PCB技術(shù) (PCB technology)
PCB技術(shù) 圖
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目錄
PCB設(shè)計(jì)技術(shù)
1 設(shè)置軟件工作環(huán)境
軟件規(guī)則設(shè)置:
進(jìn)入Design\Rules,按照設(shè)計(jì)的要求對(duì)選項(xiàng)中的各項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置:
① 安全間距設(shè)置:PROTEL99SE軟件中Routing的Clearance Constraint項(xiàng)規(guī)定了板上不同網(wǎng)絡(luò)的走線、焊盤、過孔等之間必須保持的距離。在單面板和雙面板的設(shè)計(jì)中,首選值為10-12mil;四層及以上的PCB首選值為6-8mil;最大安全間距一般沒有限制。
② 布線層面和方向設(shè)置:Routing的Routing Layers,設(shè)置使用的走線層面和每層的走線方向(貼片單面板只用頂層,直插單面板只用底層)。一般情況下,使用默認(rèn)值。
③ 過孔選項(xiàng)設(shè)置:PROTEL99SE軟件中Routing的Routing Via Style項(xiàng)規(guī)定了過孔的內(nèi)、外徑的最小、最大和首選值。單面板和雙面板過孔外徑應(yīng)設(shè)置40mil—60mil之間;內(nèi)徑應(yīng)設(shè)置在20mil—30mil。四層及以上的PCB外徑最小值為20mil,最大值為40mil;內(nèi)徑最小值為10mil,最大值為20mil。
④ 線寬選項(xiàng)設(shè)置:PROTEL99SE軟件中Routing的Width Constraint項(xiàng)規(guī)定了布線的寬度。單面板和雙面板的布線寬度應(yīng)設(shè)置在10—30mil之間,特殊情況下最大值不應(yīng)超過60mil,最小值不應(yīng)低于8mil;四層及以上PCB最小值不應(yīng)低于5mil,其余設(shè)置參照雙面板設(shè)置。另可以添加一些網(wǎng)絡(luò)的線寬設(shè)置,如地線、+5伏電源線、時(shí)鐘線、+12伏電源線、-12伏電源線、交流電源輸入線、功率輸出線等。地線、時(shí)鐘線和+5伏電源線首選值一般為60mil(最大值不限,最小值為8 mil,在能走通的情況下線盡量寬)寬度,各種電源線首選值一般為40mil(最大值不限,最小值為8mil,在能走通的情況下線盡量寬)寬度。按照PCB線寬和電流的關(guān)系(大約是每毫米線寬允許通過500毫安的電流)確定最大線寬。
⑤ 敷銅連接選項(xiàng)設(shè)置:PROTEL99SE軟件中Manufacturing的Polygon Connect Style項(xiàng)規(guī)定了敷銅連接的方式。連接方式(Rule Attributes)設(shè)置成Relief Connect方式,導(dǎo)線寬度(Conductor Width)設(shè)置成25mil,連接數(shù)量(Conductors)設(shè)置成4,角度(Angle)設(shè)置成90度。
⑥ 物理孔徑設(shè)置:PROTEL軟件中Manufacturing的Hole Size Constraint項(xiàng)規(guī)定了物理孔的大小。最小值設(shè)置為20mil,最大值沒有限制 (備注:物理孔一般是指定位孔和安裝孔等等)。其余各項(xiàng)一般可用它的缺省值。
軟件參數(shù)設(shè)置:
進(jìn)入Design\Options和Tools\Preferences,按照設(shè)計(jì)的要求對(duì)選項(xiàng)中的各項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置:
① 可視柵格選項(xiàng)設(shè)置:PROTEL軟件中Design\Options\Layer中選中:Masks中的Top solder;Silkscreen中Top overlay;Other中Keepout和Multi Layer;System下面各項(xiàng)全部選中。Visible Grid項(xiàng)規(guī)定了可視柵格的大小,分別設(shè)置成10mil(上)和100mil(下)。
② 捕捉和器件移動(dòng)?xùn)鸥襁x項(xiàng)設(shè)置:PROTEL軟件中Design\Options\Options項(xiàng)規(guī)定了捕捉和器件移動(dòng)?xùn)鸥竦拇笮?,捕捉和器件移?dòng)?xùn)鸥窬O(shè)置為10mil。選中Electrical Grid并把Range中設(shè)為8mil,Visible Kind設(shè)為L(zhǎng)ines,Measurement Uint設(shè)為Imperial。
DRC校驗(yàn)設(shè)置:
進(jìn)入Tools\Design Rules Check,按照設(shè)計(jì)的要求對(duì)選項(xiàng)中的各項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置:Report\Routing Rules的Clearance Constraints,Max/Min Width Constraints,Short Circuit Constraints和Un-Routed Net Constraints均選中;Report\Manufacturing Rules的Max/Min Hole Size選中;Report\Options的選項(xiàng)全部選中;On-line\Routing Rules的Clearance Constraints選中;On-line\Manufacturing Rules的Layer Pairs選中;On-line\Placement Rules的ComponentClearance選中。
2 添加器件庫(kù)
這步主要是將要PCB原理圖中所示的元器件,從元件相應(yīng)的庫(kù)中調(diào)出
3 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表
在導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表的過程中,必須保證沒有任何錯(cuò)誤,嚴(yán)禁在網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入有錯(cuò)誤的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)。(這個(gè)操作一定得注意)確定PCB尺寸及定位孔位置和尺寸,并把相關(guān)器件進(jìn)行鎖定
4 元器件布局
PCB布局的原則是美觀大方,疏密得當(dāng),符合電氣特性,利于布線,盡量分成模塊。在可能的情況下將元器件擺放整齊,并盡量保證各主要元器件之間和模塊之間的對(duì)稱性。
要求:整個(gè)PCB布局要顯得大氣,疏密得當(dāng),不要有的地方過緊,有的地方過松。絲印框要盡量減少,并突出各模塊。模塊的漢字或英文標(biāo)示盡量放在對(duì)稱和平行一致的位置上,并能體現(xiàn)模塊的名稱和美感。
布局完成后應(yīng)對(duì)PCB布局進(jìn)行檢查,一般檢查有如下幾個(gè)方面:
(1)印制板尺寸應(yīng)與加工圖紙尺寸相符,有定位標(biāo)記,設(shè)置參考點(diǎn);
(2)元器件應(yīng)保證在二維、三維空間上無(wú)沖突;
(3)元器件布局應(yīng)疏密有序,排列整齊;
(4)需經(jīng)常更換的元器件應(yīng)保證能方便的進(jìn)行更換;
(5)熱敏元件與發(fā)熱元件之間是保持適當(dāng)?shù)木嚯x,在需要散熱的地方,應(yīng)加裝散熱器,同時(shí)保證空氣流動(dòng)的通暢;
(6)可調(diào)元器件應(yīng)保證能方便進(jìn)行調(diào)整;
(7)信號(hào)流程應(yīng)保持順暢且互連最短;
(8)盡可能保證過孔數(shù)量最少;
(9)禁止使用Ctrl+X或Ctrl+Y對(duì)器件進(jìn)行翻轉(zhuǎn);
(10)一塊PCB上孔的內(nèi)徑尺寸不能超過9種;
(11)影響外觀的元器件如TO-220封裝的三端穩(wěn)壓器、貼片的電解電容等要盡可能的焊接在反面;不需要調(diào)節(jié)的電位器、中周和可調(diào)電容等要盡可能的焊接在反面,不能透過PCB焊接,并且要在產(chǎn)品規(guī)格書中要特別說明;其它特別影響整體外觀的元器件如大的電解電容、繼電器等設(shè)法焊接在反面。
5 PCB布線
一般推薦使用自動(dòng)布線+手動(dòng)調(diào)整的方法,自動(dòng)布線要求依次按照地線——電源線——時(shí)鐘線——其它的順序進(jìn)行布線,在布線規(guī)則中設(shè)置布線優(yōu)先級(jí),0為最低級(jí),100為最高級(jí),共101種情況。在比較復(fù)雜的電路板中,考慮到電氣特性的要求、干擾等因素,我們?nèi)坎捎檬謩?dòng)布線。禁止把過孔放在元器件的管腳上,在自動(dòng)布線之前應(yīng)該鎖定已經(jīng)布好的線。走線要兼顧美觀和電氣特性,特別影響外觀得走線要設(shè)法走在反面,原則上在產(chǎn)品名稱、型號(hào)和眾友標(biāo)識(shí)的地方正面不要走線(特殊情況除外),在絲印框與Keepout框之間不允許正面走線(特殊情況除外)。
6 絲印和漢字的放置
(1)產(chǎn)品名稱、型號(hào)及眾友標(biāo)識(shí)的放置
(2)元器件工程號(hào)絲印的放置
(3)模塊標(biāo)示漢字的放置
(4)測(cè)試鉤和測(cè)試孔標(biāo)識(shí)的放置
(5)字體放置的要求
7 大面積鋪地
進(jìn)入Place\Polygon Plane,Net Options選項(xiàng)將Connect to Net設(shè)置為Connect to GND,同時(shí)將Pour Over Same和Remove Dead topper選中,在Plane setting選項(xiàng)中將Grid size設(shè)置為18mil,Track width設(shè)置為20mil,layer選中相對(duì)應(yīng)的層;Hatching style中選中Vertical Hatch;其它使用缺省值。
大面積鋪地之前,還應(yīng)將安全間距值設(shè)置為25mil,大面積鋪地之后,再將安全間距值還原。在不希望有走線的區(qū)域內(nèi)放置FILL填充層(如散熱器和臥放的兩腳晶振,HC49S的晶振,多圈電位器的正面,TO220封裝的三端穩(wěn)壓器等,如有其它網(wǎng)絡(luò)的線從此處穿過則很容易造成短路),要上錫的在Top Solder 或Bottom Solder 層的相應(yīng)處放FILL。
淚滴可增加它們的牢度但會(huì)使板上的線變得較難看,對(duì)于貼片和單面板一定要加,其它可根據(jù)實(shí)際情況選擇淚滴。
8 重復(fù)DRC檢查
進(jìn)入Tools\Design Rules Check,按照設(shè)計(jì)要求對(duì)選項(xiàng)中的各項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置,參考前面設(shè)置,DRC檢查完成后修正檢查中發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤,修改完后不允許有錯(cuò)誤存在。
9 主要事項(xiàng)
整個(gè)過程操作都需要認(rèn)真,尤其對(duì)PCB布線一定得保證布線無(wú)錯(cuò)誤
為防止技術(shù)泄密,在制板或存檔時(shí)應(yīng)將元器件的封裝及名稱內(nèi)容全部刪除。同時(shí)必須附一個(gè)制板說明。譬如:厚度:做一般PCB時(shí)厚度為1.6mm,大PCB可用2mm ,射頻用PCB等一般在0.8-1mm 左右;材料與顏色等
PCB制程技術(shù)
MID技術(shù)
在PCB制程技術(shù)上,國(guó)外廠商正嘗試開發(fā)可射出成型的基板-MID(Molded Interconnect Devices)技術(shù),MID是一種無(wú)基板的立體PCB,顛覆以往印刷電路板『平面』的刻板印象,將PCB以鑄模連接元件(Molded Interconnect Devices,MID)的方式直接在塑膠成品上形成印刷電路,省略基板的使用,此一技術(shù)可將PCB變成任意的形狀,提供無(wú)限的產(chǎn)品創(chuàng)意。
MID即指以射出成形的方式直接以塑膠作為基板,在上面直接作線路設(shè)計(jì),并整合機(jī)械與電子的功能,這種三維電路設(shè)計(jì)方式即稱為MID.
MID代表一種新的設(shè)計(jì)概念,此技術(shù)自1980年代即開始發(fā)展,但進(jìn)度未能快速推進(jìn),主要原因是相關(guān)之工具設(shè)計(jì)難度極高,使技術(shù)無(wú)法快速普及純熟。然而,隨著環(huán)保意識(shí)的抬頭,MID技術(shù)開始為人重視,其優(yōu)點(diǎn)為(1)可大量制作;(2)基板材料可回收利用;(3)整合基板零件減少制程步驟;(4)使攜帶型電子消費(fèi)產(chǎn)品重量減輕;(5)使產(chǎn)品造型更多樣化等等。
PCB組裝技術(shù)
從1903年至今,若以PCB組裝技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展角度來看,可分為三個(gè)階段。
1 通孔插裝技術(shù)(THT)階段PCB
金屬化孔的作用:
(1).電氣互連---信號(hào)傳輸
(2).支撐元器件---引腳尺寸限制通孔尺寸的縮小
a.引腳的剛性
b.自動(dòng)化插裝的要求
提高密度的途徑:
(1)減小器件孔的尺寸,但受到元件引腳的剛性及插裝精度的限制,孔徑≥0.8mm
(2)縮小線寬/間距:0.3mm—0.2mm—0.15mm—0.1mm
(3)增加層數(shù):?jiǎn)蚊妗p面—4層—6層—8層—10層—12層—64層
2 表面安裝技術(shù)(SMT)階段PCB
導(dǎo)通孔的作用:
僅起到電氣互連的作用,孔徑可以盡可能的小,堵上孔也可以。
提高密度的主要途徑:
①.過孔尺寸急劇減?。?.8mm—0.5mm—0.4mm—0.3mm—0.25mm
②.過孔的結(jié)構(gòu)發(fā)生本質(zhì)變化:
a.埋盲孔結(jié)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn):提高布線密度1/3以上、減小PCB尺寸或減少層數(shù)、提高可靠性、 改善了特性阻抗控制,減小了串?dāng)_、噪聲或失真(因線短,孔?。?/span>
b.盤內(nèi)孔(hole in pad)消除了中繼孔及連線
③薄型化:雙面板:1.6mm—1.0mm—0.8mm—0.5mm
④PCB平整度:
a.概念:PCB板基板翹曲度和PCB板面上連接盤表面的共面性。
b.PCB翹曲度是由于熱、機(jī)械引起殘留應(yīng)力的綜合結(jié)果
c.連接盤的表面涂層:HASL、化學(xué)鍍NI/AU、電鍍NI/AU…
3 芯片級(jí)封裝(CSP)階段PCB
CSP以開始進(jìn)入急劇的變革于發(fā)展其之中,推動(dòng)PCB技術(shù)不斷向前發(fā)展,PCB工業(yè)將走向激光時(shí)代和納米時(shí)代。