印制电路板的布线技巧及有哪几种最佳焊接方法

随着电子技术的快速发展，印制电路板广泛应用于各个领域，几乎所有的电子设备中都包含相应的印制电路板。为保证电子设备正常工作，减少相互间的电磁干扰，降低电磁污染对人类及生态环境的不利影响，电磁兼容设计不容忽视。本文介绍了印制电路板的设计方法和技巧。在印制电路板的设计中，元器件布局和电路连接的布线是关键的两个环节。

布局

布局，是把电路器件放在印制电路板布线区内。布局是否合理不仅影响后面的布线工作，而且对整个电路板的性能也有重要影响。在保证电路功能和性能指标后，要满足工艺性、检测和维修方面的要求，元件应均匀、整齐、紧凑布放在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接，以得到均匀的组装密度。

按电路流程安排各个功能电路单元的位置，输入和输出信号、高电平和低电平部分尽可能不交叉，信号传输路线最短。

功能区分

元器件的位置应按电源电压、数字及模拟电路、速度快慢、电流大小等进行分组，以免相互干扰。

电路板上同时安装数字电路和模拟电路时，两种电路的地线和供电系统完全分开，有条件时将数字电路和模拟电路安排在不同层内。电路板上需要布置快速、中速和低速逻辑电路时，应安放在紧靠连接器范围内;而低速逻辑和存储器，应安放在远离连接器范围内。这样，有利于减小共阻抗耦合、辐射和交扰的减小。时钟电路和高频电路是主要的骚扰辐射源，一定要单独安排，远离敏感电路。

布线

1、导线

⑴宽度印制导线的最小宽度，主要由导线和绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。印制导线可尽量宽一些，尤其是电源线和地线，在板面允许的条件下尽量宽一些，即使面积紧张的条件下一般不小于1mm。特别是地线，即使局部不允许加宽，也应在允许的地方加宽，以降低整个地线系统的电阻。对长度超过80mm的导线，即使工作电流不大，也应加宽以减小导线压降对电路的影响。

⑵长度要极小化布线的长度，布线越短，干扰和串扰越少，并且它的寄生电抗也越低，辐射更少。特别是场效应管栅极，三极管的基极和高频回路更应注意布线要短。

⑶间距相邻导线之间的距离应满足电气安全的要求，串扰和电压击穿是影响布线间距的主要电气特性。为了便于操作和生产，间距应尽量宽些，选择最小间距至少应该适合所施加的电压。这个电压包括工作电压、附加的波动电压、过电压和因其它原因产生的峰值电压。当电路中存在有市电电压时，出于安全的需要间距应该更宽些。

⑷路径信号路径的宽度，从驱动到负载应该是常数。改变路径宽度对路径阻抗（电阻、电感、和电容）产生改变，会产生反射和造成线路阻抗不平衡。所以，最好保持路径的宽度不变。在布线中，最好避免使用直角和锐角，一般拐角应该大于90°。直角的路径内部的边缘能产生集中的电场，该电场产生耦合到相邻路径的噪声，45°路径优于直角和锐角路径。当两条导线以锐角相遇连接时，应将锐角改成圆形。

2、孔径和焊盘尺寸

元件安装孔的直径应该与元件的引线直径较好的匹配，使安装孔的直径略大于元件引线直径的（0.15～0.3）mm。通常DIL封装的管脚和绝大多数的小型元件使用0.8mm的孔径，焊盘直径大约为2mm。对于大孔径焊盘为了获得较好的附着能力，焊盘的直径与孔径之比，对于环氧玻璃板基大约为2，而对于苯酚纸板基应为（2.5～3）。

过孔，一般被使用在多层PCB中，它的最小可用直径是与板基的厚度相关，通常板基的厚度与过孔直径比是6：1。高速信号时，过孔产生（1～4）nH的电感和（0.3～0.8）pF的电容的路径。因此，当铺设高速信号通道时，过孔应该被保持到绝对的最小。对于高速的并行线（例如地址和数据线），如果层的改变是不可避免，应该确保每根信号线的过孔数一样。并且应尽量减少过孔数量，必要时需设置印制导线保护环或保护线，以防止振荡和改善电路性能。

3、地线设计

不合理的地线设计会使印制电路板产生干扰，达不到设计指标，甚至无法工作。地线是电路中电位的参考点，又是电流公共通道。地电位理论上是零电位，但实际上由于导线阻抗的存在，地线各处电位不都是零。因为地线只要有一定长度就不是一个处处为零的等电位点，地线不仅是必不可少的电路公共通道，又是产生干扰的一个渠道。

一点接地是消除地线干扰的基本原则。所有电路、设备的地线都必须接到统一的接地点上，以该点作为电路、设备的零电位参考点（面）。一点接地分公用地线串联一点接地和独立地线并联一点接地。

公用地线串联一点接地方式比较简单，各个电路接地引线比较短，其电阻相对小，这种接地方式常用于设备机柜中的接地。独立地线并联一点接地，只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都直接接到这一点上，各电路的地电位只与本电路的地电流基地阻抗有关，不受其他电路的影响。

具体布线时应注意以下几点：

⑴走线长度尽量短，以便使引线电感极小化。在低频电路中，因为所有电路的地电流流经公共的接地阻抗或接地平面，所以避免采用多点接地。

⑵公共地线应尽量布置在印制电路板边缘部分。电路板上应尽可能多保留铜箔做地线，可以增强屏蔽能力。

⑶双层板可以使用地线面，地线面的目的是提供一个低阻抗的地线。

⑷多层印制电路板中，可设置接地层，接地层设计成网状。地线网格的间距不能太大，因为地线的一个主要作用是提供信号回流路径，若网格的间距过大，会形成较大的信号环路面积。大环路面积会引起辐射和敏感度问题。另外，信号回流实际走环路面积小的路径，其他地线并不起作用。

⑸地线面能够使辐射的环路最小。

在制作pcb电路板的过程中，焊接是一道比较重要的工序，焊接工序的好坏将会直接影响到电路板好坏，因此焊接电路板是需要一定的方法和技巧的。说说PCB电路板的好的焊接方法有哪些。

1 沾锡作用

当热的液态焊锡溶解并渗透到被PCB焊接的金属表面时，就称为金属的沾锡或金属被沾锡。焊锡与铜的混合物的分子形成一种新的部分是铜、部分是焊锡的合金，这种溶媒作用称为沾锡，它在各个部分之间构成分子间键，生成一种金属合金共化物。良好的分子间键的形成是PCB焊接工艺的核心，它决定了PCB焊接点的强度和质量。只有铜的表面没有污染，没有由于暴露在空气中形成的氧化膜才能沾锡，并且焊锡与工作表面需要达到适当的温度。

2 表面张力

大家都熟悉水的表面张力，这种力使涂有油脂的金属板上的冷水滴保持球状，这是由于在此例中，使固体表面上液体趋于扩散的附着力小于其内聚力。用温水和清洁剂清洗来减小其表面张力，水将浸润涂有油脂的金属板而向外流形成一个薄层，如果附着力大于内聚力就会发生这种情况。

锡-铅焊锡的内聚力甚至比水更大，使焊锡呈球体，以使其表面积最小化（同样体积情况下，球体与其他几何外形相比具有最小的表面积，用以满足最低能量状态的需求）。助焊剂的作用类似于清洁剂对涂有油脂的金属板的作用，另外，表面张力还高度依赖于表面的清洁程度与温度，只有附着能量远大于表面能量（内聚力）时，才能发生理想的沾锡。

3 金属合金共化物的产生

铜和锡的金属间键形成了晶粒，晶粒的形状和大小取决于PCB焊接时温度的持续时间和强度。PCB焊接时较少的热量可形成精细的晶状结构，形成具有最佳强度的优良PCB焊接点。反应时间过长，不管是由于PCB焊接时间过长还是由于温度过高或是两者兼有，都会导致粗糙的晶状结构，该结构是砂砾质的且发脆，切变强度较小。

采用铜作为金属基材，锡-铅作为焊锡合金，铅与铜不会形成任何金属合金共化物，然而锡可以渗透到铜中，锡和铜的分子间键在焊锡和金属的连接面形成金属合金共化物Cu3Sn 和Cu6Sn5。

金属合金层（n相+ε相）必须非常薄，激光PCB焊接中，金属合金层厚度的数量级为0.1mm ，波峰焊与手工烙铁焊中，优良PCB焊接点的金属间键的厚度多数超

过0.5μm 。由于PCB焊接点的切变强度随着金属合金层厚度的增加而减小，故常常试着将金属合金层的厚度保持在1μm 以下，这可以通过使PCB焊接的时间尽可能的短来实现。

金属合金共化物层的厚度依赖于形成PCB焊接点的温度和时间，理想的情况下，PCB焊接应在220 ‘t约2s 内完成，在该条件下，铜和锡的化学扩散反应将产生适量的金属合金结合材料Cu3Sn 和Cu6Sn5厚度约为0.5μm 。不充分的金属间键常见于冷PCB焊接点或PCB焊接时没有升高到适当温度的PCB焊接点，它可能导致PCB焊接面的切断。相反，太厚的金属合金层，常见于过度加热或PCB焊接太长时间的PCB焊接点，它将导致PCB焊接点抗张强度非常弱。

4 沾锡角

比焊锡的共晶点温度高出大约35℃时，当一滴焊锡放置于热的涂有助焊剂的表面上时，就形成了一个弯月面，在某种程度上，金属表面沾锡的能力可通过弯月面的形状来*估。如果焊锡弯月面有一个明显的底切边，形如涂有油脂的金属板上的水珠，或者甚至趋于球形，则金属为不可PCB焊接的。只有弯月面拉伸成一个小于30。的小角度才具有良好的PCB焊接性。

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