PCB技术 (PCB technology)

PCB技术 图

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 目录 


PCB设计技术

 1  设置软件工作环境


软件规则设置:


进入Design\Rules,按照设计的要求对选项中的各项进行设置:

① 安全间距设置:PROTEL99SE软件中Routing的Clearance Constraint项规定了板上不同网络的走线、焊盘、过孔等之间必须保持的距离。在单面板和双面板的设计中,首选值为10-12mil;四层及以上的PCB首选值为6-8mil;最大安全间距一般没有限制。

② 布线层面和方向设置:Routing的Routing Layers,设置使用的走线层面和每层的走线方向(贴片单面板只用顶层,直插单面板只用底层)。一般情况下,使用默认值。

③ 过孔选项设置:PROTEL99SE软件中Routing的Routing Via Style项规定了过孔的内、外径的最小、最大和首选值。单面板和双面板过孔外径应设置40mil—60mil之间;内径应设置在20mil—30mil。四层及以上的PCB外径最小值为20mil,最大值为40mil;内径最小值为10mil,最大值为20mil。

④ 线宽选项设置:PROTEL99SE软件中Routing的Width Constraint项规定了布线的宽度。单面板和双面板的布线宽度应设置在10—30mil之间,特殊情况下最大值不应超过60mil,最小值不应低于8mil;四层及以上PCB最小值不应低于5mil,其余设置参照双面板设置。另可以添加一些网络的线宽设置,如地线、+5伏电源线、时钟线、+12伏电源线、-12伏电源线、交流电源输入线、功率输出线等。地线、时钟线和+5伏电源线首选值一般为60mil(最大值不限,最小值为8 mil,在能走通的情况下线尽量宽)宽度,各种电源线首选值一般为40mil(最大值不限,最小值为8mil,在能走通的情况下线尽量宽)宽度。按照PCB线宽和电流的关系(大约是每毫米线宽允许通过500毫安的电流)确定最大线宽。

⑤ 敷铜连接选项设置:PROTEL99SE软件中Manufacturing的Polygon Connect Style项规定了敷铜连接的方式。连接方式(Rule Attributes)设置成Relief Connect方式,导线宽度(Conductor Width)设置成25mil,连接数量(Conductors)设置成4,角度(Angle)设置成90度。

⑥ 物理孔径设置:PROTEL软件中Manufacturing的Hole Size Constraint项规定了物理孔的大小。最小值设置为20mil,最大值没有限制 (备注:物理孔一般是指定位孔和安装孔等等)。其余各项一般可用它的缺省值。


软件参数设置:


进入Design\Options和Tools\Preferences,按照设计的要求对选项中的各项进行设置:

① 可视栅格选项设置:PROTEL软件中Design\Options\Layer中选中:Masks中的Top solder;Silkscreen中Top overlay;Other中Keepout和Multi Layer;System下面各项全部选中。Visible Grid项规定了可视栅格的大小,分别设置成10mil(上)和100mil(下)。

② 捕捉和器件移动栅格选项设置:PROTEL软件中Design\Options\Options项规定了捕捉和器件移动栅格的大小,捕捉和器件移动栅格均设置为10mil。选中Electrical Grid并把Range中设为8mil,Visible Kind设为Lines,Measurement Uint设为Imperial。


DRC校验设置:


进入Tools\Design Rules Check,按照设计的要求对选项中的各项进行设置:Report\Routing Rules的Clearance Constraints,Max/Min Width Constraints,Short Circuit Constraints和Un-Routed Net Constraints均选中;Report\Manufacturing Rules的Max/Min Hole Size选中;Report\Options的选项全部选中;On-line\Routing Rules的Clearance Constraints选中;On-line\Manufacturing Rules的Layer Pairs选中;On-line\Placement Rules的ComponentClearance选中。


 2  添加器件库


这步主要是将要PCB原理图中所示的元器件,从元件相应的库中调出


 3  导入网络表


在导入网络表的过程中,必须保证没有任何错误,严禁在网络表导入有错误的情况下进行设计。(这个操作一定得注意)确定PCB尺寸及定位孔位置和尺寸,并把相关器件进行锁定


 4  元器件布局


PCB布局的原则是美观大方,疏密得当,符合电气特性,利于布线,尽量分成模块。在可能的情况下将元器件摆放整齐,并尽量保证各主要元器件之间和模块之间的对称性。


要求:整个PCB布局要显得大气,疏密得当,不要有的地方过紧,有的地方过松。丝印框要尽量减少,并突出各模块。模块的汉字或英文标示尽量放在对称和平行一致的位置上,并能体现模块的名称和美感。


布局完成后应对PCB布局进行检查,一般检查有如下几个方面:


(1)印制板尺寸应与加工图纸尺寸相符,有定位标记,设置参考点;

(2)元器件应保证在二维、三维空间上无冲突;

(3)元器件布局应疏密有序,排列整齐;

(4)需经常更换的元器件应保证能方便的进行更换;

(5)热敏元件与发热元件之间是保持适当的距离,在需要散热的地方,应加装散热器,同时保证空气流动的通畅;

(6)可调元器件应保证能方便进行调整;

(7)信号流程应保持顺畅且互连最短;

(8)尽可能保证过孔数量最少;

(9)禁止使用Ctrl+X或Ctrl+Y对器件进行翻转;

(10)一块PCB上孔的内径尺寸不能超过9种;

(11)影响外观的元器件如TO-220封装的三端稳压器、贴片的电解电容等要尽可能的焊接在反面;不需要调节的电位器、中周和可调电容等要尽可能的焊接在反面,不能透过PCB焊接,并且要在产品规格书中要特别说明;其它特别影响整体外观的元器件如大的电解电容、继电器等设法焊接在反面。


 5  PCB布线


一般推荐使用自动布线+手动调整的方法,自动布线要求依次按照地线——电源线——时钟线——其它的顺序进行布线,在布线规则中设置布线优先级,0为最低级,100为最高级,共101种情况。在比较复杂的电路板中,考虑到电气特性的要求、干扰等因素,我们全部采用手动布线。禁止把过孔放在元器件的管脚上,在自动布线之前应该锁定已经布好的线。走线要兼顾美观和电气特性,特别影响外观得走线要设法走在反面,原则上在产品名称、型号和众友标识的地方正面不要走线(特殊情况除外),在丝印框与Keepout框之间不允许正面走线(特殊情况除外)。


 6  丝印和汉字的放置


(1)产品名称、型号及众友标识的放置

(2)元器件工程号丝印的放置

(3)模块标示汉字的放置

(4)测试钩和测试孔标识的放置

(5)字体放置的要求


 7  大面积铺地


进入Place\Polygon Plane,Net Options选项将Connect to Net设置为Connect to GND,同时将Pour Over Same和Remove Dead topper选中,在Plane setting选项中将Grid size设置为18mil,Track width设置为20mil,layer选中相对应的层;Hatching style中选中Vertical Hatch;其它使用缺省值。


大面积铺地之前,还应将安全间距值设置为25mil,大面积铺地之后,再将安全间距值还原。在不希望有走线的区域内放置FILL填充层(如散热器和卧放的两脚晶振,HC49S的晶振,多圈电位器的正面,TO220封装的三端稳压器等,如有其它网络的线从此处穿过则很容易造成短路),要上锡的在Top Solder 或Bottom Solder 层的相应处放FILL。


泪滴可增加它们的牢度但会使板上的线变得较难看,对于贴片和单面板一定要加,其它可根据实际情况选择泪滴。


 8  重复DRC检查


进入Tools\Design Rules Check,按照设计要求对选项中的各项进行设置,参考前面设置,DRC检查完成后修正检查中发现的错误,修改完后不允许有错误存在。


 9  主要事项


整个过程操作都需要认真,尤其对PCB布线一定得保证布线无错误


为防止技术泄密,在制板或存档时应将元器件的封装及名称内容全部删除。同时必须附一个制板说明。譬如:厚度:做一般PCB时厚度为1.6mm,大PCB可用2mm ,射频用PCB等一般在0.8-1mm 左右;材料与颜色等


PCB制程技术

MID技术


在PCB制程技术上,国外厂商正尝试开发可射出成型的基板-MID(Molded Interconnect Devices)技术,MID是一种无基板的立体PCB,颠覆以往印刷电路板『平面』的刻板印象,将PCB以铸模连接元件(Molded Interconnect Devices,MID)的方式直接在塑胶成品上形成印刷电路,省略基板的使用,此一技术可将PCB变成任意的形状,提供无限的产品创意。


MID即指以射出成形的方式直接以塑胶作为基板,在上面直接作线路设计,并整合机械与电子的功能,这种三维电路设计方式即称为MID.


MID代表一种新的设计概念,此技术自1980年代即开始发展,但进度未能快速推进,主要原因是相关之工具设计难度极高,使技术无法快速普及纯熟。然而,随著环保意识的抬头,MID技术开始为人重视,其优点为(1)可大量制作;(2)基板材料可回收利用;(3)整合基板零件减少制程步骤;(4)使携带型电子消费产品重量减轻;(5)使产品造型更多样化等等。


PCB组装技术


从1903年至今,若以PCB组装技术的应用和发展角度来看,可分为三个阶段。


 1  通孔插装技术(THT)阶段PCB


金属化孔的作用:

(1).电气互连---信号传输

(2).支撑元器件---引脚尺寸限制通孔尺寸的缩小

a.引脚的刚性

b.自动化插装的要求


提高密度的途径:

(1)减小器件孔的尺寸,但受到元件引脚的刚性及插装精度的限制,孔径≥0.8mm

(2)缩小线宽/间距:0.3mm—0.2mm—0.15mm—0.1mm

(3)增加层数:单面—双面—4层—6层—8层—10层—12层—64层


 2  表面安装技术(SMT)阶段PCB


导通孔的作用:

仅起到电气互连的作用,孔径可以尽可能的小,堵上孔也可以。


提高密度的主要途径:

①.过孔尺寸急剧减小:0.8mm—0.5mm—0.4mm—0.3mm—0.25mm

②.过孔的结构发生本质变化:

a.埋盲孔结构 优点:提高布线密度1/3以上、减小PCB尺寸或减少层数、提高可靠性、 改善了特性阻抗控制,减小了串扰、噪声或失真(因线短,孔小)

b.盘内孔(hole in pad)消除了中继孔及连线

③薄型化:双面板:1.6mm—1.0mm—0.8mm—0.5mm

④PCB平整度:

a.概念:PCB板基板翘曲度和PCB板面上连接盘表面的共面性。

b.PCB翘曲度是由于热、机械引起残留应力的综合结果

c.连接盘的表面涂层:HASL、化学镀NI/AU、电镀NI/AU…


 3  芯片级封装(CSP)阶段PCB


CSP以开始进入急剧的变革于发展其之中,推动PCB技术不断向前发展,PCB工业将走向激光时代和纳米时代。


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