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PCB布局

对于电子产品,印刷电路板设计是从电源原理图到特定产品的必要设计过程,其设计合理性与产品生产和产品质量密切相关,对于许多刚刚从事电子设计的人来说,在这方面的经验较少,虽然已经学会了印刷电路板设计软件,但印刷电路板设计往往存在问题,许多电子出版物很少介绍这方面,笔者从事印刷电路板设计多年,在此与大家分享印刷电路板设计的经验,希望能起到抛砖引玉的作用。几年前,作者的印刷线路板设计软件是TANGO,现在则使用PROTEL2.7 FOR WINDOWS。

板的布局:

印刷电路板上的部件通常顺序:

电源插座、指示灯、开关连接器等与结构紧密配合的固定位置组件,放置后使用软件LOCK定其功能,免以后误移动;

在线路上放置特殊元件和大元件,如加热元件、变压器等IC等;

放置小器件。部件与板边缘的距离:如果可能的话,所有部件都放置在离板边缘3mm内部或至少大于板厚,这是因为在大规模生产的装配线插件和峰值焊接中,提供给导轨槽,但也为了防止边缘部分的缺陷造成的外观加工,如果印刷板上的部件太多,必须超过3mm在范围内,可在板的边缘添加3mm辅边,辅边开V形槽,用手在生产过程中断裂。

高压和低压之间的隔离:许多印刷电路板上同时有高压电路和低压电路。高压电路部件和低压部件应分开放置。隔离距离与耐压有关,通常为2万kV时板距离2mm,例如,如果要承受30000的比例,应该增加V耐压试验,高低压线路之间的距离应为3.5mm在许多情况下,为了避免爬电,在印刷电路板上的高低压之间开槽。

印刷线路板的布线:

印刷电线的布置应尽可能短,尤其是在高频电路中;印刷电线的转弯应为圆角,直角或尖角会影响高频电路和布线密度下的电气性能;两面板布线时,两面导线应垂直、斜交或弯曲,避免平行,减少寄生耦合;印刷导线作为电路的输入输出,应尽量避免相邻平行,避免返回,最好在这些导线之间添加接地线。

印刷线的宽度:

电线宽度应能满足电气性能要求,易于生产,其最小

值得承受的电流大小,但最小不小于0.2mm,在高密度、高精度的印刷线路中,导线宽度和间距一般为0.3mm;当电流较大时,应考虑导线宽度的温升。单面板实验表明,当铜箔厚度为50时μm、导线宽度1~1.5mm、通过电流2A因此,温升很小,一般选用1~1.5mm宽度导线就可能满足设计要求而不致引起温升;印制导线的公共地线应尽可能地粗,可能的话,使用大于2~3mm带微处理器的电路中的线条尤为重要,因为当地线路太细时,由于电流、地电位的变化,微处理器定时信号的电平不稳定,会降低噪声容量;在DIP封装的IC脚间走线,可应用10-10和12-12的原则,即当两脚通过两条线时,焊盘直径可设置为50mil、线宽和线距为10mil,当两脚之间只有一条线时,焊盘的直径可以设置为64mil、线宽与线距都为12mil。

印线间距:

相邻导线的间距必须能够满足电气安全要求,并且为了便于操作和生产,间距应尽可能宽。最小间距应至少适合电压。该电压通常包括由工作电压、附加波动电压和其他原因引起的峰值电压。若相关技术条件允许导线之间存在一定程度的金属残粒,则间距将减小。因此,设计师在考虑电压时应考虑这一因素。当布线密度较低时,可适当增加信号线间距,尽可能短,增加高、低电平悬殊信号线间距。

屏蔽和接地印刷线:

印刷电线的公共地线应尽可能布置在印刷电路板的边缘。铜箔应尽可能多地保留在印刷电路板上作为接地线。这样,屏蔽效果优于长地线。传输线的特性和屏蔽效果将得到改善,并起到减少电容分布的作用。印刷电线的公共地线最好形成环或网状,因为当同一板上有许多集成电路,特别是耗电量大的部件时,由于图形上的限制,接地电位差降低,导致噪声容量降低。此外,接地和电源的图形应尽可能平行于数据的流动方向,这是抑制噪声能力增强的秘密;多层印刷电路板可采用多层作为屏蔽层,电源层、接地层可视为屏蔽层,多层印刷电路板内层设计一般接地层和电源层,内外层设计信号线。

焊盘:

焊盘的直径和内孔尺寸:焊盘的内孔尺寸必须考虑元件引线直径和公差尺寸,以及搪锡层厚度、孔径公差和孔金属电镀层厚度。焊盘的内孔一般不小于0.6mm,因为小于0.6mm孔开模冲孔不易加工,通常金属引脚直径值加0.2mm作为焊盘内孔的直径,如果电阻的金属引脚直径为0.5mm焊盘内孔直径对应0.7mm,焊盘直径取决于内孔直径,如下表所示:

孔直径

0.4

0.5

0.6

0.8

1.0

1.2

1.6

2.0

焊盘直径

1.5

1.5

2

2.5

3.0

3.5

4

1.当焊盘直径为1时.5mm为提高焊盘抗剥强度,可采用长度不小于1.5mm,宽为1.5mm这种焊盘是集成电路引脚焊盘中最常见的。

2.超出上表范围的焊盘直径可选择以下公式:

直径小于0.4mm的孔:D/d=0.5~3

直径大于2mm的孔:D/d=1.5~2

式中:(D-焊盘直径,d-内孔直径)

焊盘的其他注意事项:

焊盘内孔边缘与印刷板边缘的距离应大于1mm,这样可以避免加工时焊盘缺损。

焊盘开口:有些设备经过峰焊后补焊,但由于峰焊后焊盘内孔被锡封住,设备无法插入。解决办法是在印刷板加工过程中对焊盘开一个小开口,这样峰焊时内孔就不会密封,也不会影响正常焊接。

焊盘补泪:当与焊盘连接的布线较细时,应将焊盘与布线的连接设计成水滴。优点是焊盘不易剥落,但布线与焊盘不易断开。相邻的焊盘应避免形成锐角或大面积铜箔。形成锐角会导致峰值焊接困难,存在桥接风险。由于散热过快,大面积铜箔不易焊接。

大面积涂铜:印刷电路板上的大面积涂铜通常用于两种功能,一种是散热,另一种是屏蔽以减少干扰。初学者在设计印刷电路板时经常犯的一个错误是,大面积涂铜上没有窗户。由于印刷电路板基板与铜箔之间的粘合剂在浸焊或长时间加热时会产生挥发性气体,不能排除,热量不易排放,导致铜箔膨胀脱落。因此,在大面积涂铜时,应将其开窗设计成网状。

跨接线的使用:在单面印刷电路板的设计中,当一些电路无法连接时,经常使用跨接线。在初学者中,跨接线通常是随机的、长的和短的,这将给生产带来不便。放置跨接线时,类型越少越好,通常只设置6mm,8mm,10mm超出这一范围的三种会给生产带来不便

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