對(duì)于電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō),印制線路板設(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)了印制線路板設(shè)計(jì)軟件,但設(shè)計(jì)出的印制線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線路板設(shè)計(jì)的工作,在此將印制線路板設(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.筆者的印制線路板設(shè)計(jì)軟件早幾年是TANGO,現(xiàn)在則使用PROTEL2.7 FOR WINDOWS.

一、板的布局
1、印制線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);
  放置線路上的特殊元件和大的元器件,如發(fā)熱元件、變壓器、IC等.
2、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)的流水線插件和進(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,如果印制線路板上元器件過(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:在許多印制線路板上同時(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,則高低壓線路之間的距離應(yīng)在3.5mm以上,許多情況下為避免爬電,還在印制線路板上的高低壓之間開槽.

二、印制線路板的走線:
  印制導(dǎo)線的布設(shè)應(yīng)盡可能的短,在高頻回路中更應(yīng)如此;印制導(dǎo)線的拐彎應(yīng)成圓角,而直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會(huì)影響電氣性能;當(dāng)兩面板布線時(shí),兩面的導(dǎo)線宜相互垂直、斜交、或彎曲走線,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)線應(yīng)盡量避免相鄰平行,以免發(fā)生回授,在這些導(dǎo)線之間最好加接地線.
印制導(dǎo)線的寬度:導(dǎo)線寬度應(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、高精度的印制線路中,導(dǎo)線寬度和間距一般可取0.3mm;導(dǎo)線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)線寬度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)線就可能滿足設(shè)計(jì)要求而不致引起溫升;印制導(dǎo)線的公共地線應(yīng)盡可能地粗,可能的話,使用大于2~3mm的線條,這點(diǎn)在帶有微處理器的電路中尤為重要,因?yàn)楫?dāng)?shù)鼐€過(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腳間走線,可應(yīng)用10-10與12-12原則,即當(dāng)兩腳間通過(guò)2根線時(shí),焊盤直徑可設(shè)為50mil、線寬與線距都為10mil,當(dāng)兩腳間只通過(guò)1根線時(shí),焊盤直徑可設(shè)為64mil、線寬與線距都為12mil.

三、印制導(dǎo)線的間距
   相鄰導(dǎo)線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)線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.在布線密度較低時(shí),信號(hào)線的間距可適當(dāng)?shù)丶哟?對(duì)高、低電平懸殊的信號(hào)線應(yīng)盡可能地短且加大間距.

四、印制導(dǎo)線的屏蔽與接地
   印制導(dǎo)線的公共地線,應(yīng)盡量布置在印制線路板的邊緣部分.在印制線路板上應(yīng)盡可能多地保留銅箔做地線,這樣得到的屏蔽效果,比一長(zhǎng)條地線要好,傳輸線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)線的公共地線最好形成環(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;多層印制線路板可采取其中若干層作屏蔽層,電源層、地線層均可視為屏蔽層,一般地線層和電源層設(shè)計(jì)在多層印制線路板的內(nèi)層,信號(hào)線設(shè)計(jì)在內(nèi)層和外層.


五、焊盤
  焊盤的直徑和內(nèi)孔尺寸:焊盤的內(nèi)孔尺寸必須從元件引線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,焊盤的內(nèi)孔一般不小于0.6mm,因?yàn)樾∮?.6mm的孔開模沖孔時(shí)不易加工,通常情況下以金屬引腳直徑值加上0.2mm作為焊盤內(nèi)孔直徑,如電阻的金屬引腳直徑為0.5mm時(shí),其焊盤內(nèi)孔直徑對(duì)應(yīng)為0.7mm,焊盤直徑取決于內(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

焊盤直徑
1.5
1.5
2
2.5
3.0
3.5
4

  1．當(dāng)焊盤直徑為1.5mm時(shí),為了增加焊盤抗剝強(qiáng)度,可采用長(zhǎng)不小于1.5mm,寬為1.5mm和長(zhǎng)圓形焊盤,此種焊盤在集成電路引腳焊盤中最常見(jiàn).
  2．對(duì)于超出上表范圍的焊盤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-焊盤直徑,d-內(nèi)孔直徑)

六、有關(guān)焊盤的其它注意點(diǎn)
  焊盤內(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)致焊盤缺損.
焊盤的開口: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)該焊盤開一小口,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.
焊盤補(bǔ)淚滴:當(dāng)與焊盤連接的走線較細(xì)時(shí),要將焊盤與走線之間的連接設(shè)計(jì)成水滴狀,這樣的好處是焊盤不容易起皮,而是走線與焊盤不易斷開.
  相鄰的焊盤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.

七、大面積敷銅
   印制線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)印制線路板時(shí)常犯的一個(gè)錯(cuò)誤是大面積敷銅上沒(méi)有開窗口,而由于印制線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)將其開窗口設(shè)計(jì)成網(wǎng)狀.
跨接線的使用:在單面的印制線路板設(shè)計(jì)中,有些線路無(wú)法連接時(shí),常會(huì)用到跨接線,在初學(xué)者中,跨接線常是隨意的,有長(zhǎng)有短,這會(huì)給生產(chǎn)上帶來(lái)不便.放置跨接線時(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.


八、板材與板厚
  印制線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線路板用環(huán)氧玻璃布等.由于環(huán)氧樹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)氧樹脂浸漬的玻璃布層壓板受潮濕的影響較小.超高頻印制線路最優(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.
印制線路板的厚度應(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)的印制線路板厚度有0.5mm、1mm、1.5mm、2mm等.