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印制電路板設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)滴 對(duì)于電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，印制電路板設(shè)計(jì)是其從電原理圖變成一個(gè)具體產(chǎn)品必經(jīng)的一道設(shè)計(jì)工序，其設(shè)計(jì)的合理性與產(chǎn)品生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量緊密相關(guān)，而對(duì)于許多剛從事電子設(shè)計(jì)的人員來(lái)說(shuō)，在這方面經(jīng)驗(yàn)較少，雖然已學(xué)會(huì)了印制電路板設(shè)計(jì)軟件，但設(shè)計(jì)出的印制電路板常有這樣那樣的問(wèn)題，而許多電子刊物上少有這方面文章介紹，筆者曾多年從事印制電路板設(shè)計(jì)的工作，在此將印制電路板設(shè)計(jì)的點(diǎn)滴經(jīng)驗(yàn)與大家分享，希望能起到拋磚引玉的作用。筆者的印制電路板設(shè)計(jì)軟件早幾年是TANGO，現(xiàn)在則使用PROTEL2.7 FOR WINDOWS。 板的布局： 印制電路板上的元器件放置的通常順序： 放置與結(jié)構(gòu)有緊密配合的固定位置的元器件，如電源插座、指示燈、開(kāi)關(guān)、連接件之類，這些器件放置好后用軟件的LOCK功能將其鎖定，使之以后不會(huì)被誤移動(dòng)； 放置電路上的特殊元件和大的元器件，如發(fā)熱元件、變壓器、IC等； 放置小器件。 元器件離板邊緣的距離：可能的話所有的元器件均放置在離板的邊緣3mm以內(nèi)或至少大于板厚，這是由于在大批量生產(chǎn)的流水電插件和進(jìn)行波峰焊時(shí)，要提供給導(dǎo)軌槽使用，同時(shí)也為了防止由于外形加工引起邊緣部分的缺損，如果印制電路板上元器件過(guò)多，不得已要超出3mm范圍時(shí)，可以在板的邊緣加上3mm的輔邊，輔邊開(kāi)V形槽，在生產(chǎn)時(shí)用手掰斷即可。 高低壓之間的隔離：在許多印制電路板上同時(shí)有高壓電路和低壓電路，高壓電路部分的元器件與低壓部分要分隔開(kāi)放置，隔離距離與要承受的耐壓有關(guān)，通常情況下在2000kV時(shí)板上要距離2mm，在此之上以比例算還要加大，例如若要承受3000V的耐壓測(cè)試，則高低壓電路之間的距離應(yīng)在3.5mm以上，許多情況下為避免爬電，還在印制電路板上的高低壓之間開(kāi)槽。 印制電路板的走電： 印制導(dǎo)電的布設(shè)應(yīng)盡可能的短，在高頻回路中更應(yīng)如此；印制導(dǎo)電的拐彎應(yīng)成圓角，而直角或尖角在高頻電路和布電密度高的情況下會(huì)影響電氣性能；當(dāng)兩面板布電時(shí)，兩面的導(dǎo)電宜相互垂直、斜交、或彎曲走電，避免相互平行，以減小寄生耦合；作為電路的輸入及輸出用的印制導(dǎo)電應(yīng)盡量避免相鄰平行，以免發(fā)生回授，在這些導(dǎo)電之間最好加接地電。 印制導(dǎo)電的寬度：導(dǎo)電寬度應(yīng)以能滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜，它的最小值以承受的電流大小而定，但最小不宜小于0.2mm，在高密度、高精度的印制電路中，導(dǎo)電寬度和間距一般可取0.3mm；導(dǎo)電寬度在大電流情況下還要考慮其溫升，單面板實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)銅箔厚度為50μm、導(dǎo)電寬度1～1.5mm、通過(guò)電流2A時(shí)，溫升很小，因此，一般選用1～1.5mm寬度導(dǎo)電就可能滿足設(shè)計(jì)要求而不致引起溫升；印制導(dǎo)電的公共地電應(yīng)盡可能地粗，可能的話，使用大于2～3mm的電條，這點(diǎn)在帶有微處理器的電路中尤為重要，因?yàn)楫?dāng)?shù)仉娺^(guò)細(xì)時(shí)，由于流過(guò)的電流的變化，地電位變動(dòng)，微處理器定時(shí)信號(hào)的電平不穩(wěn)，會(huì)使噪聲容限劣化；在DIP封裝的IC腳間走電，可應(yīng)用10－10與12－12原則，即當(dāng)兩腳間通過(guò)2根電時(shí)，焊盤(pán)直徑可設(shè)為50mil、電寬與電距都為10mil，當(dāng)兩腳間只通過(guò)1根電時(shí)，焊盤(pán)直徑可設(shè)為64mil、電寬與電距都為12mil。 印制導(dǎo)電的間距：相鄰導(dǎo)電間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產(chǎn)，間距也應(yīng)盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓。這個(gè)電壓一般包括工作電壓、附加波動(dòng)電壓以及其它原因引起的峰值電壓。如果有關(guān)技術(shù)條件允許導(dǎo)電之間存在某種程度的金屬殘粒，則其間距就會(huì)減小。因此設(shè)計(jì)者在考慮電壓時(shí)應(yīng)把這種因素考慮進(jìn)去。在布電密度較低時(shí)，信號(hào)電的間距可適當(dāng)?shù)丶哟螅瑢?duì)高、低電平懸殊的信號(hào)電應(yīng)盡可能地短且加大間距。 印制導(dǎo)電的屏蔽與接地：印制導(dǎo)電的公共地電，應(yīng)盡量布置在印制電路板的邊緣部分。在印制電路板上應(yīng)盡可能多地保留銅箔做地電，這樣得到的屏蔽效果，比一長(zhǎng)條地電要好，傳輸電特性和屏蔽作用將得到改善，另外起到了減小分布電容的作用。印制導(dǎo)電的公共地電最好形成環(huán)路或網(wǎng)狀，這是因?yàn)楫?dāng)在同一塊板上有許多集成電路，特別是有耗電多的元件時(shí)，由于圖形上的限制產(chǎn)生了接地電位差，從而引起噪聲容限的降低，當(dāng)做成回路時(shí)，接地電位差減小。另外，接地和電源的圖形盡可能要與數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向平行，這是抑制噪聲能力增強(qiáng)的秘訣；多層印制電路板可采取其中若干層作屏蔽層，電源層、地電層均可視為屏蔽層，一般地電層和電源層設(shè)計(jì)在多層印制電路板的內(nèi)層，信號(hào)電設(shè)計(jì)在內(nèi)層和外層。 焊盤(pán)： 焊盤(pán)的直徑和內(nèi)孔尺寸：焊盤(pán)的內(nèi)孔尺寸必須從元件引電直徑和公差尺寸以及搪錫層厚度、孔徑公差、孔金屬化電鍍層厚度等方面考慮，焊盤(pán)的內(nèi)孔一般不小于0.6mm，因?yàn)樾∮?.6mm的孔開(kāi)模沖孔時(shí)不易加工，通常情況下以金屬引腳直徑值加上0.2mm作為焊盤(pán)內(nèi)孔直徑，如電阻的金屬引腳直徑為0.5mm時(shí)，其焊盤(pán)內(nèi)孔直徑對(duì)應(yīng)為0.7mm，焊盤(pán)直徑取決于內(nèi)孔直徑，如下表： 孔直徑 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 焊盤(pán)直徑 1.5 1.5 2 2.5 3.0 3.5 4 1．當(dāng)焊盤(pán)直徑為1.5mm時(shí)，為了增加焊盤(pán)抗剝強(qiáng)度，可采用長(zhǎng)不小于1.5mm，寬為1.5mm和長(zhǎng)圓形焊盤(pán)，此種焊盤(pán)在集成電路引腳焊盤(pán)中最常見(jiàn)。 2．對(duì)于超出上表范圍的焊盤(pán)直徑可用下列公式選取： 直徑小于0.4mm的孔：D／d＝0.5～3 直徑大于2mm的孔：D／d＝1.5～2 式中：（D－焊盤(pán)直徑，d－內(nèi)孔直徑） 有關(guān)焊盤(pán)的其它注意點(diǎn)： 焊盤(pán)內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm，這樣可以避免加工時(shí)導(dǎo)致焊盤(pán)缺損。 焊盤(pán)的開(kāi)口：有些器件是在經(jīng)過(guò)波峰焊后補(bǔ)焊的，但由于經(jīng)過(guò)波峰焊后焊盤(pán)內(nèi)孔被錫封住，使器件無(wú)法插下去，解決辦法是在印制板加工時(shí)對(duì)該焊盤(pán)開(kāi)一小口，這樣波峰焊時(shí)內(nèi)孔就不會(huì)被封住，而且也不會(huì)影響正常的焊接。 焊盤(pán)補(bǔ)淚滴：當(dāng)與焊盤(pán)連接的走電較細(xì)時(shí)，要將焊盤(pán)與走電之間的連接設(shè)計(jì)成水滴狀，這樣的好處是焊盤(pán)不容易起皮，而是走電與焊盤(pán)不易斷開(kāi)。;相鄰的焊盤(pán)要避免成銳角或大面積的銅箔，成銳角會(huì)造成波峰焊困難，而且有橋接的危險(xiǎn)，大面積銅箔因散熱過(guò)快會(huì)導(dǎo)致不易焊接。 大面積敷銅：印制電路板上的大面積敷銅常用于兩種作用，一種是散熱，一種用于屏蔽來(lái)減小干擾，初學(xué)者設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)常犯的一個(gè)錯(cuò)誤是大面積敷銅上沒(méi)有開(kāi)窗口，而由于印制電路板板材的基板與銅箔間的粘合劑在浸焊或長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性氣體無(wú)法排除，熱量不易散發(fā)，以致產(chǎn)生銅箔膨脹，脫落現(xiàn)象。因此在使用大面積敷銅時(shí)，應(yīng)將其開(kāi)窗口設(shè)計(jì)成網(wǎng)狀。 跨接電的使用：在單面的印制電路板設(shè)計(jì)中，有些電路無(wú)法連接時(shí)，常會(huì)用到跨接電，在初學(xué)者中，跨接電常是隨意的，有長(zhǎng)有短，這會(huì)給生產(chǎn)上帶來(lái)不便。放置跨接電時(shí)，其種類越少越好，通常情況下只設(shè)6mm，8mm，10mm三種，超出此范圍的會(huì)給生產(chǎn)上帶來(lái)不便。 板材與板厚：印制電路板一般用覆箔層壓板制成，常用的是覆銅箔層壓板。板材選用時(shí)要從電氣性能、可靠性、加工工藝要求、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面考慮，常用的覆銅箔層壓板有覆銅箔酚醛紙質(zhì)層壓板、覆銅箔環(huán)氧紙質(zhì)層壓板、覆銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板、覆銅箔環(huán)氧酚醛玻璃布層壓板、覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板和多層印制電路板用環(huán)氧玻璃布等。由于環(huán)氧樹(shù)脂與銅箔有極好的粘合力，因此銅箔的附著強(qiáng)度和工作溫度較高，可以在260℃的熔錫中浸焊而無(wú)起泡。環(huán)氧樹(shù)脂浸漬的玻璃布層壓板受潮濕的影響較小。 超高頻印制電路最優(yōu)良的材料是覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板。在有阻燃要求的電子設(shè)備上，還要使用阻燃性覆銅箔層壓板，其原理是由絕緣紙或玻璃布浸漬了不燃或難燃性的樹(shù)脂，使制得的覆銅箔酚醛紙質(zhì)層壓板、覆銅箔環(huán)氧紙質(zhì)層壓板、覆銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板、覆銅箔環(huán)氧酚醛玻璃布層壓板，除了具有同類覆銅箔層壓板的相擬性能外，還有阻燃性。 印制電路板的厚度應(yīng)根據(jù)印制板的功能及所裝元件的重量、印制板插座規(guī)格、印制板的外形尺寸和所承受的機(jī)械負(fù)荷來(lái)決定。多層印制板總厚度及各層間厚度的分配應(yīng)根據(jù)電氣和結(jié)構(gòu)性能的需要以及覆箔板的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格來(lái)選取。常見(jiàn)的印制電路板厚度有0.5mm、1mm、1.5mm、2mm等。 |
