PCB設(shè)計常見問題1-20例筆記

1、整個PCB版圖設(shè)計的完整流程

⑴、原理圖檢查（檢查是否有單端網(wǎng)絡(luò)、連接錯誤、沒有指定封裝等設(shè)計問題）

⑵、原理圖輸出網(wǎng)表以及網(wǎng)表檢查

⑶、檢查封裝庫（沒有封裝庫的，匹配原理圖，新建封裝庫）

⑷、導(dǎo)入原理圖網(wǎng)表，將所有元器件導(dǎo)入PCB中

⑸、核對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖紙，定位好結(jié)構(gòu)元器件

⑹、PCB版圖布局

⑺、布局優(yōu)化以及布線規(guī)劃

⑻、層疊設(shè)計以及整個PCB版圖的設(shè)計規(guī)則添加

⑼、PCB版圖布線

⑽、PCB版圖電源分割與處理

⑾、布線優(yōu)化

⑿、生產(chǎn)文件（Gerber）的輸出

2、金屬化孔

金屬化孔（Plated Through Hole，PTH）：沉銅、孔化、鍍通孔，一般來說：內(nèi)孔直徑x2=外孔直徑。

3、非金屬化孔

非金屬化孔（Non-Plated Through Hoel,NPTH）:內(nèi)壁無銅孔，機械定位通孔，內(nèi)孔與外孔徑相等。

4、特性阻抗

特性阻抗： 又稱“特征阻抗”，它不是直流電阻，屬于長線傳輸中的概念。主要應(yīng)用于高頻信號電路中；

信號在傳輸?shù)倪^程中，如果傳輸路徑上的特性阻抗發(fā)生變化，信號就會在阻抗不連續(xù)的節(jié)點產(chǎn)生反射。

影響特性阻抗的因素有：介電常數(shù)、介質(zhì)厚度、線寬、銅箔厚度等。

5、阻抗匹配目的

在于傳輸線上所有高頻的微波信號皆能到達(dá)負(fù)載點，不會有信號反射回源點。

6、影響PCB特性阻抗的因素有哪些?

介質(zhì)厚度H：增加介質(zhì)厚度可以提高阻抗，降低介質(zhì)厚度可以減小阻抗。

銅厚T：減小線厚可增大阻抗，增加線厚可減小阻抗。

線寬W：增加線寬，可減少阻抗，減小線寬可增大阻抗。

材質(zhì)介電常數(shù) εr：增加介電常數(shù)，可減小阻抗；減小介電常數(shù)，可增大阻抗。

阻焊厚度：印上阻焊會使外層阻抗減少。印刷1遍降低單端2Ω 查分8Ω，2遍下降值x2,3遍以上阻抗值不再變化。

7、PCB厚度分類：

一般厚度：0.5mm，0.7mm，0.8mm，1mm，1.2mm，1.6mm，2.0mm，2.2mm等：

常規(guī)雙面金手指板厚：1.5mm，多層金手指板厚1.0mm和1.6mm；

1mm厚度的PCB，最大拼板尺寸為200mmx150mm；

當(dāng)板面較大或無法支持時，應(yīng)選擇2~3mm厚的板;有負(fù)荷振動條件下，要根據(jù)振動條件采取縮小板的尺寸或加固和增加支持點的辦法，1.6mm板厚的PCB仍然可以使用;

只裝配集成電路、小功率晶體管、電阻、電容等小功率元器件，在沒有較強的負(fù)荷振動條件下，使用厚度為1.6mmPCB的尺寸在500mmx500mm之內(nèi)。

8、板厚公差要求：

板厚≤1.0mm ：板厚公差是±0.1mm；

板厚＞1.0mm：板厚公差是±10%。

9、PCB線路板開路和短路有什么區(qū)別?

PCB開路：指的是本應(yīng)該連接在一起的兩個點，由于中間出現(xiàn)裂痕，最后無法正常連接在一起，這種情況叫作“開路”。

PCB短路：指的是兩條之間自身存在一定矩離的線路，中間出現(xiàn)多余的銅或雜質(zhì)，最夠?qū)е戮€與線之間信號無法進(jìn)行正常的傳輸，這種情況就叫作“短路”。

兩者的區(qū)別就在于：開路是在一條原本完整的線路上發(fā)生斷裂，把這條線路一分為二;而短路是在原本兩條線路之間，多出來一些東西，最后影響到信號的連接，簡而言之，開路是少了一些東西，短路是多出一些東西。

10、多層板進(jìn)行阻抗、層疊設(shè)計考慮的基本原則有哪些？

在進(jìn)行阻抗、層疊設(shè)計的時候，主要的依據(jù)就是PCB板厚、層數(shù)、阻抗值要求、電流的大小、信號完整性、電源完整性等，

一般參考的原則如下：疊層具有對稱性；阻抗具有連續(xù)性；元器件面下面參考層盡量是完整的地或者電源(一般是第二層或者倒數(shù)第二層)；電源平面與地平面緊耦合；信號層盡量靠近參考平面層；兩個相鄰的信號層之間盡量拉大間距。走線為正交；信號上下兩個參考層為地和電源，盡量拉近信號層與地層的距離；差分信號的間距≤2倍的線寬；板層之間的半固化片≤3張；次外層至少有一張7628或者2116或者3313；

半固化片使用順序7628→2116→3313→1080→106。

11、PCB表面處理工藝的目的是什么？

目的：保證良好的可焊性或者電氣性能。

否則自然界的銅在空氣中暴露會以氧化物的形式存在。

常見的表面處理工藝：熱風(fēng)整平、有機涂覆（OSP）、滑雪鍍鎳/浸金（化學(xué)沉金）、浸銀（沉銀）、浸錫（沉錫）、電鍍鎳金、化學(xué)鍍鈀（bǎ）、其他表面處理工藝等；

12、熱風(fēng)整平是什么？

熱風(fēng)整平又名熱風(fēng)焊料整平，它是在PCB表面涂覆熔融錫鉛焊料并用加熱壓縮空氣整（吹）平的工藝，使其形成一層既抗銅氧化，又可提供良好的可焊性的涂覆層。

熱風(fēng)整平時焊料和銅在結(jié)合處形成銅錫金屬間化合物。保護(hù)銅面的焊料厚度大約有1-2mil。PCB進(jìn)行熱風(fēng)整平時要浸在熔融的焊料中；風(fēng)刀在焊料凝固之前吹平液態(tài)的焊料；

風(fēng)刀能夠?qū)~面上焊料的彎月狀最小化和阻止焊料橋接。熱風(fēng)整平分為垂直式和水平式兩種，一般認(rèn)為水平式較好，主要是水平式熱風(fēng)整平鍍層比較均勻，可實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

熱風(fēng)整平工藝的一般流程為：微蝕→預(yù)熱→涂覆助焊劑→噴錫→清洗。

13、有機涂覆是什么？

有機涂覆工藝不同于其他表面處理工藝，它是在銅和空氣間充當(dāng)阻隔層；有機涂覆工藝簡單、成本低廉，這使得它能夠在業(yè)界廣泛使用。早期的有機涂覆的分子是起防銹作用的咪唑和苯并三唑，最新的分子主要是苯并咪唑，它是化學(xué)鍵合氮功能團(tuán)到PCB上的銅。在后續(xù)的焊接過程中，如果銅面上只有一層的有機涂覆層是不行的，必須有很多層。這就是為什么化學(xué)槽中通常需要添加銅液。在涂覆第一層之后，涂覆層吸附銅；接著第二層的有機涂覆分子與銅結(jié)合，直至二十甚至上百次的有機涂覆分子集結(jié)在銅面，這樣可以保證進(jìn)行多次回流焊。試驗表明：最新的有機涂覆工藝能夠在多次無鉛焊接過程中保持良好的性能。

有機涂覆工藝的一般流程為：脫脂→微蝕→酸洗→純水清洗→有機涂覆→清洗，過程控制相對其他表面處理工藝較為容易。

14、鍍鎳工藝是什么？

化學(xué)鍍鎳/浸金化學(xué)鍍鎳/浸金工藝不像有機涂覆那樣簡單，化學(xué)鍍鎳/浸金好像給PCB穿上厚厚的盔甲；另外化學(xué)鍍鎳/浸金工藝也不像有機涂覆作為防銹阻隔層，它能夠在PCB長期使用過程中有用并實現(xiàn)良好的電性能。因此，化學(xué)鍍鎳/浸金是在銅面上包裹一層厚厚的、電性良好的鎳金合金，這可以長期保護(hù)PCB；另外它也具有其它表面處理工藝所不具備的對環(huán)境的忍耐性。鍍鎳的原因是由于金和銅間會相互擴散，而鎳層能夠阻止金和銅間的擴散；如果沒有鎳層，金將會在數(shù)小時內(nèi)擴散到銅中去?；瘜W(xué)鍍鎳/浸金的另一個好處是鎳的強度，僅僅5微米厚度的鎳就可以限制高溫下Z方向的膨脹。此外化學(xué)鍍鎳/浸金也可以阻止銅的溶解，這將有益于無鉛組裝。

化學(xué)鍍鎳/浸金工藝的一般流程為：酸性清潔→微蝕→預(yù)浸→活化→化學(xué)鍍鎳→化學(xué)浸金，主要有6個化學(xué)槽，涉及到近100種化學(xué)品，因此過程控制比較困難。

15、浸銀工藝是什么？

浸銀工藝介于有機涂覆和化學(xué)鍍鎳/浸金之間，工藝比較簡單、快速；不像化學(xué)鍍鎳/浸金那樣復(fù)雜，也不是給PCB穿上一層厚厚的盔甲，但是它仍然能夠提供好的電性能。銀是金的小兄弟，即使暴露在熱、濕和污染的環(huán)境中，銀仍然能夠保持良好的可焊性，但會失去光澤。浸銀不具備化學(xué)鍍鎳/浸金所具有的好的物理強度因為銀層下面沒有鎳。另外浸銀有好的儲存性，浸銀后放幾年組裝也不會有大的問題。浸銀是置換反應(yīng)，它幾乎是亞微米級的純銀涂覆。有時浸銀過程中還包含一些有機物，

主要是防止銀腐蝕和消除銀遷移問題；一般很難測量出來這一薄層有機物，分析表明有機體的重量少于1％。

16、浸錫工藝是什么？

浸錫由于目前所有的焊料都是以錫為基礎(chǔ)的，所以錫層能與任何類型的焊料相匹配。從這一點來看，浸錫工藝極具有發(fā)展前景。但是以前的PCB經(jīng)浸錫工藝后出現(xiàn)錫須，在焊接過程中錫須和錫遷徙會帶來可靠性問題，因此浸錫工藝的采用受到限制。后來在浸錫溶液中加入了有機添加劑，可使得錫層結(jié)構(gòu)呈顆粒狀結(jié)構(gòu)，克服了以前的問題，而且還具有好的熱穩(wěn)定性和可焊性。浸錫工藝可以形成平坦的銅錫金屬間化合物，這個特性使得浸錫具有和熱風(fēng)整平一樣的好的可焊性而沒有熱風(fēng)整平令人頭痛的平坦性問題；浸錫也沒有化學(xué)鍍鎳/浸金金屬間的擴散問題——銅錫金屬間化合物能夠穩(wěn)固的結(jié)合在一起。浸錫板不可存儲太久，組裝時必須根據(jù)浸錫的先后順序進(jìn)行。

17、其他表面處理工藝及化學(xué)鍍鈀

其他表面處理工藝其他表面處理工藝的應(yīng)用較少，下面來看應(yīng)用相對較多的電鍍鎳金和化學(xué)鍍鈀工藝。電鍍鎳金是PCB表面處理工藝的鼻祖，自從PCB出現(xiàn)它就出現(xiàn)，以后慢慢演化為其他方式。它是在PCB表面導(dǎo)體先鍍上一層鎳后再鍍上一層金，鍍鎳主要是防止金和銅間的擴散?，F(xiàn)在的電鍍鎳金有兩類：鍍軟金（純金，金表面看起來不亮）和鍍硬金（表面平滑和硬，耐磨，含有鈷等其他元素，金表面看起來較光亮）。軟金主要用于芯片封裝時打金線；硬金主要用在非焊接處的電性互連?？紤]到成本，業(yè)界常常通過圖像轉(zhuǎn)移的方法進(jìn)行選擇性電鍍以減少金的使用。目前選擇性電鍍金在業(yè)界的使用持續(xù)增加，這主要是由于化學(xué)鍍鎳/浸金過程控制比較困難。正常情況下，焊接會導(dǎo)致電鍍金變脆，這將縮短使用壽命，因而要避免在電鍍金上進(jìn)行焊接；但化學(xué)鍍鎳/浸金由于金很薄，且很一致，變脆現(xiàn)象很少發(fā)生?；瘜W(xué)鍍鈀的過程與化學(xué)鍍鎳過程相近似。主要過程是通過還原劑（如次磷酸二氫鈉）使鈀離子在催化的表面還原成鈀，新生的鈀可成為推動反應(yīng)的催化劑，因而可得到任意厚度的鈀鍍層。

化學(xué)鍍鈀的優(yōu)點為良好的焊接可靠性、熱穩(wěn)定性、表面平整性。

18、金手指是什么？有什么設(shè)計要求？

金手指（connecting finger）一般用于電腦硬件如：（內(nèi)存條上與內(nèi)存插槽接口之間、顯卡與顯卡插槽接口等），所有的信號都是通過金手指進(jìn)行傳送的。金手指由眾多金黃色的導(dǎo)電觸片組成，因其表面鍍金而且導(dǎo)電觸片排列如手指狀，所以稱為“金手指”。

優(yōu)點：金的抗氧化性和傳導(dǎo)性極強，外觀相比鍍錫等更亮麗。

設(shè)計要求如下：

金手指上金的厚度一般是0.25-1.3um，金的厚度根據(jù)金手指的插拔次數(shù)而定；

金手指間的最小距離6mil；

金手指板卡的設(shè)計厚度是0.8-2.0mm；

金手指最大高度≤2inch；

金手指倒角的角度可以是20°、30°、45°、60°、90°；

沉錫、沉銀焊盤的距離離金手指頂端最小間距14mil；

金手指的倒角要求如下圖所示，除了插入邊要倒角以外，插板兩側(cè)板也應(yīng)該設(shè)計（1-1.5mm）45°的倒角或者R1-R1.5的圓角，方便插拔。

19、PCB阻焊及目的是什么？

PCB阻焊，也叫PCB防焊，在柔性線路板中也叫PCB阻焊膜，英文為Solder Mask or Solder Resist，采用綠色等感光油墨噴涂于PCB電路板表層。

目的：防止氧化及焊接時出現(xiàn)橋連現(xiàn)象（連錫）的發(fā)生，主要起到電氣絕緣的作用。

阻焊的顏色有：綠色、白色、藍(lán)色、黑色、紅色、黃色、亞光色、紫色、菊色、亮綠色、啞光黑、啞光綠等。

20、焊盤設(shè)計的一般原則是什么？

阻焊開窗應(yīng)該比焊盤大6mil以上；

PCB設(shè)計的時候貼片焊盤之間、貼片焊盤與插件之間、過孔之間要保留阻焊橋，最小的寬度為4mil；

PCB走線、鋪銅、器件等到阻焊開窗的距離要6mil以上；

散熱焊盤應(yīng)該做開全窗處理，并在焊盤上打上過孔；

金手指的焊盤的開窗應(yīng)該做開全窗處理，上端跟金手指上端平齊，下端要超出金手指下面的板邊，金手指頂部的開窗與其它走線、鋪銅、器件的間距要大于20mil；
審核編輯：湯梓紅