1、(1)布线要求导线宽度导线宽度的设计,由四个方面的因素决定,负载电流、允许温升、板材附着力以及生产加工难易程度。设计原则既能满足电性能要求,又能便于加工。以 0.2mm 为分界线,随着线条变细,生产加工困难,质量难以控制,废品率上升,所以选用线宽、线距 0.2mm 以上较好。通常情况选用 0.3mm 的线宽和线距。导线最小线宽 0.1mm,航天0.2mm。电源和地线尽量加粗。一般情况地线宽度电源线宽度信号线宽度,通常信号线宽度为 0.20.3mm,最精细宽度为 0.050.07mm,电源线宽度为 1.21.5mm,公共地线尽可能使用大于 23mm 的线宽,这点在微处理器中特别重要,因为地线过细
2、,电流的变化,地电位的变动,微处理器定时信号的电平不稳,会使噪声容限劣化。导线间距:导线间距由板材的绝缘电阻、耐电压、和导线的加工工艺决定。电压越高,导线间距应加大。一般 FR4 板材的绝缘电阻1010/mm,好的板材1012/mm。耐电压 1000V/mm,实际上可达到 1300V/mm。还要考虑工艺性:由于导线加工有毛刺,所以,毛刺的最大宽度不得超过导线间距的20。例如两导线间 5000V 电压,相距 3mm,设计不合理。 走线方式:同一层上的信号线改变方向时,应走斜线,拐角处尽量避免锐角,在锐角处由于应力大会产生翘起。内层地线设计在保证负载电流满足要求的情况下,内层地线设计成网状,使层与
3、层间的结合是树脂与树脂间的结合,可以增加层间结合力。若不设计成网状时,层与层间的结合是金属与树脂的结合,通电时,地线发热,层间容易分离。线宽在 12mm 不需要网格结构,线宽在5mm 以上必须采用网格结构。表面也可以设计成网格状,防止阻焊层的脱离。 地线靠边布置,以便散热。或采用金属芯板。尽可能避免在窄间距元件焊盘之间穿越导线,确实需要的应采用阻焊膜对其加以覆盖。 电路设计布线要求(a)高频要注意屏蔽,在布线结构设计上进行变化。如两根高频信号线,中间加一根地线;(b)电源线和地线尽可能靠近,两电源线之间、两地线之间尽可能宽。 (如图 3.16 所示)图 A 差的布局,高自感,没有相邻信号回路,
4、导致干扰;图 B 较好布局,降低电源功率发送,逻辑回路阻抗,导体干扰和板的辐射。图 C 最好布局,减少更多的电磁兼容问题。(c)高频信号多采用多层板,电源层、地线层和信号层分开,减少电源、地、信号之间的干扰,大面积的电源层和大面积的地层相邻,这样电源和地之间形成电容,起滤波作用。用地线做屏蔽,信号线在外层,电源层、地层在里层;多层板走线要求相邻两层线条尽量垂直、走斜线、交叉布线、曲线,但不能平行,避免在高频时基板间的耦合和干扰。在高频高速电路中,如果布线太密,容易发生自激。 (d)最短走线原则:特别对小信号电路,线越短电阻越小,干扰越小。元件之间的走线必须最短。(e)在同一面减少平行走线的长度
5、,当长度大于 150mm 时,绝缘电阻明显下降,高频时易串绕图 3.17(2)元器件整体布局设置PCB 上元器件分布应尽可能均匀,大质量器件再流焊时热容量较大,过于集中容易造成局部温度低而导致虚焊;同时布局均匀也有利于重心平衡,在震动冲击实验中,不容易出现元件、金属化孔和焊盘被拉坏的现象。元器件在 PCB 上的方向排列, 同类元器件尽可能按相同的方向排列,特征方向应一致,便于元器件的贴装、焊接和检测。如电解电容器极性、二极管的正极、三极管的单引脚端、集成电路的第一脚等。所有元件编(位)号的印刷方位相同。大型器件的四周要留一定的维修空隙(留出 SMD 返修设备加热头能够进行操作的尺寸) ;发热元
6、件应尽可能远离其他元器件,一般置于边角、机箱内通风位置。发热元件应该用其引线或其他支撑物作支撑(如可加散热片) ,使发热元件与电路板表面保持一定距离,最小距离为 2mm。一般用其引线或其他支撑物作支撑,如散热片等。发热元件在多层板中将发热元件体与 PCB 连接,设计时做金属焊盘,加工时用焊锡连接,使热量通过 PCB 散热。 对于温度敏感的元器件要远离发热元件。例如三极管、集成电路、电解电容和有些塑壳元件等应尽可能远离桥堆、大功率器件、散热器和大功率电阻。对于需要调节或经常更换的元件和零部件,如电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关、保险管、按键、插拔器等元件的布局,应考虑整机的结构要求,置
7、于便于调节和更换的位置。若是机内调节,应放在印制板上方便于调节的地方;若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应,防止三位空间和二位空间发生冲突。如纽子开关的面板开口和 PCB 上开关孔的位置应当相匹配。接线端子、插拔件附近、长串端子的中央以及经常受力作用的部位设置固定孔,并且固定孔周围应留有相应的空间。防止因受热膨胀而变形。如长串端子热膨胀比 PCB 还严重,波峰焊时发生翘起现象。 对于一些体(面)积公差大、精度低,需二次加工的元件、零部件(如变压器、电解电容、压敏电阻、桥堆、散热器等)与其他元器件之间的间隔在原设定的基础上再增加一定的富裕量,建议电解电容、压敏电阻、桥堆、涤纶
8、电容等增加富裕量不小于 1mm,变压器、散热器和超过 5W(含 5W)的电阻不小于 3mm。贵重元器件不要布放在 PCB 的角、边缘、或靠近接插件、安装孔、槽、拼板的切割、豁口和拐角等处,以上这些位置是印制板的高应力区,容易造成焊点和元器件的开裂或裂纹。元件布局要满足再流焊、波峰焊的工艺要求以及间距要求单面混装时,应把贴装和插装元器件布放在 A 面;采用双面再流焊的混装时,应把大的贴装和插装元器件布放在 A 面采用 A 面再流焊,B 面波峰焊时,应把大的贴装和插装元器件布放在 A 面( 再流焊面),适合于波峰焊的矩形、圆柱形、SOT 和较小的 SOP(引脚数小于 28,引脚间距 1mm 以上)
9、布放在 B 面(波峰焊接面)。如需在 B 面安放 QFP 元件,应按 45方向放置。(3)电路设计布局要求元件布局对 PCB 的性能有很大的影响,电路上设计一般大电路分成各单元电路,并按照电路信号流向安排各单元电路的位置,避免输入输出,高低电平部分交叉。流向要有一定规律,并尽可能保持一致的方向,出现故障容易查找。如高、中、低频分开。以每个单元电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。数字、模拟器件分开,尽量远离等。去藕电容尽量靠近器件 VCC,走线时尽量与 VCC 直接相连。同功能的线路集中在一起,并印下方框。高、低压之间的隔离:PCB 上有高、低压电路的
10、同时,高、低压的元器件要分开放置,隔离距离与板材承受的耐压有关,国家标准 FR4 的 PCB 板材的耐压为 1000V/mm。设计时留有余量,如承受 3000V 耐压,高低压线路之间的距离在 3.5mm 以上。许多情况下,为了避免爬电,还在 PCB 上高低压之间开槽。(4)工艺要求PCB 尺寸范围从生产角度考虑,理想的尺寸范围是“宽(200mm250mm)(250mm350mm)”.对PCB 长边尺寸小于 125mm、或短边小于 100mm 的 PCB,采用拼板的方式,使之转换为符合生产要求的理想尺寸。外形对波峰焊来说,PCB 的外形最好是矩形,因为这样的形状传送比较平稳。对纯 SMT 板来说
11、,允许有缺口,但缺口的尺寸须小于所在边长度的 1/3,应该确保 PCB 在链条上传送平稳。传送方向的选择从减小焊接时 PCB 的变形,对不作拼版的 PCB,一般将其长边方向作为传送方向;对于拼版也应该将长边作为传送方向。对于短边与长边之比大于 80的 PCB,可以用短边传送。传送边作为 PCB 的传送边的两边应分别留出3.5mm 的宽度,传送边正反面在离边 3.5mm 的范围内不能有任何元器件或焊点。光学定位符号(又称 MARK 点)在有贴片元器件的 PCB 上,必须在板的四角部位选设 3 个光学定位基准符号,以对 PCB整板定位。对于拼版,每块小板上对角处至少有两个。对于引脚中心距0.5mm 的 QFP 以及中心距0.8mm 的 BGA 等器件,应在通过该元件中心点对角线附近的对角设置光学定位基准符号。如果是双面都有贴片元器件,则每一面都应该有光学定位基准符号。光学定位基准符号一般设在其中心离边 5mm 以上的位置。光学定位基准符号设计成 1mm 的圆形图形,一般为 PCB 上覆铜箔腐蚀图形。考虑到材料颜色与环境的反差,留出比光学定位基准符号大 1mm 的无足焊区,也不允许有任何字符。定位孔每一块 PCB 应在其角部位设置至少三个定位孔,以便在线测试和 PCB 本身加工时进行定位。定位孔都是非金属化孔。