幾條很接地氣的PCB板設計指南

PCB板(ban)設(she)計時，由(you)于將大局部時間(jian)都(dou)花在了電路設(she)計和元件的選(xuan)擇(ze)上，在PCB板(ban)設(she)計布線階段常常會由(you)于經歷(li)缺乏(fa)，思索(suo)不夠周全。

假如沒有為PCB板設(she)計(ji)布線(xian)階段的(de)設(she)計(ji)提供充足(zu)的(de)時(shi)間(jian)和精神，可能會招(zhao)致設(she)計(ji)從數字范疇轉化為物理理想的(de)時(shi)分，在(zai)制(zhi)造(zao)階段呈現問(wen)題(ti)，或(huo)者(zhe)在(zai)功(gong)用方面產生缺(que)陷。

那(nei)么設(she)計(ji)(ji)一(yi)個(ge)(ge)在紙上(shang)和物(wu)理方(fang)式上(shang)都真實(shi)牢(lao)靠的(de)電路(lu)板的(de)關鍵(jian)是什么？讓我們(men)討(tao)論設(she)計(ji)(ji)一(yi)個(ge)(ge)可制(zhi)造，功用牢(lao)靠的(de)PCB時需(xu)求理解的(de)前(qian)6個(ge)(ge)PCB設(she)計(ji)(ji)指南。

1、微調您的(de)元件布(bu)置

PCB板(ban)(ban)設計過程的(de)(de)元件(jian)放置階(jie)段(duan)既是科(ke)學又是藝術，需(xu)求對電(dian)路板(ban)(ban)上可用的(de)(de)主要元器(qi)件(jian)停止(zhi)戰略性思索(suo)。固然(ran)這個過程可能具(ju)有應戰性，但您放置電(dian)子元件(jian)的(de)(de)方式將(jiang)決議(yi)您的(de)(de)電(dian)路板(ban)(ban)的(de)(de)制造難易水平，以及它(ta)如何滿足您的(de)(de)原始設計請求。

固然存在元件放置(zhi)的常規(gui)通(tong)用次(ci)第(di)，如按次(ci)第(di)依次(ci)放置(zhi)銜接器，印刷電路(lu)(lu)板(ban)的裝置(zhi)器件，電源電路(lu)(lu)，精細電路(lu)(lu)，關鍵(jian)電路(lu)(lu)等，但也有一(yi)些詳細的指導方針(zhen)需求(qiu)牢記，包括：

取向- 確保將類似的(de)(de)元件定位在相(xiang)同的(de)(de)方向上，這將有助于完成高效且無過失的(de)(de)焊(han)接過程(cheng)。

布置(zhi)- 防止將較小(xiao)元件放置(zhi)在較大(da)元件的后面，這樣小(xiao)元件有可能受大(da)元件焊接(jie)的影響而產生裝(zhuang)貼問題。

組織- 倡議將一切外(wai)表貼裝(zhuang)（SMT）元件放置(zhi)在電路板的(de)同一側，并將一切通孔（TH）元件放置(zhi)在電路板頂部，以(yi)盡(jin)量減少組裝(zhuang)步(bu)驟。

最后還(huan)要留意的(de)一(yi)條(tiao)PCB設(she)計指南 - 即當(dang)運用混合(he)技術元(yuan)件（通孔和(he)外表貼(tie)裝元(yuan)件）時，制造(zao)商可能需求額外的(de)工(gong)藝來組裝電路板，這將增加您(nin)的(de)總體本錢。

2、適(shi)宜放置電源(yuan)，接地和信號走線

放置(zhi)元件(jian)后，接下來(lai)能夠(gou)放置(zhi)電源，接地和(he)信號(hao)走線，以(yi)確保(bao)您(nin)的(de)信號(hao)具有潔凈無毛(mao)病的(de)通行途徑(jing)。在(zai)規劃過程的(de)這個階段，請記住(zhu)以(yi)下一些原則：

1)、定位電源和接地平面層(ceng)

一直倡議將電(dian)源(yuan)和(he)接地平(ping)面層置(zhi)于電(dian)路板(ban)內部，同時堅(jian)持對稱和(he)居中。這(zhe)(zhe)有助于避免您的電(dian)路板(ban)彎曲，這(zhe)(zhe)也關系到您的元(yuan)件能否正肯定位。

關于給IC供電，倡議為每路電源運用公共通道，確保有鞏固并且(qie)穩定的(de)(de)走線寬度，并且(qie)防止元(yuan)件到元(yuan)件之間的(de)(de)菊花鏈式電源銜接。

2）、信號線走線銜(xian)接

接(jie)下來，依(yi)照原理圖(tu)中(zhong)的設(she)計狀況銜接(jie)信號線(xian)。倡議在元件之間一直(zhi)采取盡可(ke)能(neng)短的途(tu)徑(jing)和直(zhi)接(jie)的途(tu)徑(jing)走線(xian)。

假如您的元件(jian)需(xu)求毫無(wu)偏向(xiang)地固定放置在(zai)程度(du)方向(xiang)，那(nei)么倡議(yi)在(zai)電路板的元件(jian)出線(xian)的中央根本上程度(du)走線(xian)，而(er)出線(xian)之后(hou)再停止垂直走線(xian)。

這樣在焊接(jie)的(de)(de)(de)(de)時分(fen)隨(sui)著焊料(liao)的(de)(de)(de)(de)遷移，元件會(hui)固(gu)定(ding)在程度(du)方向。如下(xia)圖上(shang)半局部所(suo)示(shi)。而下(xia)圖下(xia)半局部的(de)(de)(de)(de)信號走(zou)線方式，在焊接(jie)的(de)(de)(de)(de)時分(fen)隨(sui)著焊料(liao)的(de)(de)(de)(de)活(huo)動，有可(ke)能(neng)會(hui)形成元件的(de)(de)(de)(de)偏轉。

倡議的布線方式 (箭頭指示焊料活動方向)

不倡(chang)議的布線方(fang)式 (箭頭(tou)指示(shi)焊料活動方(fang)向)

3）、定義網絡寬度

您(nin)的(de)設計可能需(xu)求不同(tong)的(de)網絡，這(zhe)些網絡將承載各種電流(liu)，這(zhe)將決議(yi)所需(xu)的(de)網絡寬度(du)。思索到這(zhe)一(yi)根本請求，倡(chang)議(yi)為低電流(liu)模(mo)仿和(he)數(shu)字信(xin)號提供0.010’’(10mil）寬度(du)。當您(nin)的(de)線(xian)路電流(liu)超(chao)越0.3安培(pei)時，它應該停止加寬。這(zhe)里有一(yi)個免費的(de)線(xian)路寬度(du)計算器，使(shi)這(zhe)個換算過程變得簡單(dan)。

3、有效隔離

您可能(neng)曾(ceng)經體驗到電(dian)源電(dian)路(lu)中的大(da)電(dian)壓和電(dian)流尖峰如何干(gan)擾(rao)您的低壓電(dian)流的控制電(dian)路(lu)。要盡量減少此(ci)類(lei)干(gan)擾(rao)問題，請遵(zun)照以下原則：

隔(ge)離 - 確保(bao)每路電源(yuan)都堅持電源(yuan)地和控制地分開。假(jia)如您必需將它們在(zai)PCB中銜接(jie)在(zai)一同，請確保(bao)它盡可能地靠近電源(yuan)途徑(jing)的末(mo)端(duan)。

布置(zhi) - 假如您已(yi)在(zai)中間層放置(zhi)了地(di)平面，請確(que)保放置(zhi)一(yi)個小阻抗途徑，以(yi)降(jiang)低任何電源電路干擾的(de)風險，并協助維護您的(de)控制信(xin)號。能夠遵照相同的(de)原則，以(yi)堅持您的(de)數字和(he)模(mo)仿的(de)分開。

耦(ou)合 - 為了(le)減少(shao)由于放置了(le)大的(de)地平面以及在其(qi)上方和下方走(zou)線的(de)電容耦(ou)合，請嘗試僅(jin)經(jing)過(guo)模(mo)仿信號線路穿插(cha)模(mo)仿地。

元件隔(ge)離示例（數字和模仿）

4、處(chu)理熱(re)量問題

您能否曾因熱(re)量問題(ti)(ti)而招(zhao)致電(dian)路性能的降(jiang)低(di)以至電(dian)路板損壞？由于(yu)沒有思索散熱(re)，呈現過很(hen)多問題(ti)(ti)攪擾許多設計者。這里有一些(xie)指導要(yao)記(ji)住，以協助(zhu)處理散熱(re)問題(ti)(ti)：

1）、辨認費事(shi)的元件(jian)

第一步是開端思索哪(na)些元件(jian)(jian)會耗散(san)電路板(ban)上的最多熱(re)(re)量。這能夠(gou)經(jing)過首先在(zai)元件(jian)(jian)的數據表中(zhong)找到“熱(re)(re)阻”等(deng)級，然(ran)后依照倡議(yi)的指導方(fang)針(zhen)來轉移產(chan)生的熱(re)(re)量來完(wan)成(cheng)。當然(ran)，能夠(gou)添加(jia)散(san)熱(re)(re)器和冷卻風扇以(yi)堅持元件(jian)(jian)溫(wen)度降落，并且還要記住使關鍵元件(jian)(jian)遠(yuan)離職何高(gao)熱(re)(re)源(yuan)。

2）、添加(jia)熱風焊盤

添加熱風焊(han)盤關(guan)(guan)于消費可制造的電(dian)(dian)路(lu)(lu)板十分(fen)有用(yong)，它們(men)關(guan)(guan)于高銅含量元(yuan)(yuan)件(jian)和多層電(dian)(dian)路(lu)(lu)板上的波峰焊(han)接(jie)應(ying)用(yong)至關(guan)(guan)重(zhong)要。由于難以(yi)堅持工藝溫度，因而一(yi)直倡議在通孔元(yuan)(yuan)件(jian)上運用(yong)熱風焊(han)盤，以(yi)便(bian)經(jing)過減慢元(yuan)(yuan)件(jian)管(guan)腳處的散(san)熱速(su)率，使(shi)焊(han)接(jie)過程盡可能(neng)簡單。

作為普通(tong)原則，一直對銜(xian)(xian)接到地(di)平面或(huo)電源平面的任何(he)通(tong)孔或(huo)過孔運(yun)用(yong)熱風焊盤(pan)方(fang)式銜(xian)(xian)接。除(chu)了熱風焊盤(pan)外(wai)，您還能夠在(zai)焊盤(pan)銜(xian)(xian)接線的位置添加淚滴，以提供(gong)額外(wai)的銅(tong)箔/金屬支撐(cheng)。這(zhe)將有助于(yu)減少機械應(ying)力和熱應(ying)力。

典型的熱風焊(han)盤銜接方式

5、熱風(feng)焊盤科普

許多工廠內(nei)擔任制(zhi)程(Process)或是(shi)SMT技術的(de)(de)工程師經(jing)常(chang)會碰到電(dian)路板元件發作(zuo)空(kong)焊(han)(han)(solder empty)、假焊(han)(han)(de-wetting)或冷焊(han)(han)(cold solder)等(deng)等(deng)這(zhe)類焊(han)(han)不(bu)上錫(non-wetting)的(de)(de)不(bu)良問題，不(bu)管制(zhi)程條件怎(zen)樣(yang)改或是(shi)回流(liu)焊(han)(han)的(de)(de)爐溫再怎(zen)樣(yang)調，就是(shi)有一定焊(han)(han)不(bu)上錫的(de)(de)比率(lv)。這(zhe)終究是(shi)怎(zen)樣(yang)回事？

撇開元(yuan)(yuan)件(jian)及電路板氧化的(de)(de)問(wen)題，究其根(gen)因后發現有(you)很大局部這(zhe)(zhe)類(lei)的(de)(de)焊接不(bu)良(liang)其實都(dou)來(lai)自于(yu)電路板的(de)(de)布線(layout)設計(ji)缺失，而(er)最(zui)常(chang)見的(de)(de)就是在元(yuan)(yuan)件(jian)的(de)(de)某幾(ji)個焊腳上(shang)銜接到了大面積的(de)(de)銅皮(pi)，形成這(zhe)(zhe)些元(yuan)(yuan)件(jian)焊腳經過回流焊后發作(zuo)焊接不(bu)良(liang)，有(you)些手焊元(yuan)(yuan)件(jian)也(ye)可能由(you)于(yu)類(lei)似情形而(er)形成假焊或包(bao)焊的(de)(de)問(wen)題，有(you)些以(yi)至(zhi)由(you)于(yu)加(jia)熱過久而(er)把元(yuan)(yuan)件(jian)給焊壞掉。

普通PCB在電(dian)路設(she)計時經常需求鋪設(she)大面積(ji)(ji)的銅箔來當作電(dian)源(Vcc、Vdd或Vss)與接(jie)地(di)(GND，Ground)之用。這些(xie)大面積(ji)(ji)的銅箔普通會直接(jie)銜接(jie)到一(yi)些(xie)控制(zhi)電(dian)路(IC)及(ji)電(dian)子元件的管腳。

不(bu)幸的(de)(de)(de)是假如(ru)我們想(xiang)要將這(zhe)些(xie)大(da)面積的(de)(de)(de)銅箔(bo)加熱(re)(re)到(dao)融(rong)錫的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)時(shi)，比(bi)(bi)起獨立的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)墊通常需求花比(bi)(bi)擬(ni)多的(de)(de)(de)時(shi)間(jian)（就(jiu)是加熱(re)(re)會比(bi)(bi)擬(ni)慢），而且散熱(re)(re)也比(bi)(bi)擬(ni)快。當這(zhe)樣(yang)大(da)面積的(de)(de)(de)銅箔(bo)布線(xian)一端銜接在小(xiao)電(dian)阻、小(xiao)電(dian)容(rong)這(zhe)類 小(xiao)元器(qi)件，而另一端不(bu)是時(shi)，就(jiu)容(rong)易(yi)由(you)于融(rong)錫及凝(ning)固的(de)(de)(de)時(shi)間(jian)不(bu)分歧(qi)而發作焊(han)(han)(han)接問(wen)題(ti)；假如(ru)回(hui)流焊(han)(han)(han)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)曲線(xian)又(you)調得不(bu)好，預熱(re)(re)時(shi)間(jian)缺乏時(shi)，這(zhe)些(xie)銜接在大(da)片銅箔(bo)的(de)(de)(de)元件焊(han)(han)(han)腳(jiao)就(jiu)容(rong)易(yi)由(you)于達(da)不(bu)到(dao)融(rong)錫溫(wen)度(du)而形(xing)成虛焊(han)(han)(han)的(de)(de)(de)問(wen)題(ti)。

人工(gong)焊(han)接(jie)（Hand Soldering）時，這些銜接(jie)在(zai)大片銅(tong)箔的(de)(de)元(yuan)件(jian)焊(han)腳則會由于散熱太(tai)快，而無法在(zai)規則時間內完(wan)成焊(han)接(jie)。最常見到(dao)的(de)(de)不良現象就是包焊(han)、虛焊(han)，焊(han)錫只要(yao)焊(han)在(zai)元(yuan)件(jian)的(de)(de)焊(han)腳上(shang)而沒有(you)銜接(jie)到(dao)電路(lu)板的(de)(de)焊(han)盤。從外觀看起來，整個焊(han)點會構(gou)成一(yi)個球狀；更甚者，作業員(yuan)為了要(yao)把焊(han)腳焊(han)上(shang)電路(lu)板而不時調高(gao)烙鐵的(de)(de)溫度(du)(du)，或是加熱過久(jiu)，致使形成元(yuan)件(jian)超越耐熱溫度(du)(du)而毀損而不自知。如(ru)下(xia)圖(tu)所示。

包焊(han)、冷焊(han)或虛焊(han)

既然曉得(de)了問題點就能夠有處理的(de)(de)(de)辦法，普(pu)通我們都(dou)會請求采用所謂Thermal Relief pad（熱(re)風焊墊）設(she)計(ji)來處理這(zhe)類由于(yu)大(da)片銅箔銜接元件焊腳所形成的(de)(de)(de)焊接問題。如下圖(tu)所示，左邊的(de)(de)(de)布(bu)(bu)線沒有采用熱(re)風焊盤，而右邊的(de)(de)(de)布(bu)(bu)線則曾經采用了熱(re)風焊盤的(de)(de)(de)銜接方式，能夠看到(dao)焊盤與大(da)片銅箔的(de)(de)(de)接觸面(mian)積只(zhi)剩下幾條細小的(de)(de)(de)線路(lu)，這(zhe)樣就能夠大(da)大(da)限制焊墊上溫度的(de)(de)(de)流(liu)失，到(dao)達較(jiao)佳的(de)(de)(de)焊接效果。

6、檢查(cha)您的工作

當您再(zai)接再(zai)勵地哼(heng)哧哼(heng)哧地將一切的局部組合在一同(tong)停止制(zhi)造時(shi)，很容易在設計項(xiang)目(mu)完畢時(shi)才發現(xian)問題，不堪重負。因(yin)而，在此階段對您的設計工作停止雙重和三(san)重檢查可能(neng)意味著(zhu)制(zhi)造是勝利還是失敗。

為了協助完成質量控制(zhi)過程，我們(men)一直倡議您(nin)從電氣(qi)規則檢(jian)(jian)查(cha)（ERC）和設計規則檢(jian)(jian)查(cha)（DRC）開端，以考證您(nin)的(de)(de)設計能(neng)否(fou)完整滿足一切的(de)(de)規則及(ji)約(yue)束。運用這(zhe)兩(liang)個系(xi)統，您(nin)能(neng)夠(gou)輕(qing)松停止間隙寬(kuan)度，線寬(kuan)，常見制(zhi)造設置，高速(su)請(qing)求和短路等(deng)(deng)等(deng)(deng)方(fang)面的(de)(de)檢(jian)(jian)查(cha)。

當您(nin)(nin)的(de)ERC和DRC產生無過失的(de)結果(guo)時，倡議您(nin)(nin)檢查(cha)每個信號的(de)布線狀況，從原理圖到PCB，一次(ci)檢查(cha)一條(tiao)信號線的(de)方式認真確認您(nin)(nin)沒有遺漏任(ren)何(he)信息(xi)。另(ling)外(wai)，運用您(nin)(nin)的(de)設計工具(ju)的(de)探測(ce)和屏蔽功用，以確保您(nin)(nin)的(de)PCB規劃資料與您(nin)(nin)的(de)原理圖相(xiang)匹配。

認真檢查(cha)您(nin)的(de)設計，PCB和約束規(gui)則(ze)