PCB 布局注意事项

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• PCB 布局和设计注意事项
• 测试的重要性
• 使用 CAD 解决 PCB 布局问题
• 选择 PCB 供应商

设计印刷电路板的布局对于创建可靠、具有成本效益的电路板至关重要。虽然电路设计和元件选择也很重要，但您应始终确保为 PCB 布局留出足够的时间。确定最佳 PCB 布局设计需要做很多工作，尤其是在当今的电路板变得更加复杂、紧凑和轻巧的情况下。柔性 PCB 的日益普及也使这一过程变得复杂。

如果您不考虑重要的 PCB 布局注意事项，您最终可能会得到一个无法很好地转化为现实世界的设计。布局不当会导致一些问题，例如电磁干扰、电路板任一侧的组件冲突、电路板功能受限，甚至整个电路板故障。此外，如果您在第一次没有得到正确的布局，则需要对其进行返工，这可能会导致制造延迟和成本增加。

那么，您需要牢记哪些 PCB 布局设计规则和注意事项？让我们看一下 PCB 布局设计的步骤，并确定每个阶段的一些核心考虑因素。当然，您可能还需要记住其他一些注意事项，但这些是您应该了解的 PCB 布局设计中一些最关键的方面。

基本 PCB 设计步骤

从您知道需要 PCB 到最终生产的那一刻，PCB 设计在印刷电路板生产过程的每一步都扮演着重要的角色。基本设计流程包括六个步骤。

1.概念

在确定对 PCB 的需求后，下一步是确定电路板的最终概念。这个初始阶段包括定义 PCB 将具有和执行的功能、它的特性、它与其他电路的互连、它在最终产品中的位置以及它的近似尺寸。此外，还要考虑电路板工作的大致温度范围以及任何其他环境问题。

2。示意图

下一阶段是根据最终概念绘制电路原理图。此图表包括电路板电气组件正常运行所需的所有信息，以及组件名称、值、额定值和制造商部件号等详细信息。

在创建原理图时，您将创建材料清单。此 BOM 包含有关 PCB 所需的所有组件的信息。始终保持这两个文件是最新的。

3.板级框图

接下来，您将完成一个板级框图，该图描述了 PCB 的最终尺寸。标记为每个块指定的区域，由于电气原因或由于限制而连接的组件部分。将相关组件放在一起将使您的跟踪保持简短。

4.元件放置

下一步是组件放置，它决定了您将在板上放置每个元素的位置。通常，您可能会经历几轮细化组件放置。

5.首次通过路由

接下来，确定线路的布线和布线优先级。

6.测试

完成设计后，您应该进行一系列测试，以确保它满足您的所有需求。如果是这样，设计就完成了。如果没有，您将回到需要进行调整的阶段。

设计文档

在创建 PCB 时，您将开发大量文档。这些文件包括：

• 硬件尺寸图： 描述裸板的尺寸
• 原理图： 绘制电路板的电气特性
• 物料清单： 描述项目所需的组件
• 布局文件： 描述 PCB 的基本布局
• 组件放置文件： 描述各个组件的位置。
• 装配图和说明： 解释如何组装电路板
• 用户指南： 虽然不是必需的，但它们对于向用户提供额外信息很有用
• Gerber 文件集： PCB 制造商将用于创建 PCB 的布局输出文件的集合

PCB 布局设计注意事项

关于 PCB 布局和设计，有很多需要考虑的地方。一些注意事项适用于整个过程，而一些注意事项特定于特定步骤。以下是需要牢记的七个相关因素。

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1.董事会约束

您应该查看的第一个约束是与裸板相关的约束。其中一些基本约束包括电路板的大小和形状。

您需要确保电路有足够的电路板面积。最终产品的尺寸、电路板必须提供的功能以及其他因素决定了电路板的大小。电子产品和它们所包含的电路板正变得越来越小。在开始设计过程之前，请估计电路板的尺寸。如果您没有足够的空间来满足更简单的设计所需的所有功能，则可能需要使用多层或高密度互连 (HDI) 设计。

标准PCB是矩形的。绝大多数情况下，这仍然是 PCB 最常见的形状。但是，可以创建其他形式的板。由于尺寸限制或用于不规则形状的产品，PCB 设计人员通常会这样做。

另一个关键考虑因素是您需要的层数，哪些功率级别和设计复杂性将有助于决定。最好在布局设计过程的早期就弄清楚你需要多少。添加更多层可能会增加生产成本，但可以让您包含更多轨道。对于具有高级功能的更复杂的电路板，这可能是必需的。

使用至少两个过孔为所有大电流路径进行层转换。在层过渡处使用多个过孔可提高可靠性、提高导热性并降低电感和电阻损耗。

2。制造工艺

您还应该考虑您想用来生产电路板的制造工艺。不同的方法有不同的限制和约束。您需要使用与电路板上的制造过程配合使用的参考孔或点。始终确保孔中没有组件。

此外，请牢记电路板安装方法。不同的方法可能要求您将电路板的不同区域保持打开状态。使用多种技术类型，例如通孔和表面贴装元件，可能会增加电路板的成本，但在某些情况下可能是必要的。

始终与您的制造商核对，以确保他们有能力生产您需要的电路板类型。例如，有些可能无法制造多层板——或者那些使用灵活设计的板。

3.材料和组件

在布局阶段考虑您计划用于电路板的材料和组件。您首先需要确保所需的项目是可访问的。有些材料和零件很难找到，而另一些则非常昂贵，以至于成本过高。不同的组件和材料也可能有不同的设计需求。

花时间确保您为您的电路板选择了最佳材料和组件，并确保您设计的电路板能够发挥这些物品的优势。

4.元件放置顺序

最基本的 PCB 设计指南之一涉及您在板上放置组件的顺序。推荐的顺序是连接器，然后是电源电路，然后是精密电路，然后是关键电路，然后是其余元件。功率水平、噪声敏感性、生成和布线能力也会影响电路的布线优先级。

5.方向

放置组件时，尝试将彼此相似的组件定向在同一方向。这将使焊接过程更加高效，并有助于防止在焊接过程中发生错误。

6.展示位置

尽量不要将零件放置在 PCB 的焊接面上，这些零件将位于电镀通孔零件的后面。

7.组织

逻辑地组织您的组件可以减少所需的装配步骤数量，提高效率并降低成本。旨在将所有表面贴装组件放在电路板的一侧，并将所有通孔组件放在顶部。

电源、接地和信号走线注意事项

上述提示主要集中在 PCB 元件放置。要使这些组件按预期工作，您还需要对电源、接地和信号走线进行布线。有效地完成此步骤将有助于确保您的信号具有可靠的传输路径，以保持您的电路板正常运行。以下是需要牢记的五个因素。

1.电源层和接地层

一个基本的 PCB 布局设计规则是将电源和接地层保持在电路板内部。它们还应该居中且对称，以防止板弯曲和扭曲。弯曲会导致组件移出位置并可能损坏电路板。其他建议包括为每个电源使用共轨，确保您拥有可靠、广泛的走线，并避免创建菊花链来连接组件。

电源电路中的高压会干扰低压和电流控制电路。您可以使用电源接地和控制接地的位置来帮助最大限度地减少这种干扰。尽量保持每个电源级的理由分开。如果您需要将一些放在一起，请确保它们位于供应路径的尽头。如果您的接地层位于电路板的中间层，请包括一个小阻抗路径以防止电源电路干扰。

您还应该以类似的方式将数字地和模拟地分开。尽量只让模拟线路穿过模拟地以减少电容耦合。

2。轨道设计

此步骤还涉及根据您的原理图连接信号迹线。你总是希望你的痕迹尽可能短而直接。如果您在 PCB 的一侧有水平走线布线，请在另一侧放置垂直走线。

您的电路板可能需要多个具有不同电流的网络，这将决定您需要的网络宽度。使用走线宽度计算器可以帮助完成此步骤。细轨道只能承载这么多电流。 0.010 英寸或 10 密耳厚的轨道只能承受大约 1 安培的电流，而 250 密耳厚的轨道在 30 摄氏度的温升下可以承载多达 15 安培的电流。

3.焊盘和孔尺寸

您还需要在 PCB 设计过程的早期确定焊盘和孔的尺寸。随着焊盘和孔的尺寸减小，获得正确的焊盘与孔的尺寸比变得更加重要。在处理通孔时，这一点尤其重要。裸 PCB 制造商或许能够提供他们所需的标准和纵横比指南。

另一个重要的考虑因素是 PCB 焊盘的形状。 PCB 封装可能因制造过程而异。例如，波峰焊通常需要比红外线回流焊更大的占用空间。

4.信号完整性和射频问题

PCB 布局设计在确保信号完整性和防止干扰等电气问题（通常称为射频干扰或电磁干扰）方面发挥着至关重要的作用。

避免这些问题与您如何路由跟踪有很大关系。为防止出现信号问题，请避免运行相互平行的轨道。平行走线会有更多的串扰，这可能会导致各种问题，一旦您构建了 PCB，就很难解决这些问题。如果轨道需要相互交叉，请确保它们以直角交叉。这将减少线路之间的电容和互感，进而减少串扰。

使用产生低电磁辐射的半导体元件也有助于信号完整性。不过，有时，其他需求可能需要具有更高电磁产生的部件。

在设计 PCB 时，请消除会辐射电磁能量的天线，以及承载高频的大型信号环路和接地回路。您必须仔细定位集成电路以实现短互连线。

在 PCB 上放置一个紧密的接地网格是另一个重要的 RF PCB 布局设计指南，有助于确保返回线靠近信号线。这使有效天线面积保持相对较小。在多层板中，您可以通过接地层实现这一点。

5.散热问题

散热问题会影响设计过程的许多不同部分。较大的电路板以及具有较高组件密度和较高处理速度的电路板往往会出现更多与热量相关的问题。对于较小的电路板，它们可能不是问题，但对于更高级的电路板，它们可能是一个重大挑战。

为了防止与热量相关的问题，您需要让热量消散。首先，确定产生大量热量的组件。您应该能够在其数据表中找到每个组件的热阻额定值。然后，您可以按照推荐的指南从该组件转移热量。

确保在所有可能变热的组件周围留出足够的空间。它们产生的热量越多，它们需要冷却的区域就越多。不要将关键部件放置在热源附近也很重要。

理想情况下，整个电路板将具有相同的工作温度。使用导热平面在大范围内散热，通过增加用于传热的表面积来加快温度下降的速度。

如果您的电路板的散热问题很严重，您可能需要包括冷却风扇、散热器和散热片，这对于多层电路板和高铜含量的组件上的波峰焊至关重要。您可以使用散热膏（一种填充有精细分散的固体颗粒的聚合物）来制作散热片。您可以使用丝网或模板印刷应用此浆料。经过干燥或烘烤过程后，它会变得固定并充当散热器。

始终建议在通孔组件上使用散热装置，这会减慢散热器通过组件板的速度。作为一般规则，只要过孔或孔连接到接地层或电源层，就应使用散热图案。您可能还想在走线和焊盘相遇的地方使用泪珠，以提供额外的支撑并减少热应力。

测试的重要性

在整个 PCB 设计过程以及 PCB 制造过程的其余部分，您应该不断检查您的工作。及早发现问题将有助于最大程度地减少其影响并降低解决问题的成本。

您应该执行的两个常见测试是电气规则检查和设计规则检查。这些测试将帮助您解决您可能遇到的许多更重要的问题。

一旦您可以毫无问题地通过 ERC 和 DRC 测试，您应该检查每个信号的路由并将您的电路板与您的原理图进行详细比较。

用 CAD 解决 PCB 布局设计问题

今天，大多数 PCB 设计人员使用先进的计算机辅助设计 (CAD) 软件系统来创建他们的 PCB。同样，制造商使用计算机辅助制造软件。使用这些系统可以帮助您解决您可能遇到的许多布局问题。使用这些软件系统的一些优点包括：

• 简单的半自动化设计流程： CAD 程序允许您将组件拖放到您需要的地方进行设计。许多系统甚至会为您创建跟踪，然后您可以根据需要移动、添加或删除组件或重新路由它们。这种方法可以提高设计过程的效率和准确性。
• 设计验证： 在将设计发送到制造阶段之前，您可以使用 CAD 系统对其进行测试，以验证您的公差、兼容性、组件放置和其他方面。许多系统甚至可以实时捕捉基本错误，最大限度地减少或消除其影响。
• 制造文件生成： 您可以生成 Gerber 文件和您可能需要使用 CAD 系统发送给制造商的其他文件格式。直接从设计软件创建这些文件有助于提高其准确性并确保顺利过渡到制造阶段。
• 文档： 您还可以使用这些系统生成和保存与组件使用、错误报告、设计状态、版本控制等相关的详细文档，这有助于未来的项目。
• 规则创建： 其中一些程序允许您创建和存储自定义规则集，您可以与设计人员共享这些规则集以改进软件的功能。
• 模板创建： 您甚至可以创建模板以在未来的项目中使用。创建设计后，您可以将其保存并作为模板重复用于其他项目。
• 提高效率并降低成本： 将计算机辅助设计融入您的运营可以提高设计流程的效率和准确性，从而降低总体成本。

选择 PCB 供应商

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