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聊一聊PCB规划、布局和布线方面的设计技巧

2017年08月15日 16:17 次阅读

在开始布线之前应该对设计进行认真的分析以及对工具软件进行认真的设置,这会使设计更加符合要求。

1 确定PCB的层数

电路板尺寸和布线层数需要在设计初期确定。布线层的数量以及层叠(STack-up)方式会直接影响到印制线的布线和阻抗。板的大小有助于确定层叠方式和印制线宽度,实现期望的设计效果。目前多层板之间的成本差别很小,在开始设计时最好采用较多的电路层并使敷铜均匀分布。

2 设计规则和限制

要顺利完成布线任务,布线工具需要在正确的规则和限制条件下工作。要对所有特殊要求的信号线进行分类,每个信号类都应该有优先级,优先级越高,规则也越严格。规则涉及印制线宽度、过孔的最大数量、平行度、信号线之间的相互影响以及层的限制, 这些规则对布线工具的性能有很大影响。

3 组件的布局

在最优化装配过程中,可制造性设计(DFM)规则会对组件布局产生限制。如果装配部门允许组件移动,可以对电路适当优化,更便于自动布线。所定义的规则和约束条件会影响布局设计。自动布线工具一次只会考虑一个信号,通过设置布线的约束条件以及设定可布信号线的层,可以使布线工具能像设计师所设想的那样完成布线。

比如,对于电源线的布局:

①在PCB 布局中应将电源退耦电路设计在各相关电路附近, 而不要放置在电源部分,否则既影响旁路效果, 又会在电源线和地线上流过脉动电流,造成窜扰;

②对于电路内部的电源走向,应采取从末级向前级供电,并将该部分的电源滤波电容安排在末级附近;

③对于一些主要的电流通道,如在调试和检测过程中要断开或测量电流,在布局时应在印制导线上安排电流缺口。

另外,要注意稳压电源在布局时,尽可能安排在单独的印制板上。当电源与电路合用印制板时,在布局中,应该避免稳压电源与电路元件混合布设或是使电源和电路合用地线。因为这种布线不仅容易产生干扰,同时在维修时无法将负载断开,到时只能切割部分印制导线,从而损伤印制板。

虽然目前来看,PCB的表面处理工艺方面的变化并不是很大,好像还是比较遥远的事情,但是应该注意到:长期的缓慢变化将会导致巨大的变化。在环保呼声愈来愈高的情况下,PCB的表面处理工艺未来肯定会发生巨变。

表面处理最基本的目的是保证良好的可焊性或电性能。由于自然界的铜在空气中倾向于以氧化物的形式存在,不大可能长期保持为原铜,因此需要对铜进行其他处理。虽然在后续的组装中,可以采用强助焊剂除去大多数铜的氧化物,但强助焊剂本身不易去除,因此业界一般不采用强助焊剂。

现在有许多PCB表面处理工艺,常见的是热风整平、有机涂覆、化学镀镍/浸金、浸银和浸锡这五种工艺,下面将逐一介绍。

1、热风整平(喷锡)

热风整平又名热风焊料整平(俗称喷锡),它是在PCB表面涂覆熔融锡(铅)焊料并用加热压缩空气整(吹)平的工艺,使其形成一层既抗铜氧化,又可提供良好的可焊性的涂覆层。热风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属间化合物。PCB进行热风整平时要沉在熔融的焊料中;风刀在焊料凝固之前吹平液态的焊料;风刀能够将铜面上焊料的弯月状最小化和阻止焊料桥接。

2、有机可焊性保护剂(OSP)

OSP是印刷电路板(PCB)铜箔表面处理的符合RoHS指令要求的一种工艺。 OSP是Organic Solderability PreservaTIves的简称, 中译为有机保焊膜,又称护铜剂,英文亦称之Preflux。 简单地说,OSP就是在洁净的裸铜表面上,以化学的方法长出一层有机皮膜。

这层膜具有防氧化,耐热冲击,耐湿性,用以保护铜表面于常态环境中不再继续生锈 (氧化或硫化等);但在后续的焊接高温中,此种保护膜又必须很容易被助焊剂所迅速清除,如此方可使露出的干净铜表面得以在极短的时间内与熔融焊锡立即结合 成为牢固的焊点。

3、全板镀镍金

板镀镍金是在PCB表面导体先镀上一层镍后再镀上一层金,镀镍主要是防止金和铜间的扩散。现在的电镀镍金有两类:镀软金(纯金,金表面看起来不亮)和镀硬金(表面平滑和硬,耐磨,含有钴等其他元素,金表面看起来较光亮)。软金主要用于芯片封装时打金线;硬金主要用在非焊接处的电性互连。

4、沉金

沉金是在铜面上包裹一层厚厚的、电性良好的镍金合金,这可以长期保护PCB;另外它也具有其它表面处理工艺所不具备的对环境的忍耐性。此外沉金也可以阻止铜的溶解,这将有益于无铅组装。

5、沉锡

由于目前所有的焊料都是以锡为基础的,所以锡层能与任何类型的焊料相匹配。沉锡工艺可以形成平坦的铜锡金属间化合物,这个特性使得沉锡具有和热风整平一样的好的可焊性而没有热风整平令人头痛的平坦性问题;沉锡板不可存储太久,组装时必须根据沉锡的先后顺序进行。

6、沉银

沉银工艺介于有机涂覆和化学镀镍/沉金之间,工艺比较简单、快速;即使暴露在热、湿和污染的环境中,银仍然能够保持良好的可焊性,但会失去光泽。沉银不具备化学镀镍/沉金所具有的好的物理强度因为银层下面没有镍。

7、化学镍钯金

化学镍钯金与沉金相比是在镍和金之间多了一层钯,钯可以防止出现置换反应导致的腐蚀现象,为沉金作好充分准备。金则紧密的覆盖在钯上面,提供良好的接触面。

8、电镀硬金

为了提高产品耐磨性能,增加插拔次数而电镀硬金。

随着用户要求愈来愈高,环境要求愈来愈严,表面处理工艺愈来愈多,到底该选择那种有发展前景、通用性更强的表面处理工艺,目前看来好像有点眼花缭乱、扑朔迷离。PCB表面处理工艺未来将走向何方,现在亦无法准确预测。不管怎样,满足用户要求和保护环境必须首先做到!

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滤波时选用电感,电容值的方法是什么? 模拟电源处的滤波经常是用LC电路。但是为什么有时LC比RC滤...

发表于 2018-03-20 16:26 504次阅读
PCB设计十问十答

如何权衡PCB的电源分配网络设计

回路电感的大小取决于电容到过孔的这段线的线宽和线长,走线的长度即连接电容和电源/地平面长度,两个孔间...

发表于 2018-03-20 14:42 234次阅读
如何权衡PCB的电源分配网络设计

PCB镀覆废液在综合利用上投资,能够节约资金降低...

从长远来看,PCB镀覆废液在综合利用上投资,能够节约资金降低成本。 PCB镀覆使用多种化学产品。这些...

发表于 2018-03-20 11:31 446次阅读
PCB镀覆废液在综合利用上投资,能够节约资金降低...

根据经验总结的PCB设计完成后需要检查的内容

检查高频、高速、时钟及其他脆弱信号线,是否回路面积最小、是否远离干扰源、是否有多余的过孔和绕线、是否...

发表于 2018-03-20 11:25 561次阅读
根据经验总结的PCB设计完成后需要检查的内容

PCB布局布线的100个基本问题解答

在电子产品设计中,PCB 布局布线是最重要的一步,PCB 布局布线的好坏将直接影响电路的性能。现在,...

发表于 2018-03-20 10:03 679次阅读
PCB布局布线的100个基本问题解答

到底该学哪个PCB设计软件,三大PCB设计软件介...

PADS的前身是 POWER PCB ,这个软件界面菜单很少,上手不难。我估计也是这一点能得到了市场...

发表于 2018-03-20 08:55 663次阅读
到底该学哪个PCB设计软件,三大PCB设计软件介...

IP无绳电话PCB电路原理图

IP电话其实就是通信网络通过TCP/IP协议实现的一种电话应用而已,而这种应用主要包括PC to P...

发表于 2018-03-18 10:56 664次阅读
IP无绳电话PCB电路原理图

PCB工程师面试题_这些你是否都会

以下是深圳某公司的PCB工程师面试题目,来试下你会几题。(答案在最下方) 一、填空 1.PCB上的互...

发表于 2018-03-17 11:51 807次阅读
PCB工程师面试题_这些你是否都会

射频/微波PCB设计详情

如今的电子产品已经不再像上世纪 70 年代的电视和电冰箱一样,消费者每隔十年才更新换代一次。现在几乎...

发表于 2018-03-17 11:47 602次阅读
射频/微波PCB设计详情

PCB阻焊工序常见的品质问题及改善措施

阻焊是印刷在PCB表面的一层油墨,它既起到绝缘作用,又起到保护铜面的作用,更起到美观漂亮的作用,它就...

发表于 2018-03-17 11:11 635次阅读
PCB阻焊工序常见的品质问题及改善措施

封装/PCB系统设计需要进行热分析

如今越来越多的封装/ PCB系统设计需要进行热分析。功耗是封装/ PCB系统设计中的关键问题,需要仔...

发表于 2018-03-17 11:08 681次阅读
封装/PCB系统设计需要进行热分析

如何处理PCB设计过程中共阻抗及抑制问题?

共阻干扰是由PCB上大量的地线造成。

发表于 2018-03-16 16:46 649次阅读
如何处理PCB设计过程中共阻抗及抑制问题?

10条EMC设计建议

地平面的设计。低感抗的地回路是PCB设计过程中抑制EMC问题的最有效方法。扩大地平面区域,降低地回路...

发表于 2018-03-16 14:06 597次阅读
10条EMC设计建议

覆铜板是下游PCB的核心材料,也是PCB原材料成...

覆铜板是下游PCB的核心材料,占PCB原材料成本最高,约为35%,而覆铜板的原材料中,铜箔占30%~...

发表于 2018-03-16 11:48 1786次阅读
覆铜板是下游PCB的核心材料,也是PCB原材料成...

电子元器件的支撑体PCB基材成分及特性

PCB,中文名称为印制电路板,又称印刷线路板,是重要的电子部件,是电子元器件的支撑体,是电子元器件电...

发表于 2018-03-16 11:30 671次阅读
电子元器件的支撑体PCB基材成分及特性

一个关于LPUART输出异常问题分享

使用STM32L496的Nucleo板的LPUART 做打印输出时,电脑端始终没法出现任何信息。 ...

发表于 2018-03-16 10:12 509次阅读
一个关于LPUART输出异常问题分享

埋容PCB的概念与设计

一.埋容概念 使用特殊材料制作成的电容,并将其放入PCB的内层。 (FaradFlex埋...

发表于 2018-03-16 09:32 623次阅读
埋容PCB的概念与设计

PCB抄板步骤和反抄板对策详解

PCB抄板的技术实现过程简单来说,就是先将要抄板的电路板进行扫描,记录详细的元器件位置,然后将元器件...

发表于 2018-03-16 08:39 4978次阅读
PCB抄板步骤和反抄板对策详解

PCB焊接质量的因素及画PCB图时的建议

焊接厂本身无法逾越的环节就是PCB画图的环节。由于做电路设计的人往往不焊电路板从而无法获得直接的焊接...

发表于 2018-03-16 08:35 536次阅读
PCB焊接质量的因素及画PCB图时的建议

RF和混合信号PCB布局最佳指南(专家应用笔记)

摘要: 摘要:本应用笔记提供关于射频(RF)印刷电路板(PCB)设计和布局的指导及建议,包括关于混合...

发表于 2018-03-15 18:15 1989次阅读
RF和混合信号PCB布局最佳指南(专家应用笔记)

PCB布线与设计制造的10条黄金法则

本文以下内容介绍了电子设计工程师在使用设计软件进行PCB布局设计及制造时应牢记并践行的十条最有效的设...

发表于 2018-03-15 14:53 441次阅读
PCB布线与设计制造的10条黄金法则

PCB的生产制造过程涉及到多种物理或化学工艺,污...

PCB同仁都知道,由于PCB的生产制造过程涉及到多种物理或化学工艺,生产工艺较为复杂,会产生废水、废...

发表于 2018-03-15 14:51 869次阅读
PCB的生产制造过程涉及到多种物理或化学工艺,污...

锂电池重要材料铜箔的制造以及技术发展趋势

覆铜箔层压板及印制线路板用铜箔:CCL及PCB是铜箔应用最广泛的领域。PCB目前已经成为绝大多数电子...

发表于 2018-03-15 11:21 1389次阅读
锂电池重要材料铜箔的制造以及技术发展趋势

PCB高频板板材选用及生产加工方法

高频板是指电磁频率较高的特种线路板

发表于 2018-03-15 10:51 544次阅读
PCB高频板板材选用及生产加工方法

可有效应对硬件电磁干扰的几种方法

对于新手来说,在单片机的电路设计中可能不会很注意电路设计中电磁干扰对设计本身的输入输出的影响,但是对...

发表于 2018-03-15 10:31 3487次阅读
可有效应对硬件电磁干扰的几种方法