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单板设计规范完整版
PCB设计规范
二O一O年八月
一.PCB设计的布局规范---------------------------3
■布局设计原则-----------------------------------3
■对布局设计的工艺要求------------------------------4
二.PCB设计的布线规范--------------------------15
■布线设计原则----------------------------------15
■对布线设计的工艺要求-----------------------------16
三.PCB设计的后处理规范-------------------------25
■测试点的添加----------------------------------25
■PCB板的标注---------------------------------27
■加工数据文件的生成------------------------------31
四.名词解释----------------------------------33
■金属孔、非金属孔、导通孔、异形孔、装配孔--------------33
■定位孔和光学定位点------------------------------33
■负片(Negative)和正片(Positive)------------------33
■回流焊(ReflowSoldering)和波峰焊(WaveSolder)-------34
■PCB和PBA-----------------------------------34
一.PCB设计的布局规范
(一)布局设计原则
1.距板边距离应大于5mm。
2.先放置与结构关系密切的元件,如接插件、开关、电源插座等。
3.优先摆放电路功能块的核心元件及体积较大的元器件,再以核心元件为
中心摆放周围电路元器件。
4.功率大的元件摆放在利于散热的位置上,如采用风扇散热,放在空气的
主流通道上;若采用传导散热,应放在靠近机箱导槽的位置。
5.质量较大的元器件应避免放在板的中心,应靠近板在机箱中的固定边放
置。
6.有高频连线的元件尽可能靠近,以减少高频信号的分布参数和电磁干扰。
7.输入、输出元件尽量远离。
8.带高电压的元器件应尽量放在调试时手不易触及的地方。
9.热敏元件应远离发热元件。
10.可调元件的布局应便于调节。
如跳线、可变电容、电位器等。
11.考虑信号流向,合理安排布局,使信号流向尽可能保持一致。
12.布局应均匀、整齐、紧凑。
13.表贴元件布局时应注意焊盘方向尽量取一致,以利于装焊,减少桥连的
可能。
14.去耦电容应在电源输入端就近放置。
(二)对布局设计的工艺要求
当开始一个新的PCB设计时,按照设计的流程我们必须考虑以下的规则:
1.建立一个基本的PCB的绘制要求与规则(示意如图)
建立基本的PCB应包含以下信息:
1)PCB的尺寸、边框和布线区
A.PCB的尺寸应严格遵守结构的要求。
注:
目前生产部能生产的多层PCB最大为450mm×500mm。
B.PCB的板边框(BoardOutline)通常用10mil的线绘制。
B.布线区距离板边缘应大于5mm。
2)PCB板的层叠排列缘
A.基于加工工艺的考虑:
如下图是四层PCB的例子,第一种是推荐
的方法。
对于六层的PCB,层的排列如下图;对于更多层的PCB则类推。
B.基于电特性考虑的层叠排列。
在多层板的设计中,应尽量使用地层和电源层将信号层隔开,不能隔开的
相邻信号层的走线应采用正交方向。
下图为一四层板的排列:
下图为一建议的10层的PCB的层叠,其它层数的PCB依次类推。
3)PCB的机械定位孔和用于SMC的光学定位点。
A.对于PCB的机械定位孔应遵循以下规则:
要求
■机械定位孔的尺寸要求
PCB板机械定位孔的尺寸必须是标准的(见下表和图),如有特殊必须通
知生产经理,以下单位为mm。
B.机械定位孔的定位
机械定位孔的定位在PCB对角线位置如图:
■对于普通的PB,工艺部推荐:
机械定位孔直径为3mm,机械定
位孔圆心与板边缘距离为5.08mm。
■对于边缘有元件(物体、连接器等),机械定位孔将在X方向做移动,
机械定位孔的直径推荐为3mm。
■机械定位孔为非金属孔。
C.对于PCB板的SMC的光学定位点应遵循以下规则:
■PCB板的光学定位点
为了满足SMC的自动化生产处理的需要,必须在PCB的表层和底层上添
加光学定位点,见下图:
注:
1)距离板边缘和机械定位孔的距离≥7.5mm。
2)它们必须有相同的X或Y坐标。
3)光学定位点必须要加上阻焊。
4)光学定位点至少有2个,并成对角放置。
5)光学定位点的尺寸见下图。
6)它们是在顶层和底层放置的表面焊盘。
工艺部推荐:
通常光学定位点焊盘直径(PD)1.6mm(63mil),阻
焊直径(D(SR))3.2mm(126mil);当PCB的密度和精度要求非常高时,
光学定位点焊盘可以为1.0mm(必须通知生产经理),并且焊盘要加上阻焊。
■PCB板上表面贴装元件的参考点
1)当元件(SMC)的引脚中心距(LeadPitch)<0.5mm时,必须
增加参考点,放在元件的拐角处,见下图。
参考点可以只放2个,
参考点应放在对角位置上,在放置完元件后,参考点必须可见。
2)BGA必须增加参考点同上图
3)在密度很高的板上,并且没有空间放置元件的参考点,那么在长和
宽≤100mm的区域中,可以只放置两个公用的参考点,如下图
工艺部推荐:
引脚中心距(LeadPitch)≥0.5mm那么可以不加元
件定位点,反之一定要加参考点。
4)元件的参考点与PCB板的光学定位点的类型是一样的,为一无孔
的焊盘尺寸见(PCB板的光学定位点)。
2.PCB元件布局放置的要求。
PCB元件的布局规则应严格参照
(一)的内容,具体的要求如下:
1)元件放置的方向性(orientation)
A.元器件放置方向考虑布线,装配,焊接和维修的要求后,尽量统一。
在PCBA上的元件尽量要求有统一的方向,有正负极型的元件也要有统一的方向。
B.对于波峰焊工艺,元件的放置方向要求如图:
(应避免改放置方式)
由于波峰焊的阴影效应,因此元件方向与焊接方向成90°,波峰焊面的元
件高度限制为4mm。
C.对于热风回流焊工艺,元件的放置方向对于焊接影响不大。
D.对于双面都有元件的PCB,较大较密的IC,如QFP,BGA等封装
的元件放在板子的顶层,插件元件也只能放在顶层,插装元件的另
一面(底层)只能放置较小的元件和管脚数较少且排列松散的贴片
元件,柱状表面贴器件应放在底层。
E.为了真空夹具的结构,板子背面的元件最高高度不能超过5.5mm;
如果使用标准的针压测试夹具,板子背面的元件最高不能超过10mm。
F.考虑实际工作环境及本身发热等,元器件放置应考虑散热方面的因素。
注:
1)元件的排列应有利于散热,必要的情况下使用风扇和散热器,对于
小尺寸高热量的元件加散热器尤为重要。
2)大功率MOSFET等元件下面可以通过敷铜来散热,而且在这些元
件的周围尽量不要放热敏感元件。
如果功率特别大,热量特别高,
可以加散热片进行散热。
2)PCB布局对于电信号的考虑。
对于一个设计者在考虑PCB元件的分布时要考虑如下图的问题。
A.高速的元件(和外界接口的)应尽量靠近连接器。
B.数字电路与模拟电路应尽量分开,最好是用地隔开。
3)元件与定位孔的间距
A.定位孔到附近通脚焊盘的距离不小于7.62mm(300mil)。
B.定位孔到表面贴装器件边缘的距离不小于5.08mm(200mil)。
对于SMD元件,从定位孔圆心SMD元件外框的最小半径距离为5.08mm
(200mil)
4)DIP自动插件机的要求。
在同时有SMD和DIP元件的PB上,为了避免DIP元件在自动插入时损坏
SMD元件,必须在布局时考虑SMD和DIP元件的布局要求。
二.PCB设计的布线规范
(一)布线设计原则
1.线应避免锐角、直角。
采用45°走线。
2.相邻层信号线为正交方向。
3.高频信号尽可能短。
4.输入、输出信号尽量避免相邻平行走线,最好在线间加地线,以防反馈
耦合。
5.双面板电源线、地线的走向最好与数据流向一致,以增强抗噪声能力。
6.数字地、模拟地要分开,对低频电路,地应尽量采用单点并联接地;高
频电路宜采用多点串联接地。
对于数字电路,地线应闭合成环路,以提
高抗噪声能力。
7.对于时钟线和高频信号线要根据其特性阻抗要求考虑线宽,做到阻抗匹
配。
8.整块线路板布线、打孔要均匀,避免出现明显的疏密不均的情况。
当印
制板的外层信号有大片空白区域时,应加辅助线使板面金属线分布基本
平衡。
(二)对布线设计的工艺要求
1.通常我们布线时最常用的走线宽度、过孔尺寸:
注意:
BGA封装元件下方的过孔,根据加工工艺的要求,需要在其正、反两
面用阻焊层覆盖。
1)当走线宽度为0.3mm时
2)当走线宽度为0.2mm时:
3)当走线宽度为0.15mm时
4)当走线宽度为0.12mm时
值得注意的是,BGA下方的焊盘和焊盘间过孔焊盘的间距也为线宽。
且由于
工艺方面的难度,不推荐使用0.12mm的线宽。
5)当线宽小于等于0.12mm时,过孔焊盘需要加泪滴,表中的T即代表
需要加泪滴。
当板子的尺寸大于600mm时,过孔的焊盘宽度需要增大
0.1mm。
表中单位:
mm
对于非金属化孔,阻焊窗直径(thesolderresistwindow)应该比孔的直径
大0.50mm。
而表层隔离区宽度也由孔的尺寸决定,当孔的直径小于等于
3.3mm时,其范围是“孔径+2.0”;当孔的直径大于3.3mm时,其范围是孔
径的1.6倍。
内层的隔离区范围是“孔径+2.0mm”
2.具体的布线原则:
1)电源和地的布线
尽量给出单独的电源层和底层;即使要在表层拉线,电源线和地线也要尽量的
短且要足够的粗。
对于多层板,一般都有电源层和地层。
需要注意的只是模拟部分和数字部分的
地和电源即使电压相同也要分割开来。
对于单双层板电源线应尽量粗而短。
电源线和地线的宽度要求可以根据1mm
的线宽最大对应1A的电流来计算,电源和地构成的环路尽量小。
如下图:
为了防止电源线较长时,电源线上的耦合杂讯直接进入负载器件,应在进入每
个器件之前,先对电源去藕。
且为了防止它们彼此间的相互干扰,对每个负载
的电源独立去藕,并做到先滤波再进入负载。
如下图:
在布线中应保持接地良好。
如下图。
2)特殊信号线布线
A.时钟的布线:
时钟线作为对EMC影响最大的因素之一。
在时钟线应少打过孔,尽量避免和
其它信号线并行走线,且应远离一般信号线,避免对信号线的干扰。
同时应避开板上的电源部分,以防止电源和时钟互相干扰。
当一块电路板上用到多个不同频率的时钟时,两根不同频率的时钟线不可并行
走线。
时钟线还应尽量避免靠近输出接口,防止高频时钟耦合到输出的cable线上并
沿线发射出去。
如果板上有专门的时钟发生芯片,其下方不可走线,应在其下方铺铜,必要时
还可以对其专门割地。
对于很多芯片都有参考的晶体振荡器,这些晶振下方也不应走线,要铺铜隔离。
同时可将晶振外壳接地
对于简单的单,双层板没有电源层和地层,时钟走线可以参看下图
B.成对差分信号线走线
成对出现的差分信号线,一般平行走线,尽量少打过孔,必须打孔时,应两线
一同打孔,以做到阻抗匹配。
C.相同属性的一组总线,应尽量并排走线,做到尽量等长。
D.一些基本的走线原则。
考虑到散热,避免连焊等因素,尽量采用下图所示的Goodlay-out,避免Bad
lay-out。
两焊点间距很小(如贴片器件相邻的焊盘)时,焊点间不得直接相连。
从贴片焊盘引出的过孔尽量离焊盘远些。
3)敷铜的添加
多层板内层敷铜,要用负片(Negative)。
外层敷铜如要完全添实,不应有
一丝空隙,最好用网格形式敷铜,其网格最小不得小于0.6mmX0.6mm,
建议使用30milX30mil的网格敷铜。
如图
三.PCB设计的后处理规范
(一)测试点的添加原则
测试点的选择:
1)测试点均匀分布于整个PBA板上。
2)器件的引出管脚,测试焊盘,连接器的引出脚及过孔均可作为测试点,
但是过孔是最不良的测试点。
3)贴片元件最好采用测试焊盘作为测试点。
4)布线时每一条网络线都要加上测试点,测试点离器件尽量远,两个测试
点的间距不能太近,中心间距应有2.54mm;如果在一条网络线上已
经有PAD或Via时,则可以不用另加测试焊盘。
5)不可选用bottomlayer上的贴片元件的焊盘作为测试点使用。
6)对电源和地应各留10个以上的测试点,且均匀分布于整个PCBA板上,
用以减少测试时反向驱动电流对整个PCBA板上电位的影响,要确保整
个PCBA板上等电位。
7)对带有电池的PCBA板进行测试时,应使用跨接线,以防止电池周围的
短路无法检测。
8)测试点的添加时,附加线应该尽量短,如下图:
1.测试点的尺寸选择。
测试点有三种尺寸:
如图
其中:
A=1.0mm,B=0.40mm
注:
1)测试点可以是通孔焊盘、表面焊盘、过孔,但过孔必须有可以接触的铜。
2)当使用表面焊盘作为测试点时,应当将测试点尽量放在焊接面。
(二)PCB板的标注
1.元件和焊接面应有该PCB或PBA的编号和版本号。
在板的焊接面标明
光板号,在元件面标明装焊号,装焊号一般是在光板号的后面加1。
2.标注时,顶层(第一层)应该是元件面,且是正图形,焊接面则为反图形
(水平镜像),比如字符’b’,元件面中显示为’b’,焊接面显示为’d’。
3.如要做丝印,丝印字符要有1.5~2.0mm的高度和0.2~0.254的线宽。
4.PCB层的标识
为了多层板生产检查(如在层压中)的需要,要对PCB的不同层加上层的标
识和命名
1)多层板的边缘层标记(EdgeLayerMarking)
边缘层标识为:
在板的边缘上,放长1.6mm宽1.0mm的铜,放在各自的
层上。
每层的边缘层标识排列为从顶层到底层分别为从左到右依次排列(如
图)。
2)多层板的层标识和命名
为了满足PB生产的工艺要求,增加PB的可读性,在多层板上要加上层的
编号如图:
A.多层板层的编号原则:
对于顶层和底层分别有固定的编号为:
TopLayer为KK;BottomLayer
为KA。
而中间层的编号从底层到顶层为:
KA、KB、KC、KD……KK
(其中KI不用)。
最大可以表示10层板,如下所示:
(表示方法有二种,
推荐使用第二种)
1.对于2层板:
顶层(TopLayer)KK1
底层(Bottom)KA2
2.对于4层板:
顶层(TopLayer)KK1
中间1层KC2
中间2层KB3
底层(Bottom)KA4
3.对于6层板:
顶层(TopLayer)KK1
中间1层KE2
中间2层KD3
中间3层KC4
中间4层KB5
底层(Bottom)KA6
4.对于8层板:
顶层(TopLayer)KK1
中间1层KG2
中间2层KF3
中间3层KE4
中间4层KD5
中间5层KC6
中间6层KB7
底层(Bottom)KA8
5.对于10层板:
顶层(TopLayer)KK1
中间1层KJ2
中间2层KH3
中间3层KG4
中间4层KF5
中间5层KE6
中间6层KD7
中间7层KC8
中间8层KB9
底层(Bottom)KA10
6.当板的层数达12层,将前一位的字母K改为L对于12层板如下
所示,12层的板依次类推。
顶层(TopLayer)KK1
中间1层LB2
中间2层LA3
中间3层KJ4
中间4层KH5
中间5层KG6
中间6层KF7
中间7层KE8
中间8层KD9
中间9层KC10
中间10层KB11
底层(Bottom)KA12
B.多层板层的编号标注原则
标注原则为:
■对于各层的标注应放在各自的层上,用当前层的文字(TEXT)表示
■其中顶层(TopLayer)的标注,从顶层向底层看是正的字符(正字
符);而底层(BottomLayer)的标注,从顶层向底层看是反的字符(反
字符)
■其它各层为从顶层向底层数,奇数为反字符,偶数为正字符。
下面是一个6层板的标注,示例如图:
其中的黑色小方块为边缘的层标志。
(三)加工数据文件的生成及PCB的说明
1.PCB的板厚度、铜箔厚度说明
1)当需要对PCB板进行特性阻抗控制时,可说明各层材料的厚度,或要
求生产厂商对特性阻抗进行控制。
2)PCB的厚度种类有1.0mm,1.5mm,1.6mm,2.4mm,3.2mm,
4.4mm等。
A.对于普通PCB厚度通常为1.6mm
B.对于背板厚度通常为3.2mm(特殊为2.4mm或4.4mm)
3)PCB的铜箔厚度种类有5μm(μm以下简称μ),9μ,12μ,17.5μ,
35μ,70μ,105μ。
A.对于普通PCB内层铜箔厚度通常为35μ;外层为17.5μ,对于特
殊的PCB可以用35μ、70μ(如电源板)。
B.对于背板PCB铜箔厚度通常为17.5μ或35μ。
2.加工数据文件的生成
当设计师完成PCB的设计后,必须生成生产和装配所需的文件,分别为:
■PCB生产需要的文件:
GERBER文件(光绘文件)和DRILL文件(钻孔文件)
1)Gerber文件,要包含D码,即扩展Gerber格式文件。
除了各层的
Gerber文件,还根据情况分别提供正、反面的阻焊、助焊、丝网Gerber
数据,并分别注明各文件内容。
2)(NC)钻孔文件,要区分金属孔,非金属孔(特别是装配孔要说明为非
金属孔),异形孔的位置。
并提供数控钻工具图表。
3)要说明是几层板。
■PBA装配需要的文件:
1)对于VeriBest软件需要输出以下格式的文件:
GENCAD(MITRONCADFILE)
ODB++
2)对于Mentor软件需要输出以下格式的文件:
/design/pub:
trace(traces.traces_rev#)
tech
layers
apeture_table(thermalpads)
testpoints(optional)
/mfg/:
neture_file
geoms_ascii
四.名词解释
(一)金属化孔、非金属化孔、导通孔、异形孔、装配孔。
■金属化孔:
金属化孔(PlatedthroughHole)是经过金属化处理的孔,能
导电。
■非金属化孔(Nu-PlatedthroughHole)是没有金属化理,不能导电,
通常为装配孔。
■导通孔是金属的,但一般不装配器件,通常为过孔(Via)。
■异形孔是形状不为圆形,如为椭圆形,正方形的孔。
■装配孔是用于装配器件,或固定印制板的孔。
(二)定位孔和光学定位点。
■定位孔指放置在板边缘上的用于电路板生产的非金属孔。
■光学定位点指为了满足电路板自动化生产需要,而在板上放置的用于
元件贴装和板测试定位的特殊焊盘。
(三)负片(Negative)和正片(Positive)。
■负片(Negative)指一块区域,在计算机和胶片中看来是透明的地方
代表有物质(如铜箔,阻焊…)。
负片主要用于内层,当有大面积的敷铜
时,使用正片将产生非常大的数据,导致无法光绘,因此采用负片。
■正片(Positive)与负片相反。
(四)回流焊(ReflowSoldering)和波峰焊(WaveSolder)。
■回流焊(ReflowSoldering):
一种焊接工艺,既熔化已放在焊点上的焊
料,形成焊点。
主要用于表面贴装元件的焊接。
■波峰焊(WaveSolder):
一种能焊接大量焊点的工艺,即在熔化焊料形
成的波峰上,通过印制板,形成焊点。
主要用于插脚元件的焊接。
(五)PCB和PCBA
■PCB(PrintedCircuitBoard)即印刷电路板。
■PCBA(PrintedCircuitBoardAssembly)指装配元器件后的电路板。
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