一、PCB板的元素
1、工作層面
對于印制電路板來說,工作層面可以分為6大類,
信號層(signallayer)
內部電源/接地層(internalplanelayer)
機械層(mechanicallayer)主要用來放置物理邊界和放置尺寸標注等信息,起到相應的提示作用。EDA軟件可以提供16層的機械層。
防護層(masklayer)包括錫膏層和阻焊層兩大類。錫膏層主要用于將表面貼元器件粘貼在PCB上,阻焊層用于防止焊錫鍍在不應該焊接的地方。
絲印層(silkscreenlayer)在PCB板的TOP和BOTTOM層表面繪制元器件的外觀輪廓和放置字符串等。例如元器件的標識、標稱值等以及放置廠家標志,生產日期等。同時也是印制電路板上用來焊接元器件位置的依據,作用是使PCB板具有可讀性,便于電路的安裝和維修。
其他工作層(otherlayer)禁止布線層KeepOutLayer
鉆孔導引層drillguidelayer
鉆孔圖層drilldrawinglayer
復合層multi-layer
2、元器件封裝
是實際元器件焊接到PCB板時的焊接位置與焊接形狀,包括了實際元器件的外形尺寸,所占空間位置,各管腳之間的間距等。
元器件封裝是一個空間的功能,對于不同的元器件可以有相同的封裝,同樣相同功能的元器件可以有不同的封裝。因此在制作PCB板時必須同時知道元器件的名稱和封裝形式。
(1)元器件封裝分類
通孔式元器件封裝(THT,throughholetechnology)
表面貼元件封裝(SMTSurfacemountedtechnology)
另一種常用的分類方法是從封裝外形分類:SIP單列直插封裝
DIP雙列直插封裝
PLCC塑料引線芯片載體封裝
PQFP塑料四方扁平封裝
SOP小尺寸封裝
TSOP薄型小尺寸封裝
PPGA塑料針狀柵格陣列封裝
PBGA塑料球柵陣列封裝
CSP芯片級封裝
(2)元器件封裝編號
編號原則:元器件類型+引腳距離(或引腳數)+元器件外形尺寸
例如AXIAL-0.3DIP14RAD0.1RB7.6-15等。
(3、銅膜導線是指PCB上各個元器件上起電氣導通作用的連線,它是PCB設計中最重要的部分。對于印制電路板的銅膜導線來說,導線寬度和導線間距是衡量銅膜導線的重要指標,這兩個方面的尺寸是否合理將直接影響元器件之間能否實現電路的正確連接關系。
印制電路板走線的原則:
◆走線長度:盡量走短線,特別對小信號電路來講,線越短電阻越小,干擾越小。
◆走線形狀:同一層上的信號線改變方向時應該走135°的斜線或弧形,避免90°的拐角。
◆走線寬度和走線間距:在PCB設計中,網絡性質相同的印制板線條的寬度要求盡量一致,這樣有利于阻抗匹配。
走線寬度通常信號線寬為:0.2~0.3mm,(10mil)
電源線一般為1.2~2.5mm在條件允許的范圍內,盡量加寬電源、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關系是:地線>電源線>信號線
焊盤、線、過孔的間距要求
PADandVIA :≥0.3mm(12mil)
PADandPAD :≥0.3mm(12mil)
PADandTRACK :≥0.3mm(12mil)
TRACKandTRACK :≥0.3mm(12mil)
密度較高時:
PADandVIA :≥0.254mm(10mil)
PADandPAD :≥0.254mm(10mil)
PADandTRACK :≥ 0.254mm(10mil)
TRACKandTRACK :≥ 0.254mm(10mil)
4、焊盤和過孔
引腳的鉆孔直徑=引腳直徑+(10~30mil)
引腳的焊盤直徑=鉆孔直徑+18mil
#PCB布局原則
1、
根據結構圖設置板框尺寸,按結構要素布置安裝孔、接插件等需要定位的器件,并給這些器件賦予不可移動屬性。按工藝設計規范的要求進行尺寸標注。
2.
根據結構圖和生產加工時所須的夾持邊設置印制板的禁止布線區、禁止布局區域。根據某些元件的特殊要求,設置禁止布線區。
3.
綜合考慮PCB性能和加工的效率選擇加工流程。
加工工藝的優選順序為:元件面單面貼裝——元件面貼、插混裝(元件面插裝焊接面貼裝一次波峰成型)——雙面貼裝——元件面貼插混裝、焊接面貼裝。
4.
布局操作的基本原則
A.遵照“先大后小,先難后易”的布置原則,即重要的單元電路、核心元器件應當優先布局.
B.布局中應參考原理框圖,根據單板的主信號流向規律安排主要元器件.
C.布局應盡量滿足以下要求:總的連線盡可能短,關鍵信號線最短;高電壓、大電流信號與小電流,低電壓的弱信號完全分開;模擬信號與數字信號分開;高頻信號與低頻信號分開;高頻元器件的間隔要充分.
D.相同結構電路部分,盡可能采用“對稱式”標準布局;
E.按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標準優化布局;
F.器件布局柵格的設置,一般IC器件布局時,柵格應為50–100mil,小型表面安裝器件,如表面貼裝元件布局時,柵格設置應不少于25mil。
G.如有特殊布局要求,應雙方溝通后確定。
5.
同類型插裝元器件在X或Y方向上應朝一個方向放置。同一種類型的有極性分立元件也要力爭在X或Y方向上保持一致,便于生產和檢驗。
6.
發熱元件要一般應均勻分布,以利于單板和整機的散熱,除溫度檢測元件以外的溫度敏感器件應遠離發熱量大的元器件。
7.
元器件的排列要便于調試和維修,亦即小元件周圍不能放置大元件、需調試的元、器件周圍要有足夠的空間。
8.
需用波峰焊工藝生產的單板,其緊固件安裝孔和定位孔都應為非金屬化孔。當安裝孔需要接地時,應采用分布接地小孔的方式與地平面連接。
9.
焊接面的貼裝元件采用波峰焊接生產工藝時,阻、容件軸向要與波峰焊傳送方向垂直,阻排及SOP(PIN間距大于等于1.27mm)元器件軸向與傳送方向平行;PIN間距小于1.27mm(50mil)的IC、SOJ、PLCC、QFP等有源元件避免用波峰焊焊接。
10.
BGA與相鄰元件的距離>5mm。其它貼片元件相互間的距離>0.7mm;貼裝元件焊盤的外側與相鄰插裝元件的外側距離大于2mm;有壓接件的PCB,壓接的接插件周圍5mm內不能有插裝元、器件,在焊接面其周圍5mm內也不能有貼裝元、器件。
11.
IC去耦電容的布局要盡量靠近IC的電源管腳,并使之與電源和地之間形成的回路最短。
12.
元件布局時,應適當考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起,以便于將來的電源分隔。
13.
用于阻抗匹配目的阻容器件的布局,要根據其屬性合理布置。
串聯匹配電阻的布局要靠近該信號的驅動端,距離一般不超過500mil。
匹配電阻、電容的布局一定要分清信號的源端與終端,對于多負載的終端匹配一定要在信號的最遠端匹配。
14.
布局完成后打印出裝配圖供原理圖設計者檢查器件封裝的正確性,并且確認單板、背板和接插件的信號對應關系,經確認無誤后方可開始布線。
布線
布線是整個PCB設計中最重要的工序。這將直接影響著PCB板的性能好壞。在PCB的設計過程中,布線一般有這么三種境界的劃分:首先是布通,這時PCB設計時的最基本的要求。如果線路都沒布通,搞得到處是飛線,那將是一塊不合格的板子,可以說還沒入門。其次是電器性能的滿足。這是衡量一塊印刷電路板是否合格的標準。這是在布通之后,認真調整布線,使其能達到最佳的電器性能。接著是美觀。假如你的布線布通了,也沒有什么影響電器性能的地方,但是一眼看過去雜亂無章的,加上五彩繽紛、花花綠綠的,那就算你的電器性能怎么好,在別人眼里還是垃圾一塊。這樣給測試和維修帶來極大的不便。布線要整齊劃一,不能縱橫交錯毫無章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他個別要求的情況下實現,否則就是舍本逐末了。布線時主要按以下原則進行:
①.在條件允許的范圍內,盡量加寬電源、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關系是:地線>電源線>信號線,通常信號線寬為:0.2~0.3mm,最細寬度可達0.05~0.07mm,電源線一般為1.2~2.5mm。對數字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路,即構成一個地網來使用(模擬電路的地則不能這樣使用)
②.預先對要求比較嚴格的線(如高頻線)進行布線,輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行,以免產生反射干擾。必要時應加地線隔離,兩相鄰層的布線要互相垂直,平行容易產生寄生耦合。
③.振蕩器外殼接地,時鐘線要盡量短,且不能引得到處都是。時鐘振蕩電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積,而不應該走其它信號線,以使周圍電場趨近于零;
④.盡可能采用45o的折線布線,不可使用90o折線,以減小高頻信號的輻射;(要求高的線還要用雙弧線)
⑤.任何信號線都不要形成環路,如不可避免,環路應盡量小;信號線的過孔要盡量少;
⑥.關鍵的線盡量短而粗,并在兩邊加上保護地。
⑦.通過扁平電纜傳送敏感信號和噪聲場帶信號時,要用“地線-信號-地線”的方式引出。
⑧.關鍵信號應預留測試點,以方便生產和維修檢測用
⑨.原理圖布線完成后,應對布線進行優化;同時,經初步網絡檢查和DRC檢查無誤后,對未布線區域進行地線填充,用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。或是做成多層板,電源,地線各占用一層。