[導(dǎo)讀]在開始新設(shè)計(jì)時(shí),因?yàn)閷⒋蟛糠謺r(shí)間都花在了電路設(shè)計(jì)和元件的選擇上,在PCB布局布線階段往往會因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不足,考慮不夠周全。如果沒有為PCB布局布線階段的設(shè)計(jì)提供充足的時(shí)間和精力,可能會導(dǎo)致設(shè)計(jì)從數(shù)字領(lǐng)域轉(zhuǎn)化為物理現(xiàn)實(shí)的時(shí)候,在制造階段出現(xiàn)問題,或者在功能方面產(chǎn)生缺陷。那么設(shè)計(jì)一個(gè)在紙上和物理形式上都真實(shí)可靠的電路板的關(guān)鍵是什么?
在開始新設(shè)計(jì)時(shí),因?yàn)閷⒋蟛糠謺r(shí)間都花在了電路設(shè)計(jì)和元件的選擇上,在PCB布局布線階段往往會因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不足,考慮不夠周全。
如果沒有為PCB布局布線階段的設(shè)計(jì)提供充足的時(shí)間和精力,可能會導(dǎo)致設(shè)計(jì)從數(shù)字領(lǐng)域轉(zhuǎn)化為物理現(xiàn)實(shí)的時(shí)候,在制造階段出現(xiàn)問題,或者在功能方面產(chǎn)生缺陷。
那么設(shè)計(jì)一個(gè)在紙上和物理形式上都真實(shí)可靠的電路板的關(guān)鍵是什么?讓我們探討設(shè)計(jì)一個(gè)可制造,功能可靠的PCB時(shí)需要了解的前6個(gè)PCB設(shè)計(jì)指南。
PCB布局過程的元件放置階段既是科學(xué)又是藝術(shù),需要對電路板上可用的主要元器件進(jìn)行戰(zhàn)略性考慮。雖然這個(gè)過程可能具有挑戰(zhàn)性,但您放置電子元件的方式將決定您的電路板的制造難易程度,以及它如何滿足您的原始設(shè)計(jì)要求。
雖然存在元件放置的常規(guī)通用順序,如按順序依次放置連接器,印刷電路板的安裝器件,電源電路,精密電路,關(guān)鍵電路等,但也有一些具體的指導(dǎo)方針需要牢記,包括:
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組織?- 建議將所有表面貼裝(SMT)元件放置在電路板的同一側(cè),并將所有通孔(TH)元件放置在電路板頂部,以盡量減少組裝步驟。
最后還要注意的一條PCB設(shè)計(jì)指南 - 即當(dāng)使用混合技術(shù)元件(通孔和表面貼裝元件)時(shí),制造商可能需要額外的工藝來組裝電路板,這將增加您的總體成本。
良好的芯片元件方向(左)和不良的芯片元件方向(右)
放置元件后,接下來可以放置電源,接地和信號走線,以確保您的信號具有干凈無故障的通行路徑。在布局過程的這個(gè)階段,請記住以下一些準(zhǔn)則:
始終建議將電源和接地平面層置于電路板內(nèi)部,同時(shí)保持對稱和居中。這有助于防止您的電路板彎曲,這也關(guān)系到您的元件是否正確定位。
對于給IC供電,建議為每路電源使用公共通道,確保有堅(jiān)固并且穩(wěn)定的走線寬度,并且避免元件到元件之間的菊花鏈?zhǔn)诫娫催B接。
接下來,按照原理圖中的設(shè)計(jì)情況連接信號線。建議在元件之間始終采取盡可能短的路徑和直接的路徑走線。
如果您的元件需要毫無偏差地固定放置在水平方向,那么建議在電路板的元件出線的地方基本上水平走線,而出線之后再進(jìn)行垂直走線。
這樣在焊接的時(shí)候隨著焊料的遷徙,元件會固定在水平方向。如下圖上半部分所示。而下圖下半部分的信號走線方式,在焊接的時(shí)候隨著焊料的流動,有可能會造成元件的偏轉(zhuǎn)。
您的設(shè)計(jì)可能需要不同的網(wǎng)絡(luò),這些網(wǎng)絡(luò)將承載各種電流,這將決定所需的網(wǎng)絡(luò)寬度??紤]到這一基本要求,建議為低電流模擬和數(shù)字信號提供0.010’’(10mil)寬度。當(dāng)您的線路電流超過0.3安培時(shí),它應(yīng)該進(jìn)行加寬。這里有一個(gè)免費(fèi)的線路寬度計(jì)算器,使這個(gè)換算過程變得簡單。
您可能已經(jīng)體驗(yàn)到電源電路中的大電壓和電流尖峰如何干擾您的低壓電流的控制電路。要盡量減少此類干擾問題,請遵循以下準(zhǔn)則:
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耦合?- 為了減少由于放置了大的地平面以及在其上方和下方走線的電容耦合,請嘗試僅通過模擬信號線路交叉模擬地。
您是否曾因熱量問題而導(dǎo)致電路性能的降低甚至電路板損壞?由于沒有考慮散熱,出現(xiàn)過很多問題困擾許多設(shè)計(jì)者。這里有一些指導(dǎo)要記住,以幫助解決散熱問題:
第一步是開始考慮哪些元件會耗散電路板上的最多熱量。這可以通過首先在元件的數(shù)據(jù)表中找到“熱阻”等級,然后按照建議的指導(dǎo)方針來轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的熱量來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然,可以添加散熱器和冷卻風(fēng)扇以保持元件溫度下降,并且還要記住使關(guān)鍵元件遠(yuǎn)離任何高熱源。
添加熱風(fēng)焊盤對于生產(chǎn)可制造的電路板非常有用,它們對于高銅含量元件和多層電路板上的波峰焊接應(yīng)用至關(guān)重要。由于難以保持工藝溫度,因此始終建議在通孔元件上使用熱風(fēng)焊盤,以便通過減慢元件管腳處的散熱速率,使焊接過程盡可能簡單。
作為一般準(zhǔn)則,始終對連接到地平面或電源平面的任何通孔或過孔使用熱風(fēng)焊盤方式連接。除了熱風(fēng)焊盤外,您還可以在焊盤連接線的位置添加淚滴,以提供額外的銅箔/金屬支撐。這將有助于減少機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。
許多工廠內(nèi)負(fù)責(zé)制程(Process)或是SMT技術(shù)的工程師經(jīng)常會碰到電路板元件發(fā)生空焊(solder empty)、假焊(de-wetting)或冷焊(cold solder)等等這類焊不上錫(non-wetting)的不良問題,不論制程條件怎么改或是回流焊的爐溫再怎么調(diào),就是有一定焊不上錫的比率。這究竟是怎么回事?
撇開元件及電路板氧化的問題,究其根因后發(fā)現(xiàn)有很大部分這類的焊接不良其實(shí)都來自于電路板的布線(layout)設(shè)計(jì)缺失,而最常見的就是在元件的某幾個(gè)焊腳上連接到了大面積的銅皮,造成這些元件焊腳經(jīng)過回流焊后發(fā)生焊接不良,有些手焊元件也可能因?yàn)橄嗨魄樾味斐杉俸富虬傅膯栴},有些甚至因?yàn)榧訜徇^久而把元件給焊壞掉。
一般PCB在電路設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常需要鋪設(shè)大面積的銅箔來當(dāng)作電源(Vcc、Vdd或Vss)與接地(GND,Ground)之用。這些大面積的銅箔一般會直接連接到一些控制電路(IC)及電子元件的管腳。
不幸的是如果我們想要將這些大面積的銅箔加熱到融錫的溫度時(shí),比起獨(dú)立的焊墊通常需要花比較多的時(shí)間(就是加熱會比較慢),而且散熱也比較快。當(dāng)這樣大面積的銅箔布線一端連接在小電阻、小電容這類 小元器件,而另一端不是時(shí),就容易因?yàn)槿阱a及凝固的時(shí)間不一致而發(fā)生焊接問題;如果回流焊的溫度曲線又調(diào)得不好,預(yù)熱時(shí)間不足時(shí),這些連接在大片銅箔的元件焊腳就容易因?yàn)檫_(dá)不到融錫溫度而造成虛焊的問題。
人工焊接(Hand Soldering)時(shí),這些連接在大片銅箔的元件焊腳則會因?yàn)樯崽?,而無法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成焊接。最常見到的不良現(xiàn)象就是包焊、虛焊,焊錫只有焊在元件的焊腳上而沒有連接到電路板的焊盤。從外觀看起來,整個(gè)焊點(diǎn)會形成一個(gè)球狀;更甚者,作業(yè)員為了要把焊腳焊上電路板而不斷調(diào)高烙鐵的溫度,或是加熱過久,以致造成元件超過耐熱溫度而毀損而不自知。如下圖所示。
既然知道了問題點(diǎn)就可以有解決的方法,一般我們都會要求采用所謂Thermal Relief pad(熱風(fēng)焊墊)設(shè)計(jì)來解決這類因?yàn)榇笃~箔連接元件焊腳所造成的焊接問題。如下圖所示,左邊的布線沒有采用熱風(fēng)焊盤,而右邊的布線則已經(jīng)采用了熱風(fēng)焊盤的連接方式,可以看到焊盤與大片銅箔的接觸面積只剩下幾條細(xì)小的線路,這樣就可以大大限制焊墊上溫度的流失,達(dá)到較佳的焊接效果。
采用Thermal Relief?pad(熱風(fēng)焊墊)對比
當(dāng)您馬不停蹄地哼哧哼哧地將所有的部分組合在一起進(jìn)行制造時(shí),很容易在設(shè)計(jì)項(xiàng)目結(jié)束時(shí)才發(fā)現(xiàn)問題,不堪重負(fù)。因此,在此階段對您的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行雙重和三重檢查可能意味著制造是成功還是失敗。
為了幫助完成質(zhì)量控制過程,我們始終建議您從電氣規(guī)則檢查(ERC)和設(shè)計(jì)規(guī)則檢查(DRC)開始,以驗(yàn)證您的設(shè)計(jì)是否完全滿足所有的規(guī)則及約束。使用這兩個(gè)系統(tǒng),您可以輕松進(jìn)行間隙寬度,線寬,常見制造設(shè)置,高速要求和短路等等方面的檢查。
當(dāng)您的ERC和DRC產(chǎn)生無差錯(cuò)的結(jié)果時(shí),建議您檢查每個(gè)信號的布線情況,從原理圖到PCB,一次檢查一條信號線的方式仔細(xì)確認(rèn)您沒有遺漏任何信息。另外,使用您的設(shè)計(jì)工具的探測和屏蔽功能,以確保您的PCB布局材料與您的原理圖相匹配。
仔細(xì)檢查您的設(shè)計(jì),PCB和約束規(guī)則
當(dāng)您有了這個(gè) - 我們的PCB設(shè)計(jì)師都需要知道的前5個(gè)PCB設(shè)計(jì)指南,通過遵循這些建議,您將很快就能夠得心應(yīng)手地設(shè)計(jì)出功能強(qiáng)大且可制造的電路板,并擁有真正優(yōu)質(zhì)的印刷電路板。
良好的PCB設(shè)計(jì)實(shí)踐對于成功至關(guān)重要,這些設(shè)計(jì)規(guī)則為構(gòu)建和鞏固所有設(shè)計(jì)實(shí)踐中持續(xù)改進(jìn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。
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在電子制造領(lǐng)域,可制造性設(shè)計(jì)(Design for Manufacturability, DFM)已成為縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本的核心方法。DFM通過在設(shè)計(jì)階段融入制造工藝約束,確保產(chǎn)品從圖紙到實(shí)物的高效轉(zhuǎn)化。
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DFM
PCB
印刷電路板(PCB)是現(xiàn)代電子設(shè)備的“神經(jīng)中樞”,而多層PCB通過垂直堆疊技術(shù),將電路密度提升至新高度。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)猶如一座精密的微觀城市,每一層都承載著特定功能。
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PCB
電源
在芯片性能狂飆突進(jìn)的今天,PCB上的功率密度早已突破了傳統(tǒng)散熱的安全邊界。當(dāng)FPGA、大功率DC-DC模塊等熱源在狹小空間內(nèi)集中爆發(fā)時(shí),單純依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)或后期打補(bǔ)丁,往往會讓研發(fā)陷入“改了又改”的死循環(huán)。此時(shí),ANSYS...
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熱設(shè)計(jì)仿真
Icepak
PCB
在高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中,電源完整性(PI)直接影響系統(tǒng)性能與穩(wěn)定性。某通信設(shè)備開發(fā)團(tuán)隊(duì)在調(diào)試一款基于FPGA的千兆以太網(wǎng)板卡時(shí),發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸誤碼率隨工作頻率提升顯著增加。經(jīng)排查,問題根源指向電源分配網(wǎng)絡(luò)(PDN)阻抗超標(biāo),...
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PCB
PDN阻抗
電源完整性
PI
在高頻、高速PCB設(shè)計(jì)中,通孔作為層間信號互連的核心載體,不再是簡單的電氣連接點(diǎn),其阻抗特性直接決定信號傳輸質(zhì)量,是影響信號完整性(SI)的關(guān)鍵因素之一。隨著電子設(shè)備向高頻化、高密度、高速化迭代,信號頻率突破1GHz、上...
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PCB
通孔
信號失真
在工業(yè)電源PCB設(shè)計(jì)中,信號完整性(SI)與電源完整性(PI)的協(xié)同設(shè)計(jì)(PISI)已成為提升系統(tǒng)可靠性的核心方法。當(dāng)電源噪聲與信號傳輸相互干擾時(shí),傳統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)方法往往導(dǎo)致性能瓶頸,而PISI協(xié)同設(shè)計(jì)通過統(tǒng)一建模、聯(lián)合仿...
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工業(yè)電源
PCB
阻抗控制
在高速數(shù)字控制電源系統(tǒng)中,PCB(印制電路板)作為核心載體,其可靠性直接決定了電源系統(tǒng)的整體性能。隨著信號速率突破10Gbps、電源電流密度超過50A/cm2,信號串?dāng)_與電源紋波的耦合效應(yīng)已成為制約系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵瓶頸。...
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PCB
信號串?dāng)_
電源紋波
在電子工業(yè)高速發(fā)展的當(dāng)下,PCB(印刷電路板)作為電子設(shè)備的核心載體,其可靠性直接決定了產(chǎn)品的使用壽命與性能穩(wěn)定性。加速壽命試驗(yàn)(ALT)通過模擬極端環(huán)境應(yīng)力,快速暴露PCB的潛在失效模式,成為縮短研發(fā)周期、降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)...
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PCB
ALT
在工業(yè)電源領(lǐng)域,LLC諧振拓?fù)鋺{借其高效能、低電磁干擾和寬電壓調(diào)節(jié)能力,已成為中高功率應(yīng)用的核心解決方案。然而,PCB設(shè)計(jì)中的寄生參數(shù)問題若未妥善處理,將直接導(dǎo)致開關(guān)損耗增加、效率下降,甚至引發(fā)電磁兼容性失效。本文將從寄...
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工業(yè)電源
PCB
安森美(onsemi)為強(qiáng)化其先進(jìn)封裝的電源產(chǎn)品組合,推出了兩款面向汽車與工業(yè)高壓(HV)應(yīng)用的頂部散熱封裝——T2PAK和BPAK。這兩款封裝專為應(yīng)對嚴(yán)苛工況而設(shè)計(jì),與通過印刷電路板(PCB)散熱的傳統(tǒng)底部散熱封裝(如...
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電路板
散熱器
電源設(shè)計(jì)
【中國上海,2026年3月12日】—2026 IPC電子裝聯(lián)大師賽實(shí)操競賽將于3月25日至27日在上海新國際博覽中心舉行,本屆賽事吸引了來自全國77家企業(yè)的623名選手報(bào)名參賽。經(jīng)過前期選拔,132名優(yōu)秀選手成功入圍實(shí)操...
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電路板
線纜線束
元器件
在PCB(Printed Circuit Board,印制電路板)設(shè)計(jì)中,走線是連接電路元器件、實(shí)現(xiàn)信號傳輸與電源分配的核心環(huán)節(jié)。隨著電子設(shè)備向高頻、高速、高集成度方向發(fā)展,常規(guī)走線已無法滿足復(fù)雜電路的性能需求,特殊走線...
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PCB
電容
本文旨在深入探討IC引腳失效模式和影響分析(FMEA)的重要性,并結(jié)合ADI公司的安全事項(xiàng)應(yīng)用筆記,說明FMEA在功能安全標(biāo)準(zhǔn)(如IEC 61508和ISO 13849)合規(guī)過程中的實(shí)踐意義。功能安全標(biāo)準(zhǔn)包含規(guī)范性和參考...
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引腳
FMEDA
電路板
中國上海,2026年3月5日——全球知名半導(dǎo)體制造商ROHM(總部位于日本京都市)今日宣布,在官網(wǎng)發(fā)布了搭載EcoSiC?品牌SiC塑封型模塊“HSDIP20”、“DOT-247”、“TRCDRIVE pack?”的三相...
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SiC
三相逆變器
電路板
隨著電子設(shè)備向高速、高密度、小型化方向發(fā)展,高速PCB(Printed Circuit Board,印制電路板)設(shè)計(jì)逐漸成為電子工程領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率超過50MHz,或信號上升時(shí)間小于1ns時(shí),傳統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)...
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PCB
信號
在現(xiàn)代電子設(shè)備向高速化、小型化、多功能化發(fā)展的趨勢下,PCB(印刷電路板)作為電子系統(tǒng)的基礎(chǔ)載體,其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接決定了產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性、電磁兼容性以及生產(chǎn)成本。其中,層疊設(shè)計(jì)是PCB設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)之一,它不僅影響著信號完...
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PCB
電磁
在5G基站、AI加速卡等高密度電子設(shè)備中,局部熱點(diǎn)積聚已成為制約產(chǎn)品可靠性的核心挑戰(zhàn)。某8通道毫米波相控陣模塊因散熱不良導(dǎo)致射頻芯片溫度超標(biāo)15℃,最終通過FloTHERM與Icepak聯(lián)合仿真優(yōu)化,將最高溫度從105℃...
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FloTHERM
PCB
熱設(shè)計(jì)仿真