PCB板基礎知識、布局原則、布線技巧、設計規則


一、 PCB板的元素

1、 工作層面

對於印制電路板來說,工作層面可以分為6大類,

信號層 (signal layer)

內部電源/接地層 (internal plane layer)

機械層(mechanical layer)    

 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(mask layer)            

包括錫膏層和阻焊層兩大類。錫膏層主要用於將表面貼元器件粘貼在PCB上,阻焊層用於防止焊錫鍍在不應該焊接的地方。

絲印層(silkscreen layer)       

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,便於電路的安裝和維修。

其他工作層(other layer)      

禁止布線層 Keep Out Layer

鑽孔導引層  drill guide layer

鑽孔圖層    drill drawing layer

復合層      multi-layer

集成電路類                             

 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

 

 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。對於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,這樣有利於阻抗匹配。

 

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

二,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,並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”標准布局;
E. 按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標准優化布局;
F. 器件布局柵格的設置,一般IC器件布局時,柵格應為50--100 mil,小型表面安裝器件,如表面貼裝元件布局時,柵格設置應不少於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,便於生產和檢驗。
6. 發熱元件要一般應均勻分布,以利於單板和整機的散熱,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. 元器件的排列要便於調試和維修,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間距大於等於1.27mm)元器件軸向與傳送方向平行;PIN間距小於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於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,並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, 以便於將來的電源分隔。
13. 用於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,對於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,並且確認單板、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。

 


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