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PCB布线的基本原则与操作

作者: 来源: 日期:2017-8-29 10:14:56 
 

  布线概述及原则

  随着高速理论的飞速发展,pcb走线已经不能看作简单的互连载体了,而是要从传输线理论来分析各种分布参数带来的影响。分布参数电路是必须考虑电路元件参数分布性的电路。参数的分布性指电路中同一瞬间相邻两点的电位和电流都不相同。这说明分布参数电路中的电压和电流除了是时间的函数外,还是空间坐标的函数。同时pcb的复杂度和密度也同时在不断的增加,从铺铜的通孔设计,到微孔设计,再到多阶埋盲孔设计,现在还有埋阻、埋容、埋藏器件设计等,高密度给pcb布线带了极大困难的同时,也需要pcb设计工程师更加深入的了解pcb生产加工流程和其工艺参数。

  布线方式分为自动布线和手动布线,自动布线目前在很多方面不能满足硬件工程师高标准的要求,所以一般是手动布线来实现的。

  布线中的DFM要求

  1、孔

  机械钻孔常规推荐8mil以上,极限6mil,尽量保证厚径比一般在10:1,厚径比越高越难加工。器件孔环宽单边至少8mil,过孔环宽单边至少4mil,加工厂商会在cam处理时自动优化,阻焊开窗为单边50um。

  同一网络的过孔间距可以为6mil。不同网络过孔间距为275um,不同网络器件孔间距为425um。

  制作是钻头一般比原稿孔大150um,钻头以0.05mm递增,更大的钻头,会以0.1mm递增。然后通过孔化,电镀满足最终的成品孔径要求。

  非金属化钻孔到板边的间距150um即不会破孔,常规边框公差。金属化的钻孔到板边至少10mil。

  2、ETCH

  0.5oz的铜厚,最细线宽可以做到3mil,最小间距2mil。

  1oz的铜厚最细线宽3.5mil,最小间距4mil

  2oz铜厚最细线宽4mil,最小间距5.5mil。

  内电层避铜至少20mil。

  小的分立器件,两边的走线要对称。

  SMT焊盘引脚需要连接时,应从焊脚外部连接,不允许在焊脚内部连接。

  对于SMT焊盘在大面积铺铜时需要花焊盘连接。

  ETCH线分布均匀,防止加工后翘曲。

  布线中电气特性要求

  1、阻抗控制以及阻抗连续性

  避免锐角、直角走线。

  关键信号布线尽量使用较少的的过孔。

  高速信号线适当考虑圆弧布线

  2、串扰或者EMC等其他干扰的控制要求

  高速信号与低速信号要分层分区布线

  数字信号与模拟信号一号分层分区布线

  敏感信号与干扰信号分层分区布线

  时钟信号要优先走在内层

  在功率电感,变压器等感性器件的投影区下方不要走线铺铜。(由于线圈间会有寄生电容,与其电感产生并联谐振,因此会有SRF,而SRF与EPC有关,因此EPC越小越好,即可确保电感性的频率范围越广。而SRF需至少为DC-DCConverter切换频率的十倍,例如若切换频率为1.2MHz,则SRF至少需12MHZ。因此Layout时,其功率电感下方要挖空,不要有金属,避免产生额外的EPC,导致电感性的频率范围缩减)

  关键信号要布在优选层,以地为参考平面

  关键信号考虑使用包地处理。

  任何信号,包括信号的回流路径,都要避免形成环路,这是EMC设计的重要原则之一。

  高速布线的3w原则

  拓扑结构和时序要求

  满足时序要求是系统能正常稳定工作的关键,时延控制反应到pcb设计上就是走线的等长控制,绕等长甚至已经成为布线工程师挂在嘴边你的一个术语。时序设计也是非常复杂的系统要求,pcb设计工程师不仅要会绕等长,还要真正理解等长后面的时序要求。

  电源以及功率信号的布线要求

  电源入口电路要做好防护后滤波原则

  芯片及其滤波电容的引脚要尽量短粗,储能电容要多打孔,减小布线带来的安装电感

  考虑安规要求,电源网络压差较大时需要远离,高压网络插件引脚和过孔需要做挖空处理

  布线中的散热考虑

  电子设计还有一个重要的趋势,就是电压下降,功耗提升,pcb布线作为板极热设计的重要组成部分,也就因此变得更加重要。必要的时候,需要使用相关的电、热仿真工具来辅助进行热设计。

  严格计算布线通道,满足载流要求。

  还要关注过孔的载流能力,合理规划过孔数量和位置。

  发热量大的芯片下方有空的位置可以大面积加地铺铜,并添加地孔来加强散热。

  大功率发热量大的器件的投影区内,在所有层不要走高速线和敏感信号线。

  大电流电源,如果其布线路径补觉长时,需要加强其布线通道来减少热损耗。

  已经添加有散热焊盘的发热器件,在散热焊盘上添加过孔来加强散热。

  布线总结

  PCB布线是一个系统的工程,设计工程师需要具备多学科的综合知识,同时还要有较强的分析处理能力,综合各方面需要取得较好的平衡。

  PCB设计不是神话,不是黑盒子,也没有放之四海而皆准的方法,所有合理的规范要求,背后都能找到真实的理论制程,平常工作中多想,多问,多学,这才是成为高手之路。