PCB設(shè)計(jì)教程及布局技巧

一、PCB布局規(guī)則

1）一般情況下，所有元件應(yīng)布置在電路板的同一側(cè)。只有當(dāng)頂部元件過于密集時(shí)，一些高度有限、發(fā)熱低的器件，如片式電阻器、片式電容器、片式IC等，才能放在底部。

2）為保證電氣性能，應(yīng)將組件放置在網(wǎng)格上，并相互平行或垂直排列以保持整齊。一般來說，它們不允許重疊。組件的布置應(yīng)緊湊，并應(yīng)均勻分布在整個(gè)布局上。

3）電路板上不同元件的相鄰焊盤圖案之間的最小距離應(yīng)在1mm以上。

4）距電路板邊緣的距離一般不小于2mm。電路板的最佳形狀是矩形， 縱橫比為 3：2 或 4：3.當(dāng)電路板尺寸大于200mm×150mm時(shí)，

應(yīng)考慮PCB機(jī)械強(qiáng)度。

一、PCB布局規(guī)則

1）一般情況下，所有元件應(yīng)布置在電路板的同一側(cè)。只有當(dāng)頂部元件過于密集時(shí)，一些高度有限、發(fā)熱低的器件，如片式電阻器、片式電容器、片式IC等，才能放在底部。

2）為保證電氣性能，應(yīng)將組件放置在網(wǎng)格上，并相互平行或垂直排列以保持整齊。一般來說，它們不允許重疊。組件的布置應(yīng)緊湊，并應(yīng)均勻分布在整個(gè)布局上。

3）電路板上不同元件的相鄰焊盤圖案之間的最小距離應(yīng)在1mm以上。

4）距電路板邊緣的距離一般不小于2mm。電路板的最佳形狀是矩形， 縱橫比為 3：2 或 4：3.當(dāng)電路板尺寸大于200mm×150mm時(shí)，

應(yīng)考慮PCB機(jī)械強(qiáng)度。

三、設(shè)計(jì)步驟

3.1 版面設(shè)計(jì)

在PCB中，特殊元件是指高頻部分的關(guān)鍵元件，如電路中的核心元件、易受干擾的元件、高電壓元件、發(fā)熱大的元件、一些異性的元件等。它們的位置需要仔細(xì)分析，皮帶布局符合電路功能和生產(chǎn)要求。放置不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致電路兼容性問題和信號(hào)完整性問題，從而導(dǎo)致PCB設(shè)計(jì)失敗。

在設(shè)計(jì)如何放置特殊元件時(shí)， 首先是PCB尺寸。當(dāng)PCB尺寸太大時(shí)，印刷線會(huì)很長(zhǎng)，阻抗會(huì)增加，抗干燥能力會(huì)下降，成本也會(huì)增加。確定PCB的尺寸后，接下來是特殊元件的擺動(dòng)位置。最后， 根據(jù)功能單元， 對(duì)PCB上的所有組件進(jìn)行整體布局。

3.2 PCB元件放置

一個(gè)產(chǎn)品的成功首先要關(guān)注它的內(nèi)在質(zhì)量;其次，它必須考慮到整體設(shè)計(jì)。

首先，放置與結(jié)構(gòu)緊密匹配的組件，例如電源插座，指示燈，開關(guān)，連接器等。

接下來，放置特殊元件，如大型元件、重型元件、發(fā)熱元件、變壓器、IC 等。

最后，放置小組件。

3.3 PCB布局檢查

1）電路板尺寸是否符合產(chǎn)品圖紙要求的加工尺寸。

2）組件的布局是否平衡，排列整齊，是否都布置好了。

3）各級(jí)是否存在沖突。例如，組件，框架和絲印應(yīng)該是合理的。

3）常用部件使用方便。如開關(guān)、插板插入設(shè)備、必須經(jīng)常更換的元器件等。

4）熱元件與加熱元件之間的距離是否合理。

5）散熱性是否好。

6）是否需要考慮線路干擾問題。

四、PCB板設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

4.1 通過

過孔主要由兩部分組成，一部分是中間的鉆孔，另一部分是鉆孔周圍的墊片區(qū)域，如下圖所示。這兩個(gè)部分的大小決定了過孔的大小。顯然，在高速高密度PCB設(shè)計(jì)中， 設(shè)計(jì)人員總是希望通孔越小越好，這樣就可以在板上留下更多的布線空間。此外，通孔越小，其自身的寄生電容越小。更重要的是，它越小，就越適合高速電路。然而，孔尺寸的減小也帶來了成本的增加，并且過孔的尺寸不能無限減小。它受到鉆孔和電鍍等工藝技術(shù)的限制：孔越小，鉆孔時(shí)間越長(zhǎng)，也越容易偏離中心位置。當(dāng)孔的深度超過鉆孔直徑的6倍時(shí)，不能保證孔壁可以均勻地鍍銅。例如，厚度 （通孔深度） 普通的 6 層PCB板約為 50mil， 所以PCB制造商可以提供的最小鉆孔直徑只能達(dá)到 8mil.

圖1.電路板

同樣，過孔中也有寄生電容和寄生電感。在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，過孔寄生電感造成的危害往往大于寄生電容的影響。因?yàn)樗鼤?huì)削弱旁路電容器的貢獻(xiàn)，削弱整個(gè)電力系統(tǒng)的濾波效果。

在高速PCB設(shè)計(jì)中， 通常， 簡(jiǎn)單的過孔往往會(huì)給電路設(shè)計(jì)帶來很大的負(fù)面影響。為了減少過孔寄生效應(yīng)帶來的不良影響，在設(shè)計(jì)中可以做以下提示：

1）考慮成本和信號(hào)質(zhì)量，選擇合理的通孔尺寸。例如， 對(duì)于 6-10 層內(nèi)存模塊 PCB 設(shè)計(jì)， 最好使用 10/20mil （鉆孔/焊盤）

過孔。對(duì)于一些高密度的小尺寸板，可以嘗試使用8/18mil。根據(jù)目前的技術(shù)條件，很難使用較小的過孔。對(duì)于電源或接地過孔，可以考慮使用更大的尺寸來降低阻抗。

2）基于PCB技術(shù)， 更薄的PCB有利于減少過孔的兩個(gè)寄生參數(shù)。

3）盡量不要改變PCB板上信號(hào)走線的層數(shù)，即減少不必要的過孔。

4）電源和接地引腳應(yīng)在附近鉆孔。并且過孔和引腳之間的引線應(yīng)盡可能短，因?yàn)樗鼈儠?huì)增加電感。同時(shí)，電源和接地引線應(yīng)盡可能粗，以降低阻抗。

5）

在信號(hào)變化層的過孔附近放置一些接地過孔，為信號(hào)提供最近的環(huán)路。甚至可以在PCB板上放置大量冗余接地過孔。當(dāng)然，設(shè)計(jì)需要靈活。前面討論的過孔模型是每層都有焊盤的情況。有時(shí)，我們可以減少甚至去除某些層的焊盤。特別是當(dāng)過孔的密度非常高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致銅層中形成斷槽以隔離回路。為了解決這個(gè)問題，除了移動(dòng)過孔的位置外，我們還可以考慮減小銅層上的過孔尺寸。

4.2 絲印

絲印是指印制電路板上下表面上所需的標(biāo)志圖案和文字代碼，如元件標(biāo)簽和標(biāo)稱值、元件輪廓形狀和制造商標(biāo)志、生產(chǎn)日期等。為了方便電路的安裝和維護(hù)。所以絲印必須非常注重細(xì)節(jié)。

大部分：放置 一般來說，在放置

電阻器、電容器、管子等元件的絲印時(shí)，不要使用四個(gè)方向。這將導(dǎo)致調(diào)試、維護(hù)和焊接過程中的焊接方向錯(cuò)誤。因此，建議將它們放置在兩個(gè)方向上，如下圖所示。這樣，絲印將非常清晰地查看。

如下圖所示，如果組件太密而無法容納絲印，則可以在附近的空白處寫下絲印。標(biāo)記箭頭時(shí)，最好畫一個(gè)框，以便于識(shí)別。

盡量不要在絲印

上制作過孔如下圖所示，通孔在數(shù)字 8 上打孔。打板后，您將無法分辨它是R48還是R49。

不要在高速信號(hào)線（如時(shí)鐘線等）上按絲印

它適用于頂層或底層的高速信號(hào)線，因?yàn)檫@樣的信號(hào)線可以看作是微帶線。微帶線上信號(hào)的速度（相位速度）與介質(zhì)有關(guān)。如果將絲印壓在線上，如下圖所示，介質(zhì)將變得不均勻，導(dǎo)致相位速度發(fā)生變化，最終會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)阻抗，影響信號(hào)質(zhì)量。當(dāng)然，在內(nèi)電層的信號(hào)線中不會(huì)出現(xiàn)這樣的問題。

絲印的讀取方向應(yīng)與使用方向一致。

如下圖所示，絲印的讀取方向與芯片的使用方向相同，主要是為了降低焊接時(shí)反向焊接的概率。但是，如電解電容器，不能遵循此建議，因?yàn)榭梢灾甘菊龢O性和負(fù)極性。

針號(hào)應(yīng)在絲印上清楚地標(biāo)明。

如下圖所示，P4連接器上標(biāo)有3個(gè)引腳號(hào)，方便調(diào)試/安裝。此外，最好用密集的引腳標(biāo)記位置，例如芯片，FPC插座等。同時(shí)，P3的讀取方向與連接器的使用方向一致。

特殊封裝用絲印 對(duì)于BGA、QFN等特殊封裝，絲印的尺寸必須與芯片的尺寸完全相同（如下圖所示），否則難以對(duì)準(zhǔn)，影響焊接。

安裝孔絲印 在這里，在安裝孔附近增加了螺釘?shù)慕z印，并且還標(biāo)明了螺釘?shù)拈L(zhǎng)度和總數(shù)，以便于安裝。

標(biāo)記功能

某些組件，如按鈕、燈、旋鈕等，需要注明功能和用途。

添加LOGO

如果有空間，可以在黑板上添加公司的LOGO、防靜電logo、一維碼、二維碼。對(duì)于認(rèn)證，應(yīng)添加認(rèn)證徽標(biāo)。還有一些警告信號(hào)。

4.3 外平面和填充

外平面是將大面積的銅箔加工成網(wǎng)狀，

填充區(qū)域只保持銅箔完好無損。初學(xué)者在設(shè)計(jì)過程中往往無法在計(jì)算機(jī)上看到兩者之間的區(qū)別。因?yàn)樵谡Ｊ褂弥胁蝗菀卓闯鰞烧叩膮^(qū)別，所以在使用時(shí)，更是粗心地區(qū)分兩者。需要強(qiáng)調(diào)的是，前者具有很強(qiáng)的抑制電路中高頻干擾的功能，適用于需要大面積的應(yīng)用，特別是當(dāng)某些區(qū)域用作屏蔽區(qū)、分區(qū)區(qū)或大電流電源線時(shí)。后者主要用于需要小面積的地方，例如一般線端或轉(zhuǎn)彎區(qū)域。

4.4 墊

焊盤類型的選擇應(yīng)綜合考慮元件的形狀、尺寸、布局、振動(dòng)和加熱條件以及受力方向。包裝庫中有一系列不同尺寸和形狀的焊盤，如圓形、方形、八角形、圓形和定位焊盤，但有時(shí)這還不夠，需要自己編輯。一般來說，除上述內(nèi)容外，自行編輯焊盤時(shí)應(yīng)考慮以下原則：

（1）當(dāng)形狀長(zhǎng)度不一致時(shí)，導(dǎo)線寬度與焊盤具體邊長(zhǎng)之間的差異不宜太大。

（2）在元件引出角之間布線時(shí)，經(jīng)常需要使用長(zhǎng)度不對(duì)稱的不對(duì)稱焊盤。

（3）每個(gè)元件墊孔的尺寸應(yīng)根據(jù)元件銷的厚度分別確定。原理是孔的尺寸比銷直徑大0.2至0.4毫米。

4.5 放置/墊

1） 放置方法

您可以在主菜單中執(zhí)行“放置/放置”命令，或使用組件在工具欄中放置“放置/放置”按鈕。進(jìn)入墊放置狀態(tài)后，鼠標(biāo)將變成十字形。將鼠標(biāo)移動(dòng)到合適的位置，然后單擊以完成墊的放置。

2）屬性設(shè)置

使用鼠標(biāo)放置墊時(shí)，鼠標(biāo)將變成十字形。按 Tab 鍵，將彈出 Pad（pad

屬性）設(shè)置對(duì)話框。雙擊已經(jīng)放置在PCB上的焊盤，也可以彈出焊盤屬性設(shè)置對(duì)話框。焊盤特性設(shè)置對(duì)話框中有多種設(shè)置，如下所示：孔尺寸：用于設(shè)置焊盤的內(nèi)徑。

旋轉(zhuǎn)：用于設(shè)置焊盤放置的旋轉(zhuǎn)角度。

位置：用于設(shè)置焊盤中心的 x 和 y 坐標(biāo)。

圖層下拉列表：從此下拉列表中，您可以選擇放置焊盤的布線層。

網(wǎng)絡(luò)下拉列表：此下拉列表用于設(shè)置焊盤的凈值。

電氣類型下拉列表：用于選擇焊盤的電氣特性。它有3種選擇方法：負(fù)載，源和終結(jié)器。

測(cè)試點(diǎn)多選項(xiàng)：用于設(shè)置焊盤用作測(cè)試點(diǎn)。只有頂部和底部墊可以用作測(cè)試點(diǎn)。

鎖定檢查選項(xiàng)：選擇此檢查選項(xiàng)，表示放置后墊的位置將固定。

尺寸和形狀選項(xiàng)區(qū)域：用于設(shè)置焊盤

的大小和形狀 X 尺寸和 Y 尺寸：分別設(shè)置焊盤的 x 和 y 尺寸。

形狀下拉列表：用于設(shè)置畫墊的形狀，包括圓形、八角形和矩形。

粘貼蒙版擴(kuò)展：用于設(shè)定粘貼蒙版的屬性。

阻焊層擴(kuò)展：用于設(shè)置阻焊層的屬性。

五、PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

（1）避免在PCB邊緣排列重要的信號(hào)線，如時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)。

（2）機(jī)箱地線與信號(hào)線之間的距離至少為4mm，保持機(jī)箱地線的長(zhǎng)寬比小于5：1，以降低電感效應(yīng)。

（3）已確定位置的設(shè)備和線路使用LOCK功能鎖定，以防止其誤移動(dòng)。

（4）最小線寬應(yīng)不小于0.2mm（8mil）。在高密度和高精度的印刷電路中，線寬和間距一般可以為12mil。

（5）

10-10和12-12原理可應(yīng)用于DIP封裝IC引腳之間的接線。也就是說，當(dāng)兩根導(dǎo)線在兩個(gè)引腳之間通過時(shí)，焊盤直徑可以設(shè)置為50mil，線寬和線間距均為10mil;當(dāng)兩個(gè)引腳之間只有一根導(dǎo)線通過時(shí)，焊盤直徑可以設(shè)置為64mil，線寬和線間距均為12mil。

（6）當(dāng)焊盤直徑為1.5mm時(shí)，為了增加焊盤的剝線強(qiáng)度，可以使用長(zhǎng)度不小于1.5mm，寬度為1.5mm的焊盤。

（7）焊盤連接有較細(xì)的走線時(shí)，焊盤與走線的連接應(yīng)設(shè)計(jì)成滴形，使焊盤不易剝離，走線與焊盤不易斷開。

（8）設(shè)計(jì)大面積銅涂層時(shí)，應(yīng)在銅涂層上設(shè)置開窗，增加散熱孔，并將開窗設(shè)計(jì)成網(wǎng)狀。

（9）盡可能縮短高頻元件之間的連接，減少其分布參數(shù)，避免相互電磁干擾。易受干擾的組件不應(yīng)彼此靠得太近。并且輸入和輸出組件應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離