隨著半導(dǎo)體集成度越來(lái)越高，各大電子系統(tǒng)擁有完整的片上系統(tǒng)，定制PCB等。可以說(shuō)，即使是一塊普通的PCB板，也能發(fā)揮重要作用，這也對(duì)工程師提出很高的條件，本文將總結(jié)數(shù)位大佬的經(jīng)驗(yàn)，列出十條PCB黃金法則，希望對(duì)小伙伴們有所幫助。

在當(dāng)今快速發(fā)展的電子行業(yè)中，工程師掌握高速高密度PCB設(shè)計(jì)能力至關(guān)重要。這種能力不僅關(guān)系到產(chǎn)品的技術(shù)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，而且直接影響到產(chǎn)品的性能、尺寸、成本和可靠性。隨著電子設(shè)備向更高性能、更小體積和更低成本的方向發(fā)展，高速高密度PCB設(shè)計(jì)已成為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)。

首先，高速PCB設(shè)計(jì)確保了信號(hào)在電路板上的快速傳輸和低延遲，這對(duì)于高性能處理器、高速數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)等應(yīng)用至關(guān)重要。其次，高密度設(shè)計(jì)允許在有限的空間內(nèi)集成更多的元件和功能，滿(mǎn)足了便攜式設(shè)備和復(fù)雜電子系統(tǒng)對(duì)小型化的需求。

此外，掌握高速高密度PCB設(shè)計(jì)能力可以幫助工程師優(yōu)化電路的電磁兼容性(EMC)，減少電磁干擾(EMI)，提高產(chǎn)品的抗干擾能力，確保設(shè)備在復(fù)雜電磁環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，良好的熱管理設(shè)計(jì)可以防止元件過(guò)熱，延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命，提高系統(tǒng)的可靠性。

1、選擇正確的網(wǎng)格，設(shè)置并始終使用能夠匹配最多元件的網(wǎng)格間距;

2、將相關(guān)元件及所需的測(cè)試點(diǎn)一起進(jìn)行分組;

3、保持路徑最短最直接;

4、盡可能利用電源層管理電源線(xiàn)和地線(xiàn)的分布;

5、整合元件值;

6、盡可能多地執(zhí)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查(DRC);

7、靈活使用絲網(wǎng)印刷

8、將所需的電路板在另一個(gè)更大的電路板上重復(fù)復(fù)制多次進(jìn)行PCB拼板;

9、生成PCB制造參數(shù)并在報(bào)送生產(chǎn)前核實(shí);

10、必選去耦電容，不要試圖通過(guò)避免解耦電源線(xiàn)并依據(jù)元件數(shù)據(jù)表中的極限值以此優(yōu)化設(shè)計(jì)。

在電子廠(chǎng)干過(guò)的都知道，PCB拼板設(shè)計(jì)直接關(guān)系到生產(chǎn)成本和質(zhì)量!掌握這些規(guī)范，生產(chǎn)效率提升20%不是問(wèn)題

不管你是電子工程師、工藝工程師還是生產(chǎn)管理人員，這些內(nèi)容都將對(duì)你的工作有很大幫助!

為什么要重視PCB拼板設(shè)計(jì)?

先來(lái)看個(gè)真實(shí)案例：某電子廠(chǎng)曾經(jīng)因?yàn)槠窗逶O(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致分板時(shí)損壞了30%的板子，直接損失幾十萬(wàn)!后來(lái)優(yōu)化了拼板方案，不僅質(zhì)量問(wèn)題解決了，每年還能節(jié)省材料成本15%以上。

拼板設(shè)計(jì)直接影響三大關(guān)鍵指標(biāo)：生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率。一個(gè)好的拼板設(shè)計(jì)能讓你的生產(chǎn)線(xiàn)流暢運(yùn)行，而一個(gè)差的設(shè)計(jì)則可能讓整個(gè)項(xiàng)目陷入困境。

五大關(guān)鍵設(shè)計(jì)規(guī)范

1. 尺寸與外形設(shè)計(jì)

PCB拼板不是越大越好，也不是越小越好，要找到那個(gè)“黃金尺寸”!

根據(jù)主流生產(chǎn)設(shè)備的要求： - 拼板寬度應(yīng)≤260mm(西門(mén)子生產(chǎn)線(xiàn))或≤300mm(富士生產(chǎn)線(xiàn)) - 小板之間的中心距控制在75mm～145mm之間 - 拼板外形盡量接近正方形，推薦2×2、3×3對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)

實(shí)用技巧：拼板外框一定要采用閉環(huán)設(shè)計(jì)，這樣才能確保在夾具上不變形。記住這一點(diǎn)，能避免很多生產(chǎn)中的麻煩!

2. 工藝邊設(shè)計(jì)要點(diǎn)

工藝邊是拼板的“生命線(xiàn)”，設(shè)計(jì)不好會(huì)導(dǎo)致整板報(bào)廢!

工藝邊寬度單邊≥5mm，高密度板建議8mm

必須對(duì)稱(chēng)布置在長(zhǎng)邊，防止SMT軌道夾歪

工藝邊內(nèi)側(cè)1.5mm范圍內(nèi)禁止布置走線(xiàn)和器件

特別注意：很多工程師忽略了工藝邊的對(duì)稱(chēng)要求，結(jié)果導(dǎo)致貼片精度下降，這個(gè)問(wèn)題一定要避免!

3. 連接方式選擇

三種主要連接方式，用對(duì)地方很關(guān)鍵：

V-CUT連接：適合矩形板，角度30°±2°，深度為板厚的1/3。殘厚很重要——0.8mm板殘厚≥0.25mm，否則容易斷裂

郵票孔連接：異形板首選，孔徑0.6mm，孔間距1.2mm，每邊至少3組孔群

空心連接條：精密板適用，能降低分板應(yīng)力80%，特別適合有BGA的板子

選擇建議：普通板用V-CUT，異形板用郵票孔，精密板用空心連接條。別選錯(cuò)了!

4. 定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

定位系統(tǒng)是自動(dòng)化生產(chǎn)的“眼睛”，設(shè)計(jì)不好機(jī)器就“瞎”了!

光學(xué)定位點(diǎn)(Fiducial Mark)要求： - 全局基準(zhǔn)點(diǎn)：?1.0mm實(shí)心銅，布置在板角三點(diǎn) - 局部基準(zhǔn)點(diǎn)：?0.8mm阻焊開(kāi)窗，BGA對(duì)角布置 - 工藝邊基準(zhǔn)點(diǎn)：?1.5mm，每條工藝邊中心1個(gè)

經(jīng)驗(yàn)分享：定位點(diǎn)周?chē)舫霰绕浯?.5mm的無(wú)阻焊區(qū)，否則識(shí)別可靠性會(huì)大打折扣!

5. 元器件布局規(guī)范

元器件布局不合理，分板時(shí)損壞率超高!

元器件與PCB板邊緣應(yīng)留有>0.5mm的空間

大型元器件要留有定位柱或定位孔

BGA距分板線(xiàn)應(yīng)≥10mm，否則容易焊點(diǎn)開(kāi)裂

血淚教訓(xùn)：曾經(jīng)有個(gè)工程師把BGA放在離分板線(xiàn)只有3mm的地方，結(jié)果分板后60%的板子需要返修!

高多層PCB的特殊要求

4層及以上PCB拼板更復(fù)雜，要求也更嚴(yán)格：

層間對(duì)齊精度要求更高——誤差不能超過(guò)5mil

郵票孔需要“密度+間距雙優(yōu)化”

板厚<0.6mm且層數(shù)≥6層時(shí)，嚴(yán)禁使用V-CUT

工藝邊寬度要從5mm增至7mm

成本優(yōu)化秘籍

在設(shè)計(jì)中，布局是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。布局結(jié)果的好壞將直接影響布線(xiàn)的效果，因此可以這樣認(rèn)為，合理的布局是PCB設(shè)計(jì)成功的第一步。尤其是預(yù)布局，是思考整個(gè)電路板，信號(hào)流向、散熱、結(jié)構(gòu)等架構(gòu)的過(guò)程。如果預(yù)布局是失敗的，后面的再多努力也是白費(fèi)。

1、考慮整體

一個(gè)產(chǎn)品的成功與否，一是要注重內(nèi)在質(zhì)量，二是兼顧整體的美觀(guān)，兩者都較完美才能認(rèn)為該產(chǎn)品是成功的。在一個(gè)PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉。

PCB是否會(huì)有變形?

是否預(yù)留工藝邊?

是否預(yù)留MARK點(diǎn)?

是否需要拼板?

多少層板，可以保證阻抗控制、信號(hào)屏蔽、信號(hào)完整性、經(jīng)濟(jì)性、可實(shí)現(xiàn)性?

2、排除低級(jí)錯(cuò)誤

印制板尺寸是否與加工圖紙尺寸相符?

能否符合PCB制造工藝要求?有無(wú)定位標(biāo)記?

元件在二維、三維空間上有無(wú)沖突?

元件布局是否疏密有序，排列整齊?是否全部布完?

需經(jīng)常更換的元件能否方便地更換?插件板插入設(shè)備是否方便?

熱敏元件與發(fā)熱元件之間是否有適當(dāng)?shù)木嚯x?

調(diào)整可調(diào)元件是否方便?

在需要散熱的地方，裝了散熱器沒(méi)有?空氣流是否通暢?

信號(hào)流程是否順暢且互連最短?

插頭、插座等與機(jī)械設(shè)計(jì)是否矛盾?

線(xiàn)路的干擾問(wèn)題是否有所考慮?

3、旁路或去耦電容

在布線(xiàn)時(shí)，模擬器件和數(shù)字器件都需要這些類(lèi)型的電容，都需要靠近其電源引腳連接一 個(gè)旁路電容，此電容值通常為 0.1μF。引腳盡量短，減小走線(xiàn)的感抗，且要盡量靠近器件。

在電路板上加旁路或去耦電容，以及這些電容在板上的布置，對(duì)于數(shù)字和模擬設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō) 都屬于基本常識(shí)，但其功能卻是有區(qū)別的。

在模擬布線(xiàn)設(shè)計(jì)中旁路電容通常用于旁路電源上的高頻信號(hào)，如果不加旁路電容，這些高頻信號(hào)可能通過(guò)電源引腳進(jìn)入敏感的模擬芯片。一般來(lái)說(shuō)，這些高頻信號(hào)的頻率超出模擬器件抑制高頻信號(hào)的能力。

如果在模擬電路中不使用旁路電容的話(huà)，就可能在信號(hào)路徑 上引入噪聲，更嚴(yán)重的情況甚至?xí)鹫駝?dòng)。

而對(duì)于控制器和處理器這樣的數(shù)字器件來(lái)說(shuō)，同樣需要去耦電容，但原因不同。這些電容的一個(gè)功能是用作“微型”電荷庫(kù)，這是因?yàn)樵跀?shù)字電路中，執(zhí)行門(mén)狀態(tài)的切換(即開(kāi)關(guān) 切換)通常需要很大的電流，當(dāng)開(kāi)關(guān)時(shí)芯片上產(chǎn)生開(kāi)關(guān)瞬態(tài)電流并流經(jīng)電路板，有這額外的 “備用”電荷是有利的。如果執(zhí)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)沒(méi)有足夠的電荷，會(huì)造成電源電壓發(fā)生很大變化。電 壓變化太大，會(huì)導(dǎo)致數(shù)字信號(hào)電平進(jìn)入不確定狀態(tài)，并很可能引起數(shù)字器件中的狀態(tài)機(jī)錯(cuò)誤運(yùn)行。流經(jīng)電路板走線(xiàn)的開(kāi)關(guān)電流將引起電壓發(fā)生變化，由于電路板走線(xiàn) 存在寄生電 感，則可采用如下公式計(jì)算電壓的變化：V=Ldl/dt 其中 V=電壓的變化 L=電路板走線(xiàn)感抗 dI=流經(jīng)走線(xiàn)的電流變化 dt=電流變化的時(shí)間 因此，基于多種原因，在供電電源處或有源器件的電源引腳處施加旁路(或去耦)電容是非常好的做法。

4、輸入電源，如果電流比較大，建議減少走線(xiàn)長(zhǎng)度和面積，不要滿(mǎn)場(chǎng)跑。

輸入上的開(kāi)關(guān)噪聲耦合到了電源輸出的平面。輸出電源的MOS管的開(kāi)關(guān)噪聲影響了前級(jí)的輸入電源。如果電路板上存在大量大電流DCDC，則有不同頻率，大電流高電壓跳變干擾。

所以我們需要減小輸入電源的面積，滿(mǎn)足通流就可以。所以在電源布局的時(shí)候，要考慮避免輸入電源滿(mǎn)板跑。

5、電源線(xiàn)和地線(xiàn)

電源線(xiàn)和地線(xiàn)的位置良好配合，可以降低電磁干擾(EMl)的可能性。如果電源線(xiàn)和地線(xiàn) 配合不當(dāng)，會(huì)設(shè)計(jì)出系統(tǒng)環(huán)路，并很可能會(huì)產(chǎn)生噪聲。電源線(xiàn)和地線(xiàn)配合不當(dāng)?shù)? PCB 設(shè)計(jì) 示例如圖所示。在此電路板上，使用不同的路線(xiàn)來(lái)布電源線(xiàn)和地線(xiàn)，由于這種不恰當(dāng)?shù)呐浜希娐钒宓碾娮釉骷途€(xiàn)路受電磁干擾 (EMI)的可能性比較大。

6、數(shù)模分離

在每個(gè) PCB 設(shè)計(jì)中，電路的噪聲部分和“安靜”部分(非噪聲部分)要分隔開(kāi)。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)字電路可以容忍噪聲干擾，而且對(duì)噪聲不敏感(因?yàn)閿?shù)字電 路有較大的電壓噪聲容限);相反，模擬電路的電壓噪聲容限就小得多。兩者之中，模擬電路對(duì)開(kāi)關(guān)噪聲最為敏感。在混合信號(hào)系統(tǒng)的布線(xiàn)中，這兩種電路要分隔開(kāi)。

電路板布線(xiàn)的基本知識(shí)既適用于模擬電路，也適用于數(shù)字電路。一個(gè)基本的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則是使用不間斷的地平面，這一基本準(zhǔn)則可降低了數(shù)字電路中的 dI/dt(電流隨時(shí)間的變化)效應(yīng)， 因?yàn)?dI/dt 效應(yīng)會(huì)造成地的電勢(shì)并使噪聲進(jìn)入模擬電路。數(shù)字和模擬電路的布線(xiàn)技巧基本相同，但有一點(diǎn)除外。對(duì)于模擬電路，還有另外一點(diǎn)需要注意，就是要將數(shù)字信號(hào)線(xiàn)和地平面中的回路盡量遠(yuǎn)離模擬電路。這一點(diǎn) 可以通過(guò)如下做法來(lái)實(shí)現(xiàn)：將模擬地平面單獨(dú)連接到系統(tǒng)地連接端，或者將模擬電路放置在電路板的最遠(yuǎn)端，也就是線(xiàn)路的末端。這樣做是為了保持信號(hào)路徑所受到 的外部干擾最小。對(duì)于數(shù)字電路就不需要這樣做，數(shù)字電路可容忍地平面上的大量噪聲，而不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

7、散熱考慮

在布局過(guò)程中，需要考慮散熱風(fēng)道，散熱死角;

熱敏感器件不要放在熱源風(fēng)后面。優(yōu)先考慮DDR這樣散熱困難戶(hù)的布局位置。避免由于熱仿真不通過(guò)，導(dǎo)致反復(fù)調(diào)整。