谈谈PCB设计美学思想
在琳琅满目的电子产品世界里,无论面目多么丰富多彩,印刷电路板都是必不可少的(PCB)。如果你有机会打开我们周围的电器,如电脑、电视、电话等,看到里面的印刷电路板,你会有一个非常直观的印象,即产品是否非常整洁和整洁。如果里面印的电路板看起来粗制滥造,元器件凌乱,人们自然会认为这个东西的工艺很差!”
其实我们开发生产的通信设备也不例外,单板PCB外观评价很容易给知识渊博的用户或当地专业人士留下深刻的第一印象PCB外观会大大降低产品的整体得分。几年前,业内人士总是喜欢拿国外电器的印刷板和国产电器进行比较,感叹差距太大。设计手段落后有客观原因。现在我们和国外在工具方面没有太大的距离,但是我们国内的整体设计水平还是有真正的差距的。没有一流的PCB很难想象设计能做出一流的电子产品,一流的电子产品PCB没有一流外观的设计更是不可思议。
PCB除了生产制造的因素外,主要最基本的因素是设计。要提高PCB从设计阶段开始检查外观质量,从电路原理图到PCB在物理实现的初始阶段,设计师要有美学的概念,指导设计布局布线的全过程。很多时候,这个概念或多或少存在于人们的潜意识中,并在自己的工作中自然流露出来。就像书法艺术、绘画艺术、建筑装饰设计艺术等艺术创作一样,每件作品都有自己的风格。每个专业人士都有不同的审美观,不同的艺术修养,每个人都设计了相同的电路PCB各有千秋。在PCB在设计领域,有一些不同于一般艺术的专业特征。结合我早年在接触国内外电器产品的维护过程中获得的感性认识和多年的感性认识PCB本文总结了一些系统的概念和方法,以设计个人经验和所见所得,希望能激励相关人士,希望能让人们把PCB设计外观中的的美学提升到一个新的理解水平。
以下是我公司通信设备上多层次的传统审美观点PCB单板设计的特点,总结了平衡、一致、比例、对齐、对称五个基本标准。
(一)平衡
A)合理分布合理分布(不影响电气性能要求),避免头重脚轻的感觉,防止板面因温度变化时张力不均匀而翘曲变形。
B)高低错落有致,层次分明。估计各部件的实际外观尺寸,如高度,想象二维部件包装的物理三维图像,考虑部件安装后的三维效果,不仅美观,而且易于观察、测量和操作。例如,不要将非常微不足道的小薄片元件放置在高大的金属外壳元件旁边;或者将片状元件包围在更高的元件周围,如插入式电解电容器和模块中间。有散热器的大功率设备应考虑固定方法和表面温度平衡。
C)板表面紧凑,密度均匀,分布清晰,整体。避免元件在板表面稀疏拉动,尽量避免元件在板表面局部过于集中。布线时,应充分利用周围的空白,使线间距适当宽松均匀。如果空间允许,在最终优化过程中应适当打开一些局部不规则的孔。
D)主次分明。例如,如果允许,所有的片状阻力元件都可以放在焊接表面,其他芯片和分立器件可以放在元件表面,整个板表面看起来干净整洁。
E)颜色和谐。PCB在特殊需要时,可以使用涂有或丝印的绿油、白油和黑油PCB加工厂家协商调整。个别颜色对比特别大的部件,如黄色片状坦电容,如果贴在焊接表面,会特别耀眼。
(二)一致
A)相关安装孔径(包括金属板板的形状尺寸、相关安装孔径(包括金属板的外径)、单板周围保护铜箔的形状、指定的非接线区域的形状和表面涂层材料的颜色。
B)单板一定区域内所有类似包装芯片的方向统一,使安装维护人员能够从尽可能少的方向一目了然地读取组件名称信息。例如,所有QFP设备的起始方向相同,同一区域放置一排中心对齐SOP器件或DIP设备的缺口方向应尽可能统一,整个板不应超过两个方向。
C)电解电容、二极管、三极管、发光二极管等极性分立元件的标识方向应与整个板相同,放置在同一区域,同一元件应按中心对齐排列。
D)在两侧安装设计中,尽量在焊接表面安排体积小、重量轻的片状阻力元件,并按峰值焊接工艺要求的方向放置,尽可能水平和垂直对齐。
E)在同一项目的每个单板上标注字符的大小、位置和方向。
F)同类型标号字符的尺寸应尽可能统一。
G)元件标号字符最好只有一个放置方向;放置位置要有一定的规律,比如所有芯片的标号字符都放在起始管脚附近。
H)单板采用多个弹性引脚间距元件,如插入色环电阻、电感、塑料密封或玻璃密封二极管、金属跳线等两端元件。同一元件包装的引脚间距应设计为相同的一般尺寸,或尽可能减少尺寸类型,避免多样性。
(三)比例
A)板材的长宽比适当,如按黄金分割的比例,能给人带来舒适的整体视觉效果,不易变形。
B)尽量不要把体积尺寸比例对比较大的元件放得太近。比如板材的焊接面都是0805 或0603 薄片贴装元件,如果把厚厚厚厚的元件放在上面,如钽电解电容器,肯定不会漂亮。
C)标记字符的大小与单板面积的比例相协调;组件标记字符的大小与组件的包装大小的比例相协调。大板的大部件使用大号,小板的小部件使用小号。字符线的宽度和厚度与字符的高宽比相协调,以避免臃肿或太薄,模糊。
D)元件封装的外形要充分考虑元器件实际安装时的占地面积,并留有余地,避免拥挤;但切忌过分放大造成相邻元件的丝印外形互相重叠。特别是象0805,0603以下的细小元件的外形丝印线条宽度一定要细,如6mil,这样,当片状元件排列整齐时,会显得精致美观,避免给人五大三粗的感觉。
E)通孔焊盘的尺寸和形状应与部件引脚的安装孔径和外形成比例。
F)线条美观,也要注意一点对称的比例,尤其是弧度,弧度比例合适可以创造出良好的曲线美,否则可能会非常丑陋。°直线两端倒角深度也要注意适当的比例。
(四)对齐
A)大芯片中心对齐。根据几何中心对齐相同的装置或类似的包装芯片,并在较大的网格点上定位一些较大的元件中心。
B)片状小元件对齐。特别是采用两面贴装工艺时,放置在焊接面上的片状阻力小元件封装中心对齐。
C)插入的两端元件焊盘对齐。如色环电阻、二极管等,应在板面同一区域对齐焊盘,并按同一间距整齐码放置。
D)布线过孔对齐。许多总线上的过孔可以横向对齐,纵向对齐,45°直线对齐,45°交错对齐,可在板面上形成隐形图案,衬托局部视觉效果。
E)在小元件密集的地方,如果标签字符没有足够的放置空间,可以放置在附近合适的位置,用箭头指向相关元件。
F)无论是元件对齐还是字符对齐,都可以借助EDA工具的对齐功能,或者最方便实用的方法放置操作过程中设置更大的放置格栅,如100mil,50mil,25mil,根据元件的大小和位置,随时选择切换相应的网格大小,可轻松对齐,强调板面的直线效果。
(五)对称
A)左右对称, 上下对称, 前后对称。单板上相同的电路,相同的元件包装,根据电路结构,使用几何平面坐标,可以准确地按左右对称,上下对称布局,个板表面主要元件分布的对称美。
B)片状阻力元件包装的参考原点必须设置在几何中心,使包装的焊盘和丝网印刷对称,以确保放置一排此类元件时,丝网印刷和焊盘可以与周围元件对齐。
PCB整体外观与板上各部件的包装形状和焊盘的平面图最直接相关,特别是一些非标准部件的包装设计。因此,有必要单独解释一下。
要灵活充分地发挥各种EDA工具有限的绘图功能突出了元件的外观特征,简洁生动地勾勒出元件的外观轮廓,并根据元件的大小按比例适当增加,有一点空间,避免拥挤。表示元件引脚顺序标志或极性标志的绘制应简单明了,线条厚度比协调,线条标准规范,水平垂直,方圆规则,接口紧密,无多余线头。避免过于复杂,画蛇添足。通孔焊盘的设计应与部件引脚的安装孔径成比例,大部件粗管脚的焊盘应足够大,否则会显得薄而不可靠;精密细部件的包装焊盘必须尽可能紧凑,特别是在移动终端手持设备等小部件密集设计中,布局空间紧张,更需要通过细化部件包装甚至删除局部丝网印刷或焊盘图形来稀释拥挤的视觉效果。
此外,与显示操作相关的部件,如指示灯、按钮、开关、测试端口等,其位置和方向设计应符合人们的视觉和行为习惯,给人一种舒适方便的感觉。
把PCB设计作为一门艺术并不过分,我们可以从许多艺术形式中学到许多美学精神。例如,中国传统建筑设计艺术中的直线美与对称美、方块字书法艺术的平衡美、人体曲线美与和谐美等。其实,强调PCB的外观并不仅仅是视觉感官的需要,很多时候也是工艺的需要和性能的要求,如“整齐”可带来布线的便利,可以提高生产加工的效率;“对称”可以优化电路信号网络的拓扑,线间距的“均匀”分布有利于改善信号完整性。
总之,有意识地PCB在设计过程中强化美学的概念,在满足电气性能要求的同时,尽可能使作品看起来更加美观。