziowy o nazwie WiringTools służący do tworzenia mozaiki obwodu drukowanego

Narzędzia przedstawione są w postaci symboli, ale po najechaniu na odpowiedni symbol

pojawia się nam nazwa tego elementu. Poniżej znajduje się krótki opis najważniejszych
narzędzi z tego zbioru.

PlaceWire – Narzędzie przeznaczone do prowadzenia połączenia pomiędzy dwoma lub

wieloma wyprowadzeniami (ang. Wire – drut). W tym miejscu należy zwrócić uwagę na dwie
rzeczy,  które  są  powodem  wielu  błędów.  Pierwsza  to,  aby  nie  mylić  linii  PlaceWire  z  linią
z PlaceLine  z  paska  narzędziowego  DrawingTools,  ponieważ  to  są  dwie  różne  linie
i poprowadzenie  połączeń  linią  PlaceLine  powoduje,  że  program  nie  widzi  tego  jako
połączenie  elektryczne.  Druga  rzecz  to  zwrócenie  uwagi  na  właściwe  połączenie  PlaceWire
z wyprowadzeniami  elementów.  Aby  mieć  pewność,  że  połączenie  to  jest  dobrze
zrealizowane,  należy  zwracać  uwagę  na  pojawiającą  się  kropkę  na  kursorze  w  momencie
styku lini PlaceWire z wyprowadzeniem elementu.

PlaceBus – umieszcza na schemacie magistralę danych. Jeżeli jest konieczność

połączenia dużej  ilości końcówek kilku układów np.  magistrala danych  lub adresowa, to aby
nie doprowadzić  do  nieczytelności  schematu, poprzez  połączenie  tych końcówek  za pomocą
PlaceWire  wykorzystujemy  PlaceBus.  PlaceBus  jest  pojedyncza,  pogrubioną  linią,  do  której
podłącza  się  końcówki  układów  za  pomocą  PlaceBusEntry  i  dodatkowo  każde
wyprowadzenie  opisuje  się  za  pomocą  PlaceNetLabel.  Fizycznie  połączone  są  ze  sobą  te
wyprowadzenia, które mają tą samą nazwę nadaną przez PlaceNetLabel.

PlaceBusEntry – są tzw. „odczepy” od magistrali, poprzez które podłącza się pośrednio

końcówki układu a bezpośrednio połączenia (Wire).

PlaceNetLabel – nadanie nazwy wybranemu połączeniu. Służy głównie do opisania

wyprowadzeń z magistrali, ale nie tylko. Dowolne połączenia, które nie są połączone za
pomocą PlaceWire ale mają nadaną tą samą nazwę za pomocą PlaceNetLabel, są tak samo
traktowane przez program jakby były połączone (połączenie poprzez nazwę).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

PlacePowerPort – umieszcza na schemacie symbol elementu zasilania układu (zwykle

VCC lub GND) Wszystkie elementy tego typu są traktowane jakby były połączone przy
pomocy PlaceWire.

PlaceJunction – to narzędzie służy do połączenia ze sobą dwóch krzyżujących się linii

PlaceWire (węzeł).

Gdy już narysujemy schemat przy pomocy elementów z biblioteki i narzędzi z paska

WiringTools,  pozostaje  nam  jedynie  ustalić  parametry  elementów.  Aby  przejść  do  okna
edycji  właściwości  danego  elementu,  musimy  dwukrotnie  kliknąć  na  symbol  danego
elementu.  Okno  właściwości  zawiera  wiele  zakładek,  na  rysunkach  18a  i  18b
przedstawionodwie z nich Attributes i Graphical Attrs które są najistotniejsze.

Rys. 18. Okno właściwości elementu składające się z wielu zakładek. Do najważniejszych należą:

a) zakładka Attributes i b) Graphical Attrs

Poniżej znajduje się krótki opis najważniejszych pół w tych oknach. W zakładce

Attributes znajdują się pola związane z parametrami technicznymi elementu i należą do nich:
Lib Ref – nazwa grupy elementów.

Footprint – nazwa modelu fizycznego rozkładu nóżek elementu, oraz obrys tego

elementu. Nazwami tymi są nazwane elementy w bibliotece PCB reprezentujące właśnie te
modele fizyczne (obudowy) i tam należy szukać nazw właściwych obudów dla naszych
elementów. Dzięki właściwemu wpisaniu nazwy obudowy w to pole, po transferze schematu
do pliku PCB, symbol na schemacie zostanie zastąpiony obudową reprezentującą już fizyczny
element elektroniczny w edytorze graficzny reprezentującym poszczególne warstwy obwodu
drukowanego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Designator – symbol identyfikujący element na schemacie. Wartościami domyślnymi

wpisanymi w to pole są R? dla rezystorów, C? dla kondensatorów itd. Należy zadbać żeby
nazwy elementów się nie powtarzały, zazwyczaj elementy tego samego typu rozróżnia numer
np. dla kilku rezystorów mamy R1, R2, R3 itd.

Part Type – typ konkretnego elementu, dla elementów dyskretnych mogą to być

wartości np. 10 nF, 10 k itp.

Part – jeżeli w układzie mamy kilka elementów tego samego typu np. w układzie

logicznym  7400  mamy  cztery  bramki  NAND, wtedy  w  bibliotece  nie  jest  umieszczony  cały
układ  z  wszystkimi  jego  elementami,  tylko  jeden  z  nich.  W  takim  przypadku  wszystkie
elementy  są  ponumerowane  i  my  bezpośrednio  wyciągamy  z  biblioteki  tylko  pierwszy
element.  Do  każdego  innego  elementu  mamy  dostęp  poprzez  pole  wyboru  Part,  zmieniając
jego  numer  z  dostępnej  puli.  Jeżeli  na  schemacie  mamy  więcej  niż  jeden  element  z  tego
samego  układu  wtedy  wszystkie  elementy  z  tego  samego  układu  mają  ten  sam  Designator,
a program sam dołoży  na końcu każdej nazwy  litery rozróżniające te elementy  np. w pisując
do każdego U1 na schemacie uzyskamy U1A, U1B, U1C itd.

Hidden Pins – znacznik czy na schemacie mają być wyświetlane ukryte nóżki

elementów. Zazwyczaj wyprowadzenia zasilania są ukryte. Jeżeli ukryta noga nazywa się tak
jak  użyty  na  schemacie  PowerPort  wtedy  wyprowadzenie  to  zostanie  połączone  do  tego
sygnału  poprzez  nazwę.  Problem  jest  wtedy,  jeżeli  jest  różnica  w  nazewnictwie  pomiędzy
PowerPort i ukrytymi  wyprowadzeniami, dlatego należy  sprawdzać za każdym razem  nazwy
ukrytych pinów.

Na zakładce Graphical Attrs mamy natomiast dwa istotne pola:

Orientation – Każdy element może być obrócony o pewien kąt,
Mirrored – Na schemacie wyświetlane jest lustrzane odbicie.

Oprócz właściwości elementów pochodzących z biblioteki, trzeba jeszcze wpisać

właściwości w dla elementu PowerPort głównie w polach:
Net – Nazwa połączenia. Wszystkie połączenia za pomocą PowerPort, które mają w polu Net
wpisane tą samą nazwę są domyślnie połączone tak, jakby były połączone za pomocą
PlaceWire.
Style – Graficzne przedstawienie elementu.

Biblioteka Sch

Czasami bywa tak, że nie możemy znaleźć elementu w standardowych bibliotekach

programu  Protel  99SE,  wtedy  musimy  stworzyć  własną  bibliotekę.  Bibliotekę  tworzymy
poprzez  wybranie  z  menu  głównego  File/New  a  następnie  klikając  na  ikonę  Schematic
Library  Document.  Możemy  ją  stworzyć  w  nowym  projekcie  lub  w  tym,  w  którym  robimy
aktualnie  projekt.  W  projekcie,  w  którym  tworzymy  bibliotekę  powstanie  nowy  plik
z domyślną nazwą Schlib1.Lib, którą możemy zmienić pozostawiając jedynie rozszerzenie.

Otwierając ten plik w oknie menadżera projektu pojawia się nowa zakładka Browse

SchLib, w którym znajduje się okno z nazwami komponentów znajdujących się w bibliotece.
Po pierwszym  uruchomieniu, w oknie tym jest domyślna  nazwa Component_1, którą można
w  każdej  chwili  zmieniając  zgodnie  z  nazwą  tworzonego  symbolu.  Większość  operacji
tworzonych  na  komponentach  biblioteki,  znajdują  się  w  menu  głównym  Tools,  jak  choćby
wspomniana  zmiana  nazwy,  poprzez  wybranie  Tools/Rename  Component  lub  tworzenie
nowego komponentu – Tools/New Component.

Pozostałe elementy to obszar roboczy edytora symboli, oraz pasek narzędziowy

SchLibDrawingTools. Na tym pasku najważniejszym narzędziem jest PlacePin do wstawiania
pinów  na  symbolach  elementów.  Pozostałe  narzędzia,  oprócz  Create  Component  służą
głownie  do  obróbki  graficznej  symbolu  i  są  bez  znaczenia  dla  tworzenia  późniejszej  sieci
połączeń.  A  więc  tak  naprawdę  realizacja  symbolu  danego  elementu  sprowadza  się  do

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

właściwego  wstawienia  i  opisania  pinów  elementów.  Tworzenie  elementu  w  bibliotece
rozpoczynamy  od  narysowania  jego  wyglądu  za  pomocą  narzędzi  graficznych,  a  następnie
umieszczamy  piny  za  pomocą  narzędzia  PlacePin.  Wybierając  to  narzędzie  na  kursorze
pojawia się pin i wtedy możemy nacisnąć na klawisz TAB na klawiaturze i po pojawieniu się
okna  właściwości  ustawić  wstępnie  wartości  dla  elementu  pin.  W  oknie  tym  pojawiają  się
pola Name i Number, które odpowiednio oznaczają nazwę i numer pinu. Ustawiony wstępnie
numer  będzie  się  inkrementował  za  każdym  kolejnym  położeniem  pinu,  podobnie  jest
z nazwą  jeżeli  ostatnim  znakiem  jest  cyfra.  W  trakcie  umieszczania  pinów,  gdy  w  kursor
wrysowany  jest  pin,  bardzo  przydatnym  skrótem  klawiszowym  jest  także  SPACE,  który
umożliwia nam obrót o 90 stopni elementu pin. Po umieszczeniu wszystkich pinów, możemy
także  edytować  każdy  z  pinów  poprzez  dwukrotne  kliknięcie  na  niego,  w  celu  zmiany
niektórych  właściwości.  Na  rysunku  19  przedstawiony  jest  edytor  symboli  graficznych
w bibliotece z otwartym oknem właściwości dla elementu pin.

Rys. 19. Okno edytora symboli graficznych z otwartym oknem właściwości dla elementu pin

Po stworzeniu potrzebnego elementu musimy jeszcze załadować nowo utworzoną

bibliotekę  do  programu  Protel  99SE,  aby  była  ona  widoczna  w  spisie  bibliotek  w  naszym
projekcie.  Musimy  to  zrobić,  nawet  jeżeli  biblioteka  została  utworzona  w  tym  samym
projekcie, w którym tworzymy płytkę drukowaną. Bibliotekę dodajemy w taki sam sposób jak
każdą  inną  bibliotekę,  czyli  przez  dodanie  projektu,  w  którym  znajduje  się  ten  plik
z rozszerzeniem .Lib.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Netlista

Ostatnie zadanie jakie musimy wykonać w edytorze schematu, to wygenerować listę

połączeń  (ang.  Netlist).  Jest  to  lista,  która  w  pierwszej  kolejności  wymienia  wszystkie
elementy tzn. ich Designator, Footprint i PartType, a następnie definiuje wszystkie połączenia
nadając  im  nazwy  i  przydzielając  im  wyprowadzenia  układów,  do  których  jest  podłączone.
Definicja przykładowego połączenia wygląda następująco:

(
NetT1_2
C2–1
RC–1
T1–2
)

Połączenie nosi nazwę NetT1_2 i łączy ze sobą pin1 kondensatora C2, pin1 rezystora RC

i pin2 tranzystora T1.

Netlistę generujemy wybierając z menu głównego Design/Create Netlist..., po którym

pojawia się okno NetlistCreation, w którym jest wiele opcji. Aby stworzyć netlistę potrzebną
do załadowania do pliku PCB, w celu stworzenia płytki drukowanej w polu OutputFormat,
wybieramy Protel, w polu Net Identifier Scope wybieramy Net Labels and Ports Global,
a w polu Sheets to Netlist wybieramy Activ Project.

Na zakończenie pracy z edytorem schematu opisany zostanie w kilku punktach sposób

realizacji schematu, który jest widoczny na rysunku 16. Należy kolejno:
-

umieścić elementy z biblioteki Miscellaneous Devices.lib na schemacie odszukując:

rezystory pod nazwą RES2, kondensatory pod nazwą CAP, tranzystor pod nazwą NPN
i złącza pod nazwą CON2,

umieścić na schemacie elementy typu PowerPort. Należy wybrać element PowerPort

z paska  WiringTools,  następnie  nacisnąć  klawisz  TAB,  wtedy  pojawi  się  nam  okno
właściwości  dla  tego  elementu.  W  pole  Net  wpisujemy  VCC  i  w  polu  Style  wybieramy
Bar,  a  następnie  umieszczamy  na  schemacie.  Po rozmieszczeniu  wszystkich  elementów
VCC  ponownie  naciskamy  klawisz  TAB  i  wpisujemy  do  Net  –  GND  a  w  polu  Style
zmieniamy  na  Power  Graund  i  rozmieszczamy  elementy  GND.  Skrót  klawiszowy  TAB
jest bardzo użyteczny, ponieważ w ten sam sposób można postąpić ustalając właściwości
dla  dowolnego  elementu,  tzn.  po  wybraniu  elementu  z  biblioteki  i  naciśnięciu  klawisza
TAB  wywołuje  się  okienko  właściwości  dla  tego  elementu.  Po  ustaleniu  właściwości
w taki  sposób,  każdy  kolejny  element  umieszczony  na  schemacie  ma  te  same  pola
właściwości  które  zostały  wypełnione  na  początku.  Jest  to  duża  zaleta,  ponieważ  nie
trzeba  wszystkich  po  kolei  wypełniać.  Dodatkowo  kończąc  nazwę  w  polu  Designator
cyfrą,  każdy  kolejny  element  umieszczony  na  schemacie  otrzyma  tą  samą  nazwę  ze
zwiększoną cyfrą o jeden,

poprowadzić połączenia pomiędzy wyprowadzeniami elementów za pomocą PlaceWire,

dla każdego elementu ustalić właściwości Designator, PartType, Footprint, chyba że

zrobiliśmy przed umieszczeniem elementu na schemacie ustalając jego właściwości
(skrót klawiszowy TAB),

wygenerować listę połączeń.

Praca z modułem PCB

Wygenerowana lista połączeń zapisana jest w pliku o tej samej nazwie co plik

zawierający  schemat,  ale  o  rozszerzeniu  .net.  Kolejnym  krokiem  jest  stworzenie  nowego
dokumentu  PCB,  który  zawiera  edytor  graficzny,  w  którym  wykonuje  się  projekt  płytki
drukowanej.  Należy  w  menu  wybrać  File/New,  a  po otwarciu  okna  wybrać  ikonę  o  nazwie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

PCB Document. Zostanie otwarty dokument PCB któremu możemy nadać dowolną nazwę
z rozszerzeniem .pcb.

W edytorze PCB podobnie jak w edytorze schematu po otwarciu pojawią się dwa paski

narzędziowe  o  nazwie  PlacementTools  i  ComponentPlacement  zawierające  wiele  narzędzi.
Opis  najważniejszych  narzędzi  zostanie  podany  w  trakcie  opisywania  ręcznego  sposobu
prowadzenia  ścieżek.  W  oknie  Design  Manager  zakładkę  Browse  Sch  zastępuje  zakładka
Browse  PCB  o  podobnych  polach,  z  tym  że  w  edytorze  schematu  były  biblioteki  symboli,
a w PCB  są  biblioteki  obudów  (footprintów).  Poniżej  okna  roboczego  znajduje  się  wiele
zakładek  (rys.  20),  które  pozwalają  wybrać  aktywną  warstwę  na  polu  roboczym  dokumentu
PCB. Aktywną warstwę można także wybrać w polu wyboru Current Layer, w oknie Design
Manager. Dodatkowo każdej z warstwie przydzielony jest odrębny kolor dla rozróżnienia, co
widać na rysunku 20 w specjalnym kwadracie, gdzie warstwie TopLayer  został przydzielony
kolor czerwony.

Rys. 20. Fragment okna edytora pliku PCB, na którym widać zakładki pozwalające

wybrać aktywną warstwę w polu roboczym

Kolejne warstwy oznaczają:

TopLayer – ścieżki drukowane na górnej warstwie płytki,
BottomLayer – ścieżki drukowane na dolnej warstwie płytki drukowanej,
TopOverlay – warstwa lakieru na górnej warstwie płytki (obrys elementów, opisy itd.)
KeepOutLayer – linie ograniczające wymiary płytki,
MultiLayer – przelotki (także Pady dla elementów przewlekanych) przy płytkach
wielowarstowych

Warstw jest znacznie więcej, część z nich jest domyślnie wyłączona, ale projektant, który

robi obwody wielowarstwowe może sobie bez problemu je włączyć. Protel oprócz dwóch
opisanych warstw, na których prowadzi się ścieżki Top i Bottom, posiada jeszcze możliwość
włączenie 14 dodatkowych warstw od Mid1 do Mid14.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 21. Okno które pojawia się po wybraniu opcji w menu głównym Design/Load Nets...

i pozwala na załadowanie listy połączeń do pliku PCB

Rozpoczynając pracę nad projektem płytki drukowanej w dokumencie PCB, należy

najpierw załadować plik z  listą połączeń. Po wybraniu w  menu głównym Design/Load Nets.
pojawi  się  okno  Load/Forward  Annotate  Netlist  pokazane  na  rysunku  21.  Możemy  wczytać
nową  lub  uaktualnić  starą  listę  połączeń.  Po  naciśnięciu  przycisku  Browse...  wskazujemy
ścieżkę dostępu do pliku z rozszerzeniem .net, zawierającym  naszą  listę połączeń.  W oknie
tym znajduje się tabela z trzema kolumnami:
No. – numer kolejnej operacji,
Action – wykonywana operacja np. dodawanie nowego elementu lub połączenia,
Error – nazwa błędu jeżeli taki wystąpi.

Poniżej tabeli znajduje się pole status, które informuje o stanie podjętych działań. Jeżeli

pojawi  się  napis  All  macros  validated,  wtedy  wszystko  przebiegło  prawidłowo  i  możemy
nacisnąć  klawisz  Execute.  Najczęstszym  powodem  pojawiających  się  błędów  jest  złe
wpisanie  nazwy obudowy w pole  footprint (każdy znak tej  nazwy  musi się zgadzać z  nazwą
w bibliotece  PCB)  lub  biblioteka  w  której  znajduje  się  obudowa  o wpisanej  nazwie,  nie  jest
aktualnie załadowana do naszego projektu w oknie Design Manager.

Podczas projektowania płytki drukowanej, może się zdarzyć że dokonujemy zmian na

schemacie  układu,  wtedy  nie  trzeba  tworzyć  na  nowo  dokumentu  PCB,  tylko  załadować
uaktualnioną listę połączeń do rozpoczętego już projektu płytki. Aby zmiany dokonały się nie
tylko  w  sieci  połączeń,  ale  także  zostały  uaktualnione  obudowy  elementów  i  usunięte
elementy, których  już nie ma na schemacie, należy zaznaczyć opcje: Delete components not
in netlist lub Update footprints.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Po naciśnięciu przycisku Execute w polu roboczym dokumentu PCB pojawią się

obudowy elementów ze zdefiniowanymi połączeniami. Połączenia widoczne są w postaci linii
łączących dwa wyprowadzenia elementów po najkrótszej drodze co widać na rysunku 22.

Rys. 22. Rysunek przedstawia nie rozmieszczone elementy z widoczną siecią połączeń.

Taki stan otrzymujemy po załadowaniu listy połączeń (netlist) do pliku PCB

Ustawienia parametrów okna edycyjnego

Przed przystąpieniem do pracy nad projektem płytki warto poświęcić kilka chwil na

ustawienie  parametrów  okna  edycyjnego,  dostosowując  je  do  naszych  potrzeb  i  wygody
pracy. Rysunki umieszczone w materiale nauczania, pochodzące z programu Protel już są po
odpowiednich zmianach parametrów edycyjnych,  a konkretnie zmienione są niektóre kolory,
aby można je lepiej przedstawić na wydruku. Standardowo w Protelu tło pola edycyjnego jest
czarne  i  zostało  zmienione  na  białe.  Ustawień  parametrów  okna  edycyjnego  dokonujemy
w dwóch miejscach, wywołując dwa różne okna. Pierwsze z nich to okno Document Options,
które  otwiera  się  po  wybraniu  w  menu  głównym  Design/Options...,  oraz  okno  Preferences
także  po  wyborze  w  menu  głównym  ale  tym  razem  w  Tools/Preferences...  .W  oknie
Document Options znajdują się dwie zakładki:
Layers – do wyboru warstw projektu, które będą potrzebne do wykonania płytki,
Options  –  do  ustawień  siatki  pomocniczej  Visibl  Grid,  ustawienie  rozdzielczości
pozycjonowania podzespołów na płytce drukowanej – Snap Grid, oraz wybór jednostek miar
stosowanym w PCB – Imperial w milimetrach lub Metric w milsach (1 mils = 0,001 cala).

Okno Preferences zawiera wiele zakładek, więc wymienione zostaną jedynie parametry

najczęściej zmieniane, do nich należą:
-

zakładka Display opcja Single Layer Mode – wyświetlanie jedynie aktualnie wybranej

warstwy,

zakładka Colors służy do zmiany kolorów wyświetlanych warstw i elementów w oknie

edycyjnym,

zakładka Show/Hide – służy do ustawienia sposobu wyświetlania różnych elementów, są

trzy możliwości Final – rzeczywisty wygląd, Draft – jedynie krawędzie i Hidden –
ukryte.

Rozmieszczenie elementów

Przed przystąpieniem do rozmieszczenia elementów należy narysować obrys płytki za

pomocą PlaceLines z paska narzędziowego PlacementTools, wybierając warstwę KeepOutLayer.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zazwyczaj  płytka  musi  mieć  określone  wymiary,  zgodne  z  wymaganiami  stawianymi  przez
wymiar  obudowy,  w  której  zaprojektowany  układ  ma  być  zamontowany.  Do  ustalenia
dokładnego  wymiaru  posługujemy  się  kolejnym  narzędziem  z  PlacementTools  o nazwie
PlaceDimension. Narzędzie to jest pomocne w dokładnym wyznaczaniu odległości i wskazuje
wymiar  pomiędzy  dwoma  jego  końcami  w  jednostkach  aktualnie  ustawionych  w opcjach
dokumentu.  Po  obrysowaniu  płytki  drukowanej,  należy  przystąpić  do  rozmieszczenia
elementów.  Wprawdzie  istnieje  narzędzie  automatycznego  rozmieszczania  o nazwie  Auto
Placement, ale i tak kończy się na tym, że elementy rozmieszczamy ręcznie.

Narzędzie automatycznego rozmieszczania przydaje się w momencie gdy mamy duży

projekt  zawierający  wiele  elementów.  Uruchamiamy  wtedy  to  narzędzie  wybierając  z  menu
głównego  Tools/Auto  Place...  i  z  grupy  elementów  umieszczonych  jeden  na  drugim,  mamy
wstępnie  uporządkowane  rozmieszczenie  w  obrębie  płytki.  Następnie  rozmieszczamy
elementy,  które  powinny  mieć  ustalone  położenie  np.  złącza  i  ustawiamy  im  znacznik
Locked,  a  następnie  ponownie  używamy  rozmieszczenia  automatycznego.  Po  ustawieniu
znacznika Locked elementy, które zostały nim opatrzone, nie zmieniają swojego położenia.

W tym miejscu warto zwrócić na kilka czynności ułatwiających pracę w trakcie

rozmieszczania elementów:
Zaznaczanie  grupy  elementów  –  wszystkie  obiekty  w  dokumencie  PCB  zaznaczamy
poprzez przeciągnięcie myszką z wciśniętym lewym klawiszem myszki.
Odznaczanie  zaznaczonych  elementów  –  wszystkie  elementy  w  PCB  odznaczamy  naraz
poprzez naciśnięcie przycisku DeSelect w pasku narzędziowym pod głównym menu.
Przesuwanie elementów – pojedynczy element przesuwamy naciskając lewy klawisz myszki
nad  elementem  i  przesuwając  z  wciśniętym  klawiszem.  Jeżeli  chcemy  przesunąć  naraz
większą grupę elementów, należy ją zaznaczyć a następnie przesunąć naciskając lewy klawisz
myszki nad dowolnym zaznaczonym elementem i przesuwając z wciśniętym klawiszem.
Obracanie elementów – przyciskając lewym klawiszem myszki nad elementem i naciskając
klawisz Space obracamy element o 90 stopni.

Elementy mozaiki ścieżek

Zanim przejdziemy do omawiania metod prowadzenia ścieżek, przyjrzyjmy się

elementom  mozaiki  ścieżek.  Do  podstawowych  elementów  tej  mozaiki  należą:  modele
fizyczne obudów (ang. footprint), ścieżki (ang. Tracks), pola lutownicze (ang. Pads), przelotki
(ang.  Vias),  oraz  często  stosowana  warstwa  otaczająca  ścieżki  i  połączona  do  jednego
z sygnałów  (prawie  zawsze  do  GND)  nazywana  PolygonPlane.  Dodatkowo  są  elementy
spełniające raczej funkcję dekoracyjną tj. wycinek okręgu (ang. Arc), oraz tekst (ang. String).
Elementy te są przedstawione na rysunku 23.

Rys. 23. Elementy mozaiki ścieżek

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Każdy z tych elementów posiada swoje indywidualne właściwości, które możemy

ustawić w oknie po podwójnym kliknięciu na dany element. Poniżej opisane zostały
najważniejsze właściwości, są to:
-

szerokość ścieżki właściwość Width,

dla Pad: X–Size, Y–Size – wymiary Padu, Hole Size – średnica otworu, Shape – kształt

Padu,

dla Via : Diameter – średnica przelotki i Hole Size – średnica otworu przelotki,

dla PolygonPlane: Connect to Net – nazwa sygnału do którego Polygon zostanie

podłączona, Pour Over Same Net – pochłonięcie ścieżek dla tego samego sygnału co
Polygon, Remove Dead Copper – usunięcie tej części PolygonPlane, która nie jest
w stanie dołączyć do sygnału do którego została przydzielona.

Ustawienie parametrów i reguł przestrzeganych podczas wykonywania połączeń

Reguły, które rządzą sposobem wykonywania połączeń podczas projektowania obwodu

drukowanego, ustala się w oknie o nazwie Design Rules na zakładce Routing (rys 24). Okno
to  wywołujemy  wybierając  z  menu  głównego  Design/Rules...  i  jest  ono  podzielone  na  trzy
części. W lewym górnym rogu znajduje się lista wszystkich parametrów dla zakładki Routing,
która jest najbardziej istotna z punktu widzenia mozaiki ścieżek. Po prawej stronie jest krótki
opis  zastosowania  aktualnie  wybranego  parametru,  a  pod  spodem  umieszczona  jest  tabela
wszystkich  ustawień.  Poniżej  tabeli  znajdują  się  jeszcze  trzy  przyciski  Add...,  Delete
i Properties..., które służą do modyfikacji ustawień w tabeli i podejmuje akcję:
Add... – dodawanie nowych ustawień;
Delete – kasowanie ustawień;
Properties... – edycja aktualnie wybranego ustawienia.

Najważniejsze parametry w zakładce Routing i ich krótki opis:

Clearence Constraint – minimalna odległość pomiędzy dwoma elementami mozaiki ścieżek,
Routing Corners – sposób wykonywania załamań ścieżki. Może być, 45, 90 stopni lub łuk,
Routing Layers – wybór warstw które będą wykorzystywane do tworzenia mozaiki ścieżek.

Domyślnie są ustawione dwie warstwy Top i Bottom dla całej płytki, jeżeli więc

będziemy  chcieli  zrealizować  płytkę  jednowarstwową,  wtedy  należy  nacisnąć  na  to
ustawienie  i  na  przycisk  Properties.  Następnie  w  nowym  oknie  edycyjnym,  które  się  nam
ukaże  dla  warstwy  Top  wybrać  opcję  Not  Used,  a  dla  Bottom  pozostawić  bez  zmian.  Przy
takich  ustawieniach  płytka  będzie  wykonywana  tylko  na  warstwie  Bottom,  jeżeli  włączymy
automatyczne prowadzenie ścieżek.
Routing  Priority  –  priorytety  kolejności prowadzenia  połączeń  w  procesie  automatycznego
prowadzenia ścieżek. Jest to bardzo istotne dla sygnałów które są wrażliwe na zakłócenia lub
o  dużej  częstotliwości.  Ustawiamy  takim  sygnałom  największy  priorytet  i  będą  one  wtedy
prowadzone w pierwszej kolejności, najkrótszą drogą,
Routin  Topology  –  topologia  połączeń.  Tych  topologii  jest  wiele,  warto  jednak  zwrócić
uwagę  na  topologię  gwiazdy  wybierając  Starburst,  która  może  się  przydać  w  przypadku
prowadzenia masy, aby uniknąć problemów opisywanych w poprzednim rozdziale,
Routing Via Style – parametry przelotki dla płytek wielowarstwowych,
Width Constraint – szerokość ścieżki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 24. Okno Design Rules w programie Protel 99SE służące do ustawienia reguł, według których

wykonywany jest projekt płytki drukowanej. Na rysunku okno jest na zakładce Routing i z wybraną opcją

Width Constraint pozwalającą ustawić szerokość ścieżek na płytce drukowanej

Każde z powyższych ustawień może zostać przyporządkowane dla całej płytki, jeżeli

wybierzemy  Board,  dla  pojedynczego  sygnału  lub  grupy  sygnałów.  Rysunek  24  obrazuje
ustawienie  szerokości  ścieżek  i  dla  sygnałów  VCC,  i  GND  są  to  różne  wielkości  niż  dla
pozostałych  ścieżek  na  płytce.  Board  w  tym  przypadku  oznacza  pozostałe  sygnały,
z pominięciem  tych,  dla  których  zostały  ustawione  wielkości.  Aby  dokonać  ustawień  dla
pojedynczego  sygnału,  należy  nacisnąć  na  przycisk  Add,  następnie  w  nowym  oknie,  które
zostanie  otwarte,  pojawi  się  pole  wyboru  opisane  Filter  kind.  W  tym  polu  należy  wybrać
opcję  Net  i  wtedy  pojawi  się  kolejne  pole  wyboru,  w  którym  wybieramy  właściwy  sygnał.
Opisany  mechanizm  zmian  i  dodawania ustawień jest taki  sam  lub  podobny  dla  pozostałych
parametrów, nie tylko dla ustawiania szerokości ścieżek.

Ręczne prowadzenie ścieżek

Do ręcznego wykonania połączeń pomiędzy wyprowadzeniami elementów, niezbędne

nam  będą  elementy  mozaiki  ścieżek  omówione wcześniej.  Elementy  te  są  dostępne w  menu
głównym pod Place lub w pasku narzędziowym PlacementTools. Wszystkie te narzędzia mają
w  nazwie  zawarty  element  ścieżki,  więc  nie  trzeba  dodatkowo  ich  opisywać,  jedynie
w przypadku  ścieżek  nie  jest  to  tak  jednoznaczne.  Chcąc  prowadzić  ścieżki  (ang.  Tracks)
wybieramy narzędzie o nazwie Interactively route connections, a nie Place lines.

Rozpoczynając ręczne prowadzenie ścieżek, wpierw wybieramy na zakładce warstwę, na

której  chcemy  prowadzić  ścieżkę,  a  następnie  narzędzie  Interactively  route  connections.  Po
wyborze  tego  narzędzia  kursor  zmienia  swój  wygląd  dodając  do  niego  duży  krzyż.  Wtedy
najeżdżamy na wyprowadzenie (ang. Pad) elementu, który chcemy połączyć i jak na kursorze
pojawi  się  dodatkowo  okrąg,  wtedy  klikamy  lewym  klawiszem  myszki  i  od  tej  pory
prowadzimy połączenie. Każde kolejne kliknięcie lewym klawiszem myszki zmienia kierunek
prowadzenia  ścieżki  (załamanie  ścieżki).  Gdy  robimy  płytkę  wielowarstwową  i  jesteśmy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zmuszeni  zmienić  warstwę  płytki  klikamy  na  klawiaturze  na  klawisz  „*  ”,  co  spowoduje
dodanie  przelotki  (Via)  i  zmianę  warstwy.  Dodatkowo  chcąc  zmienić  grubość  ścieżki
w trakcie  jej  prowadzenia  naciskamy  klawisz  TAB  i  wtedy  pojawia  się  nam  okno  edycyjne,
w którym możemy zmienić parametry ścieżki. Oczywiście wpisane wartości powinny mieścić
się w granicach wcześniej ustalonych w oknie Design Rules. W trakcie prowadzenia ścieżek
program  czuwa  także  nad  tym,  abyśmy  nie  przekroczyli  minimalnej  odległości  pomiędzy
ścieżką  a  innymi  elementami  mozaiki  ścieżek,  na  tej  samej  warstwie.  Jeżeli  przekraczamy
minimalną odległość, wtedy prowadzona ścieżka, która jest cały czas widoczna aż do kursora,
znika  na  odcinku  kursor  –  minimalna  odległość. W  celu  zakończenie  aktualnie  prowadzonej
ścieżki  klikamy  na  prawy  klawisz  myszki.  Końcem  nie  musi  być  wyprowadzenie  innego
elementu,  ale  może  to  być  inna  ścieżka  tego  samego  sygnału  lub  po  prostu  chwilowe
zakończenie  prowadzenia  ścieżki,  aby  móc  później  do  niego  wrócić.  A  oto  kilka  skrótów
klawiszowych ułatwiających nam pracę podczas prowadzenia ścieżek:
BACKSPACE – usunięcie ostatniego zgięcia ścieżki;
* – zmiana warstwy (automatycznie dodana zostanie przelotka);
SPACE – zmiana kierunku zginania ścieżki;
SHIFT+SPACE – zmiana kształtu zgięcia;
END – odświeżenie ekranu.

Automatyczne prowadzenie ścieżek

Narzędzie do automatycznego prowadzenia ścieżek, które znajduje się w menu głównym

pod  Auto  Route,  jest  narzędziem,  które  wykonuje  połączenia  według  reguł  ustalonych
w oknie  Design  Rules.  Dodatkowe  ustawienia,  którymi  kieruje  się  narzędzie  do
automatycznego  prowadzenia  ścieżek,  są  dokonywane  w  oknie,  które  pojawia  się  po
uruchomieniu  tego  narzędzia.  Okno  te  nazywa  się  Autorouter  Setup  i  znajduje  się  w  nim
szereg  ustawień,  których  zazwyczaj  nie  zmieniamy  naciskając  na  przycisk  OK.  Jedno
z ustawień  na  które  warto  zwrócić  uwagę,  to  Lock  All  Pre–routes.  Jeżeli  zaznaczymy  tą
opcję,  to  wszystkie  połączenia,  które  są  wykonane,  pozostaną  nie  ruszone.  Umożliwia  to
ręczne  poprowadzenie  ścieżek  najistotniejszych  sygnałów,  a  następnie  uruchomienie
automatycznego prowadzenia ścieżek.

Automatyczne prowadzenie ścieżek możemy wykonać po wyborze odpowiednio:

dla całej płytki jeżeli wybierzemy Auto Route/All;

jednego połączenia po wyborze Auto Route/Net;

podzespołu po wyborze Auto Route/Component;

zaznaczonej części płytki jeżeli wybierzemy Auto Route/Area.

Po załączeniu automatycznego prowadzenia ścieżek w pasku statutowym będą się

pojawiały  informacje  o  stanie  połączenia  ścieżek.  W  pasku  tym  pojawiają  się  następujące
informacje:  ilość  zrealizowanych  połączeń  (Routed),  ilość  pozostałych  do  zrealizowania
połączeń  (To  Go), oraz  ilość  połączeń, które nie  spełniają  kryteriów  omawianych  wcześniej
(Contentions).  W  momencie  gdy  autorouter  skończył  pracę  i  w  polach  Routed  jest  100%,
a Contentions  równa  się  zero,  oznacza  to,  że  wszystkie  połączenia  zostały  zrealizowane
poprawnie.  Ewentualne  błędy  będą  sygnalizowane  za  pomocą  podświetlenia  ścieżek
(domyślnie  zielony),  w  miejscach,  w  których  reguły  nie  są  zachowane.  Po  zakończeniu
procesu  automatycznego  prowadzenia  ścieżek,  niezależnie  czy  został  zakończony  sukcesem
czy  nie,  ścieżki  zazwyczaj  wymagają  korekty.  W  przypadku gdy  są  błędy  jest to  oczywiste,
natomiast  w  przypadku  zakończenia  sukcesem,  wiele  ścieżek  można  poprowadzić  prościej,
bardziej estetycznie i używając mniej przelotek, co nie jest bez znaczenia dla funkcjonowania
układu.

Poniżej na rysunkach przedstawiono efekt działania narzędzia automatycznego

połączenia ścieżek dla płytki jednowarstwowej (rys. 25b) i dwuwarstwowej (rys. 25a)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 25. Projekty płytek: a) dwuwarstwowej i b) jednowarstwowej wykonanej

za pomocą automatycznego połączenia ścieżek (autorouter)

Ostatnim elementem mozaiki ścieżek, który zazwyczaj robimy szczególnie gdy mamy

w projektowanym  układzie  sygnały  o  dużej  częstotliwości,  jest  warstwa  wypełniająca  puste
pola płytki zwana Polygon. Warstwa ta często podłączona jest do masy układu i chroni przed
sygnałami  zakłócającymi  pochodzącymi  z  zewnątrz.  Aby  tej  warstwy  użyć,  należy  w  pasku
narzędziowym  wybrać  narzędzie  PlacePolygonPlane  i  gdy  pojawi  się  okno  właściwości  dla
tej  warstwy  należy  wybrać  odpowiednie  ustawienia.  Do  najważniejszych  należą:  sygnał  do
którego ma być połączona warstwa Polygon (Connect to Net), wybór czy ma być pochłonięta
ścieżka o tym samym sygnale (Pour Over Same Net), wybór czy usuwać te części warstwy,
które  nie  można  podłączyć  do  przydzielonego  sygnału  (Remove  Dead  Cooper)  i  wybór
warstwy,  na  której  ma  być  warstwa  Polygon  (Layer).  Poniżej  znajduje  się  płytka  z  rysunku
25b oblana masą (rys 26).

Rys. 26. Projekt płytki z rysunku 25 b, do którego dołożono warstwę wypełniającą (Polygon)

i podłączono do sygnału masy, operacja potocznie zwana „oblewaniem masą”

Przygotowanie dokumentacji

Gdy projekt jest już gotowy, należy przygotować dokumentację potrzebną do realizacji

płytki  drukowanej.  W  tym  celu,  gdy  dajemy  wykonać  naszą  płytkę  do  zakładu,  należy  się
porozumieć  z wykonawcą tej płytki, w  jakim  formacie  i przy  jakich ustawieniach  ma być ta
dokumentacja  wykonana.  Po  zebraniu  odpowiednich  informacji,  należy  taką  dokumentację
wykonać.  Protel  udostępnia  nam  odpowiednie  narzędzie  do  wykonania  tej  dokumentacji.
Narzędzie  to  uruchamiamy  wybierając  z  menu  głównego  File/CAM  Manager,  a  następnie
Tools/CAM  Wizard...  i  pojawi  się  nam  okno,  w  którym  wybieramy  rodzaj  i  format
dokumentacji np. Gerbel Files (format zapisu masek), NC Drill Files (pliki dla wiertarki) itd.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Na samym końcu, gdy już wybraliśmy interesującą nas dokumentację, wybieramy

Tools/Generate  CAM  Files  i  zostaną  wygenerowane  odpowiednie  pliki.  Przygotowanie
dokumentacji  technicznej  dla  zakładu  wytwarzającego  płytki  drukowane,  to  obszerne
zagadnienie,  dlatego  w  tym  miejscu  jedynie  zasygnalizowano  problem.  Dla  niniejszego
rozdziału pakietu edukacyjnego, bardziej istotne jest w jaki sposób stworzyć klisze, aby  móc
wykonać  płytkę  opisaną  wcześniej  metodą  naświetlania  fotolakieru  poprzez  maski
pozytywowe.

Aby

takie

maski

wykonać,

należy

wybrać

głównego

File/Print/Preview...  i  wtedy  zostanie  utworzony  plik  o  rozszerzeniu  .PPC.  Plik  ten  zostanie
otwarty i w oknie menadżera projektu pojawi się zakładka Browse PCBPrint. Po wybraniu tej
zakładki  w oknie  menadżera  projektu  pojawią  się  dokumenty  do  druku.  Chcąc  wydrukować
klisze dla każdej z warstw, wybieramy z menu Tools/Create Final i wtedy pojawią  się klisze
dla  wszystkich  warstw  projektu.  Należy  pamiętać,  że  dla  warstw  BottomLayer  należy
wydrukować  klisze,  która  jest  zwierciadlanym  odbiciem,  tej  mozaiki,  którą  widzimy
w projekcie.  W  tym  celu  należy  na  dokument  o  nazwie  BottomLayer  nacisnąć  prawym
klawiszem myszki i wybrać Properties, a następnie w polu Options zaznaczyć Mirror Layers.
Dodatkowo  w  tym  samym  miejscu  należy  zaznaczyć  Show  Holes,  aby  zostały  wytrawione
otwory w Padach i mieliśmy ułatwione zadanie podczas wiercenia otworów.

Rys. 27. Wydruk kliszy pozytywowej warstwy spodniej jako zwierciadlane odbicie (z programu Protel 99SE)

na podstawie projektu z rysunku 26

Na rysunku 27 znajduje się klisza warstwy BottomLayer obwodu jednostronnego

z rysunku 26 wydrukowana jako zwierciadlane odbicie i z otworami na wiercenia.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie są kolejne etapy projektowania płytki drukowanej?
2.  W jaki sposób wykonujemy schemat w edytorze schematu programu Protel 99SE?
3.  Do czego służą poszczególne elementy wykorzystywane do realizacji schematu?
4.  Jakie  właściwości  posiadają  poszczególne  elementy,  które  należy  wypełnić  przed

wygenerowaniem netlisty?

5.  Co to jest netlista?
6.  W jaki sposób generujemy netlistę?
7.  W jaki sposób eksportujemy netlistę do pliku PCB?
8.  Z jakich warstw składa się plik PCB?
9.  Jakie elementy należą do mozaiki ścieżek?
10.  Od czego zaczynamy projektowanie płytki drukowanej w pliku PCB?
11.  Jakie reguły rządzą podczas wykonywania połączeń w pliku PCB i jak je ustawimy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12.  W jaki sposób ręcznie prowadzimy ścieżki na poszczególnych warstwach pliku PCB?
13.  Co to jest autorouter i z jakich reguł korzysta?
14.  Co świadczy o tym, że płytka jest zrealizowana według wcześniej założonych reguł?
15.  W jaki sposób wykonujemy klisze służące do wykonania obwodu drukowanego?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj

schemat w edytorze schematu programu Protel 99SE, systemu

mikroprocesorowego,  którego  wydruk  schematu  dołączony  jest  do  treści  zadania  rys.1.
System  ten  zawiera  mikrokontroler  rodziny  C51,  magistrale  CAN,  port  szeregowy  RS  232,
czujnik temperatury DS1820, oraz wyświetlacz LCD. Jeżeli nie będzie wszystkich elementów
w bibliotekach standardowych programu Protel, należy stworzyć własną bibliotekę.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z materiałem nauczania,
2)  przeanalizować schemat dołączony do treści zadania,
3)  zapoznać się z programem Protel 99SE,
4)  narysować schemat według wydruku dołączonego do treści zadnia,
5)  stworzyć  własną  bibliotekę,  w  przypadku  braku  elementów  w  bibliotece  standardowej

należy,

6) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer PC,

−

oprogramowanie Protel 99SE w wersji trial,

−

wydruk schematu z treści zadania,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Na podstawie katalogów i informacji dostępnych na stronach internetowych producentów

i innych, dobrać odpowiednie obudowy dla elementów ze schematu zrealizowanego
w ćwiczeniu pierwszym. Po wypełnieniu wszystkich niezbędnych właściwości elementów
wygenerować listę połączeń i załadować ją do pliku PCB.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zrealizować najpierw ćwiczenie pierwsze,
2)  zapoznać się z materiałem nauczania,
3)  korzystając  z  katalogów  i  Internetu  znaleźć  odpowiednie  obudowy,  a  następnie

dopasować je do nazw obowiązujących w programie Protel,

4)  nadać specyficzną nazwę każdemu z elementów,
5)  wygenerować listę połączeń,
6)  załadować listę połączeń do pliku PCB,
7)  w  przypadku  wystąpienia  błędów należy  sprawdzić  czy  wszystkie  biblioteki  z  nazwami

są załadowane do projektu, sprawdzić, czy każdy element ma unikatową nazwę,

8)  eliminować błędy aż do uzyskania bezbłędnego załadowania netlisty,
9)  naciskając klawisz Execute załadować elementy do pliku PCB,
10)  zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

komputer PC z dostępem do Internetu i z oprogramowanie Protel 99SE,

−

katalogi,

−

literatura zaproponowana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 3

Zaprojektuj obwód drukowany dla systemu mikroprocesorowego z ćwiczenia

pierwszego. Praca nad projektem rozpoczyna się od etapu pozytywnego zakończenia
ćwiczenie drugiego, czyli załadowanie netlisty do pliku PCB.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z materiałem nauczania,

1)  pozytywnie zaliczyć ćwiczenie pierwsze i drugie,
2)  narysować obrys płytki,
3)  rozmieścić elementy na obszarze płytki,
4)  dokonać ustawienia reguł rządzących tworzeniem mozaiki ścieżek,
5)  wykonanie  połączeń  wykorzystując  lub  nie  narzędzia  automatycznego  wykonywania

połączeń,

6) nanieść

ewentualne

poprawki,

przypadku

wykorzystania

automatycznego

wykonywania połączeń,

7)  wykonać kontrolę DRC,
8)  wypełnić puste miejsca warstwą Polygon i podłączyć ją do masy,
9)  przygotować klisze do wydruku,
10)  wydrukować klisze,
11)  zaprezentować wyniki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

komputer z oprogramowanie Protel 99SE,

–

drukarka laserowa i folie,

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)  wykonać schemat projektowanego układu w programie Protel 99SE?
2)  odszukać właściwe symbole i obudowy elementów w bibliotece?
3)  wykonać własne symbole elementów?
4)  wygenerować listę połączeń na podstawie wykonanego schematu?
5)  załadować listę połączeń do pliku PCB?
6)  rozmieścić prawidłowo elementy na płytce?
7)  wprowadzić  poprawnie  reguły  obowiązujące  podczas  realizacji

połączeń?

8) wykonać klisze zaprojektowanego obwodu drukowanego?
9) wykonać połączenia za pomocą narzędzia do automatycznego

wykonania połączeń?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1.  Przeczytaj uważnie instrukcję.
2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.  Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4.  Test  zawiera  20  zadań  o  różnym  stopniu  trudności.  Wszystkie  zadania  są  zadaniami

wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa.

5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi – zaznacz prawidłową

odpowiedź znakiem X (w przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć
kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową).

6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego

rozwiązanie na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci czas wolny. Trudności mogą
przysporzyć Ci zadania: 17–20, gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe.
Przeznacz na ich rozwiązanie więcej czasu.

8. Na rozwiązanie testu masz 90 min.

Powodzenia

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Technika wytwarzania obwodów drukowanych za pomocą rysowania mozaiki ścieżek

przy pomocy specjalnego pisaka polega na
a) narysowaniu na przeźroczystej folii mozaiki ścieżek za pomocą pisaka

wodoodpornego.

b) narysowaniu na przeźroczystej folii mozaiki ścieżek za pomocą pisaka

nieprzepuszczającego promienie UV.

c) narysowaniu bezpośrednio na płytce laminatu pokrytej folią miedzianą mozaiki

ścieżek za pomocą pisaka wodoodpornego.

d) narysowaniu bezpośrednio na płytce laminatu pokrytej folią miedzianą mozaiki

ścieżek za pomocą pisaka kwasoodpornego.

2. Maski pozytywowe służą w procesie wytwarzania obwodów drukowanych metodą

naświetlania fotolakieru do
a) ochrony przed naświetleniem fotolakieru w miejscach, w których mają powstać

elementy mozaiki ścieżek.

b) ochrony przed naświetleniem fotolakieru w miejscach, w których ma być

wytrawiona folia miedziana.

c) zwiększenia intensywności i trwałości obwodów drukowanych.
d) ochrony przed naświetleniem fotolakieru podczas jego suszenia.

3. Do naświetlania fotolakieru w procesie wytwarzania obwodu drukowanego stosuje się

promienie
a)  podczerwone.
b)  czerwone.
c)  ultrafioletowe.
d)  rentgenowskie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. Metalizacja otworów wykonywana podczas procesu produkcji obwodów drukowanych

wielowarstwowych polega na
a)  pokryciu ścian otworów warstwą metalu.
b)  wierceniu otworów.
c)  pokryciu  płytki  warstwą  ochronną,  która  zabezpieczy  otwory  lutownicze  przed

pokryciem lakierem.

d) pokryciu ścieżek miedzianych warstwą cyny i wypełnieniu tym samym

mikrootworów w ścieżkach.

5. Na jakość wykonania płytki metodą naświetlania fotolakieru nie ma wpływu

a)  równomierne nałożenie warstwy fotolakieru.
b)  proces suszenia fotolakieru.
c)  zastosowanie kliszy pozytywowej lub negatywowej.
d)  czas wywołania naświetlonego fotolakieru w roztworze wodorotlenku potasu.

6. Środki ochronne, które nie są konieczne podczas procesu wytwarzania obwodów

drukowanych to
a)  okulary ochronne.
b)  rękawice ochronne.
c)  opaska i mata antystatyczna.
d)  odzież robocza.

7. Do rozpuszczenia naświetlonego fotolakieru POSITIV20 używamy roztworu

a)  wodorotlenku potasu (soda kaustyczna).
b)  chlorku żelaza.
c)  kwasu solnego i nadtlenku wodoru (perhydrolu).
d)  rozpuszczalnika NITRO.

8. Pokrywając ścieżki obwodu drukowanego cyną lub kalafonia chronimy je przed

a)  przed podtrawieniem miedzi.
b)  przed utlenianiem się miedzi.
c)  przed powstawaniem mikropęknięć.
d)  nadmiernym stwardnieniem elementów obwodu.

9. Na co powinien zwracać uwagę projektant jeżeli projektuje obwód drukowany dla układu

zawierającego wejścia małosygnałowe i duże wzmocnienie
a)  na sposób prowadzenia ścieżek z masą układu.
b)  na grubość ścieżek sygnałowych.
c)  na długość ścieżek.
d)  na kąt załamania ścieżek.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10. Pętla ekranująca pokazana na rysunku poniżej, chroni wejścia układu o dużej impedancji

wejściowej przed
a)  zakłóceniami elektromagnetycznymi.
b)  przegrzaniem, odprowadza ciepło.
c)  przenikaniem prądów pasożytniczych do wejść układu.
d)  zwarciem wejść.

11. Tak zwane Pady kradnące przedstawione na rysunku poniżej, stosuje się dla układów na

warstwie spodniej w celu
a)  przeciwdziałania zwarciom pinów po lutowaniu na fali.
b)  łatwiejszego pozycjonowania układu.
c)  wskazania pierwszego pinu układu, ponieważ na warstwie dolnej zazwyczaj nie robi

się opisów.

d) zabezpieczenia przed zakłóceniami elektromagnetycznymi.

12. Przedstawiony poniżej fragment pliku wygenerowanego przez program Protel 99SE

przedstawia

a)  plik wierceń dla wiertarki cyfrowej.
b)  listę połączeń – netlistę.
c)  listę materiałową.
d)  plik wsadowy dla fotoplotera.

[
T1
TO–52
BC107
]
(
GND
Ce–1
J1–2
J2–2
J3–2
R2–1
RE–1
)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13. Słowo „footprint” w terminologii anglojęzycznej w programach do projektowania

obwodów drukowanych oznacza
a)  dowolny element mozaiki ścieżek.
b)  symbol danego elementu, czyli jego wygląd na schemacie.
c)  obudowę elementu tzn. rozkład wyprowadzeń i obrys.
d)  warstwę na której prowadzone są ścieżki.

14. Narzędzie zwane „Autorouter” w programie Protel 99SE służy do automatycznego

a)  prowadzenia ścieżek.
b)  rozmieszczenia elementów.
c)  uaktualnienia schematu po zmianie w pliku PCB.
d)  generowania list połączeń.

15. Aby zabezpieczyć układ przed zakłóceniami pochodzącymi z zewnątrz, projektant

obwodu drukowanego powinien wykorzystać następujący element mozaiki ścieżek
a)  String.
b)  Pad.
c)  Via.
d)  Polygon.

16. Rysunek poniżej przedstawia kliszę

a)  pozytywową warstwy górnej.
b)  negatywową warstwy górnej.
c)  pozytywową warstwy dolnej w zwierciadlanym odbiciu.
d)  negatywową warstwy dolnej w zwierciadlanym odbiciu.

17. Wykaz czynności, który podczas wykonywania obwodu drukowanego metodą

naświetlania fotolakieru, jest ułożony według kolejności ich wykonywania to

1) Oczyszczenie

płytki,

2) Nałożenie

fotolakieru,

3) Suszenie

fotolakieru,

4)  Wywołanie,
5)  Naświetlenie,
6)  Wytrawienie.

1) Oczyszczenie

płytki,

2) Nałożenie

fotolakieru,

3) Naświetlenie,
4) Suszenie

fotolakieru,

5) Wywołanie,
6) Wytrawienie.

1) Oczyszczenie

płytki,

2) Wytrawienie,
3) Nałożenie

fotolakieru,

4) Suszenie

fotolakieru,

5) Naświetlenie,
6) Wywołanie.

1) Oczyszczenie

płytki,

2) Nałożenie

fotolakieru,

3) Suszenie

fotolakieru,

4)  Naświetlenie,
5)  Wywołanie,
6)  Wytrawienie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ……………………………………………………..

Projektowanie i wykonywanie prostych obwodów drukowanych

Zakreśl poprawną odpowiedź znakiem X.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem: