PCB設(shè)計規(guī)范剖析

PCB設(shè)計規(guī)范目的A.本規(guī)范歸定了我司PCB設(shè)計的流程和設(shè)計原則，主要目的是為PCB設(shè)計者提供必須遵循的規(guī)則和約定。B.提高PCB設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率。C.提高PCB的可生產(chǎn)性、可測試、可維護性一．PCB設(shè)計的布局規(guī)范（一）布局設(shè)計原則1．距板邊距離應(yīng)大于5mm。2．先放置與結(jié)構(gòu)關(guān)系密切的元件，如接插件、開關(guān)、電源插座等。3．優(yōu)先擺放電路功能塊的核心元件及體積較大的元器件，再以核心元件為中心擺放周圍電路元器件。4．功率大的元件擺放在利于散熱的位置上，如采用風(fēng)扇散熱，放在空氣的主流通道上；若采用傳導(dǎo)散熱，應(yīng)放在靠近機箱導(dǎo)槽的位置。5．質(zhì)量較大的元器件應(yīng)避免放在板的中心，應(yīng)靠近板在機箱中的固定邊放置。6．有高頻連線的元件盡可能靠近，以減少高頻信號的分布參數(shù)和電磁干擾。7．輸入、輸出元件盡量遠(yuǎn)離。8．帶高電壓的元器件應(yīng)盡量放在調(diào)試時手不易觸及的地方。9．熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。10．可調(diào)元件的布局應(yīng)便于調(diào)節(jié)。如跳線、可變電容、電位器等。11．考慮信號流向，合理安排布局，使信號流向盡可能保持一致。12．布局應(yīng)均勻、整齊、緊湊。13．表貼元件布局時應(yīng)注意焊盤方向盡量取一致，以利于裝焊，減少橋連的可能。14．去耦電容應(yīng)在電源輸入端就近放置。（二）對布局設(shè)計的工藝要求當(dāng)開始一個新的PCB設(shè)計時，按照設(shè)計的流程我們必須考慮以下的規(guī)則：建立一個基本的PCB的繪制要求與規(guī)則（示意如圖）建立基本的PCB應(yīng)包含以下信息：1）PCB的尺寸、邊框和布線區(qū)A．PCB的尺寸應(yīng)嚴(yán)格遵守結(jié)構(gòu)的要求。B．PCB的板邊框（BoardOutline）通常用0.15的線繪制。C．布線區(qū)距離板邊緣應(yīng)大于5mm。2）PCB的機械定位孔和用于SMC的光學(xué)定位點。A．對于PCB的機械定位孔應(yīng)遵循以下規(guī)則：要求■機械定位孔的尺寸要求PCB板機械定位孔的尺寸必須是標(biāo)準(zhǔn)的（見下表和圖），如有特殊必須通知生產(chǎn)經(jīng)理，以下單位為mm。B．機械定位孔的定位機械定位孔的定位在PCB對角線位置如圖：■對于普通的PCB，推薦：機械定位孔直徑為3mm，機械定位孔圓心與板邊緣距離為5mm?！鰧τ谶吘売性ㄎ矬w、連接器等），機械定位孔將在X方向做移動，機械定位孔的直徑推薦3mm。機械定位孔為非孔化孔。C．對于PCB板的SMC的光學(xué)定位點應(yīng)遵循以下規(guī)則：■PCB板的光學(xué)定位點為了滿足SMT的自動化生產(chǎn)處理的需要，必須在PCB的表層和底層上添加光學(xué)定位點，見下圖：注：1）距離板邊緣和機械定位孔的距離≥7.5mm。2）它們必須有相同的X或Y坐標(biāo)。3）光學(xué)定位點必須要加上阻焊。4）光學(xué)定位點至少有2個，并成對角放置。5）光學(xué)定位點的尺寸見下圖。6）它們是在頂層和底層放置的表面焊盤。推薦：通常光學(xué)定位點焊盤直徑（PD）1.6mm（63mil），阻焊直徑（D(SR)）3.2mm（126mil）；當(dāng)PCB的密度和精度要求非常高時，光學(xué)定位點焊盤可以為1.0mm，并且焊盤要加上阻焊?！鯬CB板上表面貼裝元件的參考點當(dāng)元件（SMC）的引腳中心距<0.6mm時，必須增加參考點，放在元件的拐角處，見下圖。參考點可以只放2個，參考點應(yīng)放在對角位置上，在放置完元件后，參考點必須可見。2）BGA必須增加參考點同上圖3）在密度很高的板上，并且沒有空間放置元件的參考點，那么在長和寬≤100mm的區(qū)域中，可以只放置兩個公用的參考點，如下圖推薦：引腳中心距≥0.6mm那么可以不加元件定位點，反之一定要加參考點。4）元件的參考點與PCB板的光學(xué)定位點的類型是一樣的，為一無孔的焊盤尺寸見（PCB板的光學(xué)定位點）。２．PCB元件布局放置的要求。PCB元件的布局規(guī)則應(yīng)嚴(yán)格參照（一）的內(nèi)容，具體的要求如下：1）元件放置的方向性A．元器件放置方向考慮布線，裝配，焊接和維修的要求后，盡量統(tǒng)一。在PCBA上的元件盡量要求有統(tǒng)一的方向，有正負(fù)極型的元件也要有統(tǒng)一的方向。B．對于波峰焊工藝，元件的放置方向要求如圖：由于波峰焊的陰影效應(yīng)，因此元件方向與焊接方向成90°，波峰焊面的元件高度限制為4mm。C．對于熱風(fēng)回流焊工藝，元件的放置方向?qū)τ诤附佑绊懖淮?。D．對于雙面都有元件的PCB，較大較密的IC，如QFP,BGA等封裝的元件放在板子的頂層，插件元件也只能放在頂層，插裝元件的另一面（底層）只能放置較小的元件和管腳數(shù)較少且排列松散的貼片元件，柱狀表面貼器件應(yīng)放在底層。E．為了真空夾具的結(jié)構(gòu)，板子背面的元件最高高度不能超過5.5mm；如果使用標(biāo)準(zhǔn)的針壓測試夾具，板子背面的元件最高不能超過10mm。F．考慮實際工作環(huán)境及本身發(fā)熱等，元器件放置應(yīng)考慮散熱方面的因素。注：1）元件的排列應(yīng)有利于散熱，必要的情況下使用風(fēng)扇和散熱器，對于小尺寸高熱量的元件加散熱器尤為重要。2）大功率MOSFET等元件下面可以通過敷銅來散熱，而且在這些元件的周圍盡量不要放熱敏感元件。如果功率特別大，熱量特別高，可以加散熱片進行散熱。2）PCB布局對于電信號的考慮。對于一個設(shè)計者在考慮PCB元件的分布時要考慮如下圖的問題。A．高速的元件（和外界接口的）應(yīng)盡量靠近連接器。B．?dāng)?shù)字電路與模擬電路應(yīng)盡量分開，最好是用地隔開。3）元件與定位孔的間距A．定位孔到附近通腳焊盤的距離不小于7.62mm（300mil）。B．定位孔到表貼器件邊緣的距離不小于5.08mm（200mil）。對于SMD元件，從定位孔圓心SMD元件外框的最小半徑距離為5.08mm（200mil）在同時有SMD和DIP元件的PB上，為了避免DIP元件在自動插入時損壞SMD元件，必須在布局時考慮SMD和DIP元件的布局要求。二．PCB設(shè)計的布線規(guī)范（一）布線設(shè)計原則１．線應(yīng)避免銳角、直角。采用４５°走線。２．相鄰層信號線為正交方向。３．高頻信號盡可能短。４．輸入、輸出信號盡量避免相鄰平行走線，最好在線間加地線，以防反饋耦合。５．雙面板電源線、地線的走向最好與數(shù)據(jù)流向一致，以增強抗噪聲能力。６．?dāng)?shù)字地、模擬地要分開，對低頻電路，地應(yīng)盡量采用單點并聯(lián)接地；高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地。對于數(shù)字電路，地線應(yīng)閉合成環(huán)路，以提高抗噪聲能力。７．對于時鐘線和高頻信號線要根據(jù)其特性阻抗要求考慮線寬，做到阻抗匹配。８．整塊線路板布線、打孔要均勻，避免出現(xiàn)明顯的疏密不均的情況。當(dāng)印制板的外層信號有大片空白區(qū)域時，應(yīng)加輔助線使板面金屬線分布基本平衡。（二）對布線設(shè)計的工藝要求１．通常我們布線時最常用的走線寬度、過孔尺寸：注意：BGA封裝元件下方的過孔，根據(jù)加工工藝的要求，需要在其正、反兩面用阻焊層覆蓋。1）當(dāng)走線寬度為0.3mm時2）當(dāng)走線寬度為0.2mm時：3）當(dāng)走線寬度為0.15mm時4）當(dāng)走線寬度為0.12mm時值得注意的是，BGA下方的焊盤和焊盤間過孔焊盤的間距也為線寬。且由于工藝方面的難度，不推薦使用0.12mm的線寬。5）當(dāng)線寬小于等于0.12mm時，過孔焊盤需要加淚滴，表中的T即代表需要加淚滴。當(dāng)板子的尺寸大于600mm時，過孔的焊盤寬度需要增大0.1mm。表中單位：mm對于非孔化孔，阻焊窗直徑（thesolderresistwindow）應(yīng)該比孔的直徑大0.50mm。而表層隔離區(qū)寬度也由孔的尺寸決定，當(dāng)孔的直徑小于等于3.3mm時，其范圍是“孔徑+2.0”；當(dāng)孔的直徑大于3.3mm時，其范圍是孔徑的1.6倍。內(nèi)層的隔離區(qū)范圍是“孔徑+2.0mm”２．具體的布線原則：1）電源和地的布線盡量給出單獨的電源層和底層；即使要在表層拉線，電源線和地線也要盡量的短且要足夠的粗。對于多層板，一般都有電源層和地層。需要注意的只是模擬部分和數(shù)字部分的地和電源即使電壓相同也要分割開來。對于單雙層板電源線應(yīng)盡量粗而短。電源線和地線的寬度要求可以根據(jù)1mm的線寬最大對應(yīng)1A的電流來計算，電源和地構(gòu)成的環(huán)路盡量小。為了防止電源線較長時，電源線上的耦合雜訊直接進入負(fù)載器件，應(yīng)在進入每個器件之前，先對電源去藕。且為了防止它們彼此間的相互干擾，對每個負(fù)載的電源獨立去藕，并做到先濾波再進入負(fù)載。在布線中應(yīng)保持接地良好。如下圖。2）特殊信號線布線A．時鐘的布線：時鐘線作為對EMC影響最大的因素之一。在時鐘線應(yīng)少打過孔，盡量避免和其它信號線并行走線，且應(yīng)遠(yuǎn)離一般信號線，避免對信號線的干擾。同時應(yīng)避開板上的電源部分，以防止電源和時鐘互相干擾。當(dāng)一塊電路板上用到多個不同頻率的時鐘時，兩根不同頻率的時鐘線不可并行走線。時鐘線還應(yīng)盡量避免靠近輸出接口，防止高頻時鐘耦合到輸出的cable線上并沿線發(fā)射出去。如果板上有專門的時鐘發(fā)生芯片，其下方不可走線，應(yīng)在其下方鋪銅，必要時還可以對其專門割地。對于很多芯片都有參考的晶體振蕩器，這些晶振下方也不應(yīng)走線，要鋪銅隔離。同時可將晶振外殼接地。對于簡單的單，雙層板沒有電源層和地層，時鐘走線可以參看下圖B．成對差分信號線走線成對出現(xiàn)的差分信號線，一般平行走線，盡量少打過孔，必須打孔時，應(yīng)兩線一同打孔，以做到阻抗匹配。C．相同屬性的一組總線，應(yīng)盡量并排走線，做到盡量等長。D．一些基本的走線原則?？紤]到散熱，避免連焊等因素，盡量采用下圖所示的Goodlay-out,避免Badlay-out。兩焊點間距很?。ㄈ缳N片器件相鄰的焊盤）時,焊點間不得直接相連。從貼片焊盤引出的過孔盡量離焊盤遠(yuǎn)些。3）敷銅的添加多層板內(nèi)層敷銅，要用負(fù)片（Negative）。外層敷銅如要完全添實，不應(yīng)有一絲空隙，最好用網(wǎng)格形式敷銅，其網(wǎng)格最小不得小于0.6mmX0.6mm，建議使用30milX30mil的網(wǎng)格敷銅。如圖三．PCB設(shè)計的后處理規(guī)范（一）測試點的添加原則測試點的選擇：1）測試點均勻分布于整個PBA板上。2）器件的引出管腳，測試焊盤，連接器的引出腳及過孔均可作為測試點，但是過孔是最不良的測試點。3）貼片元件最好采用測試焊盤作為測試點。4）布線時每一條網(wǎng)絡(luò)線都要加上測試點，測試點離器件盡量遠(yuǎn)，兩個測試點的間距不能太近，中心間距應(yīng)有2.54mm；如果在一條網(wǎng)絡(luò)線上已經(jīng)有PAD或Via時，則可以不用另加測試焊盤。5）不可選用bottomlayer上的貼片元件的焊盤作為測試點使用。6）對電源和地應(yīng)各留10個以上的測試點，且均勻分布于整個PBA板上，用以減少測試時反向驅(qū)動電流對整個PBA板上電位的影響，要確保整個PBA板上等電位。7）對帶有電池的PCBA板進行測試時，應(yīng)使用跨接線，以防止電池周圍的短路無法檢測。8）測試點的添加時，附加線應(yīng)該盡量短，如下圖１．測試點的尺寸選擇。測試點有三種尺寸：如圖：其中：A=1.0mm,B=0.40mm注：1）測試點可以是通孔焊盤、表面焊盤、過孔，但過孔必須有可以接觸的銅。2）當(dāng)使用表面焊盤作為測試點時，應(yīng)當(dāng)將測試點盡量放在焊接面。（二）PCB板的標(biāo)注１．元件和焊接面應(yīng)有該PCB或PBA的編號和版本號。在板的焊接面標(biāo)明光板號，在元件面標(biāo)明裝焊號，裝焊號一般是在光板號的后面加1。２．標(biāo)注時，頂層(第一層)應(yīng)該是元件面，且是正圖形，焊接面則為反圖形(水平鏡像)，比如字符b’,元件面中顯示為’b’，焊接面顯示為’d’。３．如要做絲印，絲印字符要有1.5~2.0mm的高度和0.2~0.254的線寬。４．PCB層的標(biāo)識為了多層板生產(chǎn)檢查（如在層壓中）的需要，要對PCB的不同層加上層的標(biāo)識和命名1）多層板的邊緣層標(biāo)記（EdgeLayerMarking）邊緣層標(biāo)識為：在板的邊緣上，放長1.6mm寬1.0mm的銅，放在各自的層上。每層的邊緣層標(biāo)識排列為從頂層到底層分別為從左到右依次排列（如圖）。2）多層板的層標(biāo)識和命名為了滿足PB生產(chǎn)的工藝要求，增加PB的可讀性，在多層板上要加上層的編號如圖：頂層（TopLayer）底層（Bottom）（三）加工數(shù)據(jù)文件的生成及PCB的說明１．PCB的板厚度、銅箔厚度說明1）當(dāng)需要對PCB板進行特性阻抗控制時，可說明各層材料的厚度，或要求生產(chǎn)廠商對特性阻抗進行控制。2）PCB的厚度種類有1.0mm，1.5mm，1.6mm，2.4mm，3.2mm，4.4mm等。A．對于普通PCB厚度通常為1.6mmB．對于背板厚度通常為3.2mm（特殊為2.4mm或4.4mm）3）PCB的銅箔厚度種類有5μm（μm以下簡稱μ），9μ，12μ，17.5μ，35μ，70μ，105μ。A．對于普通PCB內(nèi)層銅箔厚度通常為35μ；外層為17.5μ，對于特殊的PCB可以用35μ、70μ（