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(pán)、過(guò)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(méi)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(guò)孔選項(xiàng)設(shè)置：PROTEL99SE軟件中Routing的Routing Via Style項(xiàng)規(guī)定了過(guò)孔的內(nèi)、外徑的最小、最大和首選值。單面板和雙面板過(guò)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(guò)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(guò)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(méi)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(guò)程中，必須保證沒(méi)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(guò)緊，有的地方過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)PCB焊接，并且要在產(chǎn)品規(guī)格書(shū)中要特別說(shuō)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(guò)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(guò)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(guò)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(shuō)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(lái)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(guò)孔尺寸急劇減?。?.8mm—0.5mm—0.4mm—0.3mm—0.25mm
②.過(guò)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，孔小）
b.盤(pán)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(pán)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(pán)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(kāi)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。
