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PCB设计的简单原则

八月 06, 2021 | John Steinar Johnsen, Elmatica
PCB设计的简单原则

PCB与其他电子元件一样,不同之处在于它不会放在货架上等待客户购买,而是在客户下订单后才开始生产。在我看来,它是最重要的元件,因为它是连接其他元件的载体或基础。由于PCB肩负这一重任,因此要在生产前做些额外的工作,以确保所有数据正确且设计可行。糟糕的设计可能会导致连接不良和故障,这不是制造商想要的结果。

PCB设计中会产生层出不穷的问题。奇怪的是,经过多年的生产和发展,除了受与PCB技术相关变化的影响以外,许多问题仍然是相同的。

 

宁多毋少

对于经验不足的PCB设计师和工程师,多多寻求专业帮助,至关重要。

事先不提出问题的后果和代价可能很高。我的经验是,越早参与设计,产品就越好。从产品或PCB的创意开始,就让适当的团队参与进来。对PCB有了正确的了解,就能够根据知识和经验做出决策。这有助于确保PCB生产过程尽可能顺利。

 

双重检查

设计审查阶段确保由其他人再次检查PCB设计的特性和功能,检测各种电路的互连。对设计进行符合规范要求的审查时,错误可能会在生产早期被发现,否则往往到生产后期才能被发现,更糟的是,甚至根本没有发现错误。

 

多交流,跳出思维定势

PCB设计是一个长期的且需要协作的过程,如果工程师们仅专注于自己的难题而忘记了共享信息,就会出现错误甚至有挫败感。设计师应该不断进行交流,不仅互相之间要分享想法和改进措施,还要与项目的每位成员分享信息。

如果能避免这类常见错误,就能够节省PCB的设计时间和成本,构建从设计到生产都更稳定的高质量项目。

这些初始的基本阶段通常与功能、技术、材料选择、层和叠层的构建形式以及电气设计要求有关。此外成本因素也不容忽视。我之前已经在各种文章提到过这些因素,将来还会多次提到。

 

寻找错误就像鹰寻找猎物

然而这里有一个侧重点是,作为设计师完成最后一个连接后,成功运行了设计规则检查(DRC),没有收到任何错误消息,但设计仍尚未针对生产进行优化。

对此我已经解释过无数次了。在项目的这一阶段,寻找改进措施和错误,就像老鹰寻找猎物一样,要拿出鹰眼般的敏锐来研究设计,整理PCB布局。其目的是改进可制造性,从而提升PCB的品质及生产良率。更高的良率可以节省设计时间和成本。

作为一名设计师,了解最关键的工艺及选择的结果很重要,因为这对于获得成功生产PCB的最佳可能条件至关重要。这将有利于生成更稳定的高质量项目。

 

相关建议

其中一些选择可能会包含在CAD软件库中。例如,如何从一堆焊盘选定SMT焊盘?我建议选用圆角方形/矩形焊盘(图1)。这类焊盘电气性能良好,有利于PCB生产、组装和焊接。

 

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需要注意什么

如何改进布线?

通过尽可能增加导体、导通孔和焊盘之间的距离来改进布线。移动连接线使其居中(图2)。图3中的所有样例走线距离机械钻孔太近,需要增加焊盘和走线以及差分对之间的距离。

 

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如何连接相邻的焊盘?

它不应该看起来像成品板上的短路(图4)。

 

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焊接中防止焊膏在未覆盖阻焊膜的导通孔上流动

确保导通孔与SMD焊盘之间有足够的空间放置阻焊膜。另一种方法是缩小阻焊膜开口,使其略大于钻孔。具体请参阅IPC标准《IPC-4761印制板PCB导通孔结构保护设计指南》,以找到适合设计的解决方案。或直接询问相关人员。

 

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需要参考平面的关键信号

确保连接与相邻焊盘之间的距离足够远,以便它们能够在其下方或上方获得所需的参考铜平面(图6)。

 

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分布不均衡的铜分布会导致弓曲和扭曲

层间铜覆盖率是指由PCB的黏合过程造成层间的低压区。图7中,所有红色特征是内层的平衡图形。该PCB为14层,其中有8层为相似的层。

 

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相同的网间距

从电气设计的角度,不同的网间距是没问题的(图8),但在自动光学检测(AOI)时,会出错并延误生产。通常在样本中,相同的网间距在45μm以下。

 

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多余的角会造成酸性物质的残留

在这些尖利的锐角中,工艺中的化学物质会残留下来,随着时间的推移会导致连接减少或断开(图9)。

 

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后处理中设置和关注的参数

你是否会保留或移除无用的焊盘和导通孔?任何规则都有例外,但我的建议是,对于通孔元件和螺丝孔,要保留所有层上的焊盘(图10)。

 

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如果低压区域没有风险,允许去除未使用的导通孔焊盘。不要在导通孔比例较高的局部区域(例如典型的BGA区域)去除所有未使用的导通孔焊盘。BGA区域在焊接过程中可能需要较高的温度。去除所有未使用的导通孔焊盘会加快分层。

 

添加泪滴焊盘或者雪人焊盘?

我的建议是添加该特征(图11)。

 

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我研究PCB几十年了。其间,我举办了许多线下研讨会和线上研讨会,与客户沟通,改进设计,取消设计,指导学生,绘制了数百张图纸,讲解基础知识,体验先进的技术和材料,并将PCB设计推向极限。

然而,即使技术已经很先进了,有时候回归原点,问一些简单的问题是很有必要的,在考虑炫酷和先进的功能之前,先确保你想设计的东西是可行的。只要问,你就会得到答案。务必确保资源可靠。

 

John Steinar Johnsen 任 Elmatica 公司高级技术顾问。

 

由于篇幅有限,本文节选刊登,更多内容请点击这里查看,文章发表于《PCB007中国线上杂志》7月号,更多精彩原创内容,欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。

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标签:
#PCB  #Design  #设计  #简单原则 


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