幾條很接地氣的PCB板設(shè)計(jì)指南

PCB板設(shè)計(jì)時(shí)，由于將大局部時(shí)間都花在了電路設(shè)計(jì)和元件的選擇上，在PCB板設(shè)計(jì)布線階段常常會(huì)由于經(jīng)歷缺乏，思索不夠周全。

假如沒有為PCB板設(shè)計(jì)布線階段的設(shè)計(jì)提供充足的時(shí)間和精神，可能會(huì)招致設(shè)計(jì)從數(shù)字范疇轉(zhuǎn)化為物理理想的時(shí)分，在制造階段呈現(xiàn)問題，或者在功用方面產(chǎn)生缺陷。

那么設(shè)計(jì)一個(gè)在紙上和物理方式上都真實(shí)牢靠的電路板的關(guān)鍵是什么？讓我們討論設(shè)計(jì)一個(gè)可制造，功用牢靠的PCB時(shí)需求理解的前6個(gè)PCB設(shè)計(jì)指南。

1、微調(diào)您的元件布置

PCB板設(shè)計(jì)過程的元件放置階段既是科學(xué)又是藝術(shù)，需求對電路板上可用的主要元器件停止戰(zhàn)略性思索。固然這個(gè)過程可能具有應(yīng)戰(zhàn)性，但您放置電子元件的方式將決議您的電路板的制造難易水平，以及它如何滿足您的原始設(shè)計(jì)請求。

固然存在元件放置的常規(guī)通用次第，如按次第依次放置銜接器，印刷電路板的裝置器件，電源電路，精細(xì)電路，關(guān)鍵電路等，但也有一些詳細(xì)的指導(dǎo)方針需求牢記，包括：

取向- 確保將類似的元件定位在相同的方向上，這將有助于完成高效且無過失的焊接過程。

布置- 防止將較小元件放置在較大元件的后面，這樣小元件有可能受大元件焊接的影響而產(chǎn)生裝貼問題。

組織- 倡議將一切外表貼裝（SMT）元件放置在電路板的同一側(cè)，并將一切通孔（TH）元件放置在電路板頂部，以盡量減少組裝步驟。

最后還要留意的一條PCB設(shè)計(jì)指南 - 即當(dāng)運(yùn)用混合技術(shù)元件（通孔和外表貼裝元件）時(shí)，制造商可能需求額外的工藝來組裝電路板，這將增加您的總體本錢。

2、適宜放置電源，接地和信號(hào)走線

放置元件后，接下來能夠放置電源，接地和信號(hào)走線，以確保您的信號(hào)具有潔凈無毛病的通行途徑。在規(guī)劃過程的這個(gè)階段，請記住以下一些原則：

1)、定位電源和接地平面層

一直倡議將電源和接地平面層置于電路板內(nèi)部，同時(shí)堅(jiān)持對稱和居中。這有助于避免您的電路板彎曲，這也關(guān)系到您的元件能否正肯定位。

關(guān)于給IC供電，倡議為每路電源運(yùn)用公共通道，確保有鞏固并且穩(wěn)定的走線寬度，并且防止元件到元件之間的菊花鏈?zhǔn)诫娫淬暯印?/span>

2）、信號(hào)線走線銜接

接下來，依照原理圖中的設(shè)計(jì)狀況銜接信號(hào)線。倡議在元件之間一直采取盡可能短的途徑和直接的途徑走線。

假如您的元件需求毫無偏向地固定放置在程度方向，那么倡議在電路板的元件出線的中央根本上程度走線，而出線之后再停止垂直走線。

這樣在焊接的時(shí)分隨著焊料的遷移，元件會(huì)固定在程度方向。如下圖上半局部所示。而下圖下半局部的信號(hào)走線方式，在焊接的時(shí)分隨著焊料的活動(dòng)，有可能會(huì)形成元件的偏轉(zhuǎn)。

倡議的布線方式 (箭頭指示焊料活動(dòng)方向)

不倡議的布線方式 (箭頭指示焊料活動(dòng)方向)

3）、定義網(wǎng)絡(luò)寬度

您的設(shè)計(jì)可能需求不同的網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)將承載各種電流，這將決議所需的網(wǎng)絡(luò)寬度。思索到這一根本請求，倡議為低電流模仿和數(shù)字信號(hào)提供0.010’’(10mil）寬度。當(dāng)您的線路電流超越0.3安培時(shí)，它應(yīng)該停止加寬。這里有一個(gè)免費(fèi)的線路寬度計(jì)算器，使這個(gè)換算過程變得簡單。

3、有效隔離

您可能曾經(jīng)體驗(yàn)到電源電路中的大電壓和電流尖峰如何干擾您的低壓電流的控制電路。要盡量減少此類干擾問題，請遵照以下原則：

隔離 - 確保每路電源都堅(jiān)持電源地和控制地分開。假如您必需將它們在PCB中銜接在一同，請確保它盡可能地靠近電源途徑的末端。

布置 - 假如您已在中間層放置了地平面，請確保放置一個(gè)小阻抗途徑，以降低任何電源電路干擾的風(fēng)險(xiǎn)，并協(xié)助維護(hù)您的控制信號(hào)。能夠遵照相同的原則，以堅(jiān)持您的數(shù)字和模仿的分開。

耦合 - 為了減少由于放置了大的地平面以及在其上方和下方走線的電容耦合，請嘗試僅經(jīng)過模仿信號(hào)線路穿插模仿地。

元件隔離示例（數(shù)字和模仿）

4、處理熱量問題

您能否曾因熱量問題而招致電路性能的降低以至電路板損壞？由于沒有思索散熱，呈現(xiàn)過很多問題攪擾許多設(shè)計(jì)者。這里有一些指導(dǎo)要記住，以協(xié)助處理散熱問題：

1）、辨認(rèn)費(fèi)事的元件

第一步是開端思索哪些元件會(huì)耗散電路板上的最多熱量。這能夠經(jīng)過首先在元件的數(shù)據(jù)表中找到“熱阻”等級，然后依照倡議的指導(dǎo)方針來轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的熱量來完成。當(dāng)然，能夠添加散熱器和冷卻風(fēng)扇以堅(jiān)持元件溫度降落，并且還要記住使關(guān)鍵元件遠(yuǎn)離職何高熱源。

2）、添加熱風(fēng)焊盤

添加熱風(fēng)焊盤關(guān)于消費(fèi)可制造的電路板十分有用，它們關(guān)于高銅含量元件和多層電路板上的波峰焊接應(yīng)用至關(guān)重要。由于難以堅(jiān)持工藝溫度，因而一直倡議在通孔元件上運(yùn)用熱風(fēng)焊盤，以便經(jīng)過減慢元件管腳處的散熱速率，使焊接過程盡可能簡單。

作為普通原則，一直對銜接到地平面或電源平面的任何通孔或過孔運(yùn)用熱風(fēng)焊盤方式銜接。除了熱風(fēng)焊盤外，您還能夠在焊盤銜接線的位置添加淚滴，以提供額外的銅箔/金屬支撐。這將有助于減少機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。

典型的熱風(fēng)焊盤銜接方式

5、熱風(fēng)焊盤科普

許多工廠內(nèi)擔(dān)任制程(Process)或是SMT技術(shù)的工程師經(jīng)常會(huì)碰到電路板元件發(fā)作空焊(solder empty)、假焊(de-wetting)或冷焊(cold solder)等等這類焊不上錫(non-wetting)的不良問題，不管制程條件怎樣改或是回流焊的爐溫再怎樣調(diào)，就是有一定焊不上錫的比率。這終究是怎樣回事？

撇開元件及電路板氧化的問題，究其根因后發(fā)現(xiàn)有很大局部這類的焊接不良其實(shí)都來自于電路板的布線(layout)設(shè)計(jì)缺失，而最常見的就是在元件的某幾個(gè)焊腳上銜接到了大面積的銅皮，形成這些元件焊腳經(jīng)過回流焊后發(fā)作焊接不良，有些手焊元件也可能由于類似情形而形成假焊或包焊的問題，有些以至由于加熱過久而把元件給焊壞掉。

普通PCB在電路設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常需求鋪設(shè)大面積的銅箔來當(dāng)作電源(Vcc、Vdd或Vss)與接地(GND，Ground)之用。這些大面積的銅箔普通會(huì)直接銜接到一些控制電路(IC)及電子元件的管腳。

不幸的是假如我們想要將這些大面積的銅箔加熱到融錫的溫度時(shí)，比起獨(dú)立的焊墊通常需求花比擬多的時(shí)間（就是加熱會(huì)比擬慢），而且散熱也比擬快。當(dāng)這樣大面積的銅箔布線一端銜接在小電阻、小電容這類 小元器件，而另一端不是時(shí)，就容易由于融錫及凝固的時(shí)間不分歧而發(fā)作焊接問題；假如回流焊的溫度曲線又調(diào)得不好，預(yù)熱時(shí)間缺乏時(shí)，這些銜接在大片銅箔的元件焊腳就容易由于達(dá)不到融錫溫度而形成虛焊的問題。

人工焊接（Hand Soldering）時(shí)，這些銜接在大片銅箔的元件焊腳則會(huì)由于散熱太快，而無法在規(guī)則時(shí)間內(nèi)完成焊接。最常見到的不良現(xiàn)象就是包焊、虛焊，焊錫只要焊在元件的焊腳上而沒有銜接到電路板的焊盤。從外觀看起來，整個(gè)焊點(diǎn)會(huì)構(gòu)成一個(gè)球狀；更甚者，作業(yè)員為了要把焊腳焊上電路板而不時(shí)調(diào)高烙鐵的溫度，或是加熱過久，致使形成元件超越耐熱溫度而毀損而不自知。如下圖所示。

包焊、冷焊或虛焊

既然曉得了問題點(diǎn)就能夠有處理的辦法，普通我們都會(huì)請求采用所謂Thermal Relief pad（熱風(fēng)焊墊）設(shè)計(jì)來處理這類由于大片銅箔銜接元件焊腳所形成的焊接問題。如下圖所示，左邊的布線沒有采用熱風(fēng)焊盤，而右邊的布線則曾經(jīng)采用了熱風(fēng)焊盤的銜接方式，能夠看到焊盤與大片銅箔的接觸面積只剩下幾條細(xì)小的線路，這樣就能夠大大限制焊墊上溫度的流失，到達(dá)較佳的焊接效果。

6、檢查您的工作

當(dāng)您再接再勵(lì)地哼哧哼哧地將一切的局部組合在一同停止制造時(shí)，很容易在設(shè)計(jì)項(xiàng)目完畢時(shí)才發(fā)現(xiàn)問題，不堪重負(fù)。因而，在此階段對您的設(shè)計(jì)工作停止雙重和三重檢查可能意味著制造是勝利還是失敗。

為了協(xié)助完成質(zhì)量控制過程，我們一直倡議您從電氣規(guī)則檢查（ERC）和設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）開端，以考證您的設(shè)計(jì)能否完整滿足一切的規(guī)則及約束。運(yùn)用這兩個(gè)系統(tǒng)，您能夠輕松停止間隙寬度，線寬，常見制造設(shè)置，高速請求和短路等等方面的檢查。

當(dāng)您的ERC和DRC產(chǎn)生無過失的結(jié)果時(shí)，倡議您檢查每個(gè)信號(hào)的布線狀況，從原理圖到PCB，一次檢查一條信號(hào)線的方式認(rèn)真確認(rèn)您沒有遺漏任何信息。另外，運(yùn)用您的設(shè)計(jì)工具的探測和屏蔽功用，以確保您的PCB規(guī)劃資料與您的原理圖相匹配。

認(rèn)真檢查您的設(shè)計(jì)，PCB和約束規(guī)則