PCB设计原理及规范处理.docx

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1、PCB 设 计 规 范二 O 一 O 年 八 月目 录一 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

2、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 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 - - - - - - - - - - - - - - - -

3、 - - - - - - - - - - - - - 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（Posit

4、ive） - - - - - - - - - - - - - - - - 33 回流焊（Reflow Soldering）和波峰焊（Wave Solder）- - - - - 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

5、，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

6、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： 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450mm500mm。B PCB 的板边框（Board Outline）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

7、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

8、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（126mi

9、l）；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（Lead Pitch）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（Lead Pitch）0.5mm 那么可以不加元件定位点，反之一定要加参考点。

10、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）。 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

11、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

12、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7.62 mm（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

13、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 线应避免锐角、直角。采用走线。 相邻层信号线为正交方向。 高频信号尽可能短。 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。 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。 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。 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。 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。

14、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 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，

15、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（the solder resist window）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” 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

16、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

17、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Good lay-o

18、ut,避免Badlay-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0.6mm X 0.6mm，建议使用30mil X 30mil 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）

19、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bottom layer 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： 测试点的尺寸选择。测试点有三种尺寸：如图其中：A

20、=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 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。 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。 如要做丝印，丝印字符要有1.52.0mm 的高度和0.20.254 的线宽。 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

21、的不同层加上层的标识和命名1） 多层板的边缘层标记（Edge Layer Marking）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：Top Layer 为 KK；Bottom Layer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

22、第二种） 对于2 层板：顶层（Top Layer） KK 1底层（Bottom） KA 2 对于4 层板：顶层（Top Layer） KK 1中间1层 KC 2中间2层 KB 3底层（Bottom） KA 4 对于6 层板：顶层（Top Layer） KK 1中间1层 KE 2中间2层 KD 3中间3层 KC 4中间4层 KB 5底层（Bottom） KA 6 对于8 层板：顶层（Top Layer） KK 1中间1层 KG 2中间2层 KF 3中间3层 KE 4中间4层 KD 5中间5层 KC 6中间6层 KB 7底层（Bottom） KA 8 对于10 层板：顶层（Top Layer） K

23、K 1中间1层 KJ 2中间2层 KH 3中间3层 KG 4中间4层 KF 5中间5层 KE 6中间6层 KD 7中间7层 KC 8中间8层 KB 9底层（Bottom） KA 10 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（Top Layer） KK 1中间1层 LB 2中间2层 LA 3中间3层 KJ 4中间4层 KH 5中间5层 KG 6中间6层 KF 7中间7层 KE 8中间8层 KD 9中间9层 KC 10中间10 层 KB 11底层（Bottom） KA 12B 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

24、层上，用当前层的文字（TEXT）表示 其中顶层（Top Layer）的标注，从顶层向底层看是正的字符（正字符）；而底层（Bottom Layer）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 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

25、PCB 厚度通常为1.6mmB 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5m（m 以下简称），9，12，17.5，35，70，105。A 对于普通PCB 内层铜箔厚度通常为35；外层为17.5，对于特殊的PCB 可以用35、70（如电源板）。B 对于背板PCB 铜箔厚度通常为17.5或35。 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G

26、erber 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 （MITRON CAD FILE）ODB+2） 对于Mentor 软件需要输出以下格式的文件：/design/pub: trace (traces.traces_rev#)techlayersapeture_table(thermal pads)test poin

27、ts(optional)/mfg/: neture_filegeoms_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（Plated through Hole）是经过金属化处理的孔，能导电。 非金属化孔（Nu-Plated through Hole）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

28、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（Reflow Soldering）和波峰焊（Wave Solder）。 回流焊(Reflow Soldering)：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(Wave Solder)：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（Printed Circuit Board）即印刷电路板。 PCBA（Printed Circuit Board Assembly）指装配元器件后的电路板。