PCB设计标准.doc
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STFPCB设计标准
TableofContents,目录
1.History
2.TableofContents
3.PCB
3-1.按层数分类
3-2.按表面处理分类
3-3.按形态分类
3-4.按材料分类
4.PCB设计准则
4-1.DesignClearance
4-2.Board
4-3.Layout
4-4.ReferencenameandSilk整理
4-5.布线
4-6.Library
5.Pattern标准书
6.PCB设计Know-how
3.PCB
PCB(PrintedCircuitBoard),中文名称为印制电路板,是电子元器件的支撑体,也是电子元器件电气连接的提供者,又称印刷线路板(PrintedWiringBoard=PWB)
3-1.按层数分类
1.可按导体层数分为单面板、双面板、4层板、12层板等;
2.单面板—只在一面形成电路的PCB(电话、家电等);
3.双面板—两面形成电路的PCB(工业用控制器等),通过过孔(Via)相连接;
4.多层板(4层及以上)—4层及以上的PCB称为多层板,提高了集成度(PC、手机等);
5.FlexiblePCB—可自由弯曲的弹性PCB(照相机、摄像机等);
6.RFPCB—与弹性PCB结合而成的混合PCB(军用产品、手机等)。
3-2.按表面处理分类
1.HAL—HotAirLeveling,可适用于表面涂覆了Hotsolder的PCB;
2.SoftGold镀软金—非电解镀金,移动通信、高频适用;
3.HardGold镀硬金—电解镀金,Connect部位、Key-pad;
4.SN/PB—采用SN.PB电镀,镀层厚度一定,ICModule;
5.PreFlux—生成水溶性、耐热膨胀皮层的PCB,与环境法规关联;
3-3.按形态分类
1.BVH(BuriedViaHole)—过孔(Via)只在某些层生成,适用于高集成度电路,手机、摄像机等;
2.BGA(BallGridArray)—焊盘(PAD)形状为球形,产品高集成度的布局形态,PC及通信器材等;
3.R/F(RigidFlexible)—将RigidPCB用FlexiblePCB连接的形态,军用产品、手机等;
4.COB(ChipOnBoard)—Chip安装在PCB表面的PCB形态,电子卡片等。
3-4.按材料分类
等级(Grade)
材料(BaseMaterial)
X,XP,XPC,XX,XXP,XXPC,
XXX,XXXP,XXXPC
PaperPhenol
ES-1
PaperMelamine
ES-2
PaperPhenol
ES-3
PaperMelamine
C,CE,L,LE
Fabriccotton
A
Asbestospaper
AA
Asbestosfabric
G-3
Glasscont
G-5
Glassclothmelamine
G-7
Glassclothsilicone
G-9
Glassclothmelamine
G-10,G11
Glassclothepoxy
N-1
Nylonphenol
FR-1,FR-2,FR-3
PaperPhenol
FR-4,FR-5
Glasscont,clothepoxy
FR-6
Glassfiber,polyester
CEM-1
Glasscloth,paper,epoxy
CEM-3
Glasscloth,Glasswebepoxy
GPO1~GPO6
GlassFiberMat,polyester
种类
加强材料
树脂
主要用途
Glass/Epoxy覆铜板(FR-4)
玻璃纤维
Epoxy
双面板,多层板
(工业用产品,PC,汽车,手机)
耐热树脂覆铜板
玻璃纤维
Polyimide
BT树脂
多层板,耐热,Package
(手机,通信用)
Paper/Phenol覆铜板(FR-1)
Paper
Phenol
单面板
(洗衣机,冰箱,电饭锅,部分CD-ROM,TV,VTR)
高频适用覆铜板
玻璃纤维
氟树脂
PPO树脂
高频PCB
(多媒体产品)
Flexible覆铜板
N/A
Polyimide
FlexiblePCB
Flex-RigidPCB
4.PCB设计准则
4-1.DesignClearance设计间隙
表1)ETACS,P/W,IMMOB类
表2)TX,RFM类
1.DesignClearance
ØTRACE:
相邻TRACE间距离以0.3mm为标准。
ØTRACE:
与VIA距离以0.3mm为标准。
ØTRACE:
与PAD距离以0.3mm为标准。
ØTRACE:
与SMD距离以0.3mm为标准。
2.DesignClearance
ØVIA:
相邻VIA间距离以0.5mm为标准。
ØVIA:
与PAD距离以0.5mm为标准。
ØVIA:
与SMD距离以0.5mm为标准。
3.DesignClearance
ØPAD:
相邻PAD间距离以0.5mm为标准。
ØPAD:
与SMD距离以0.5mm为标准。
ØSMD:
相邻SMD间距离以0.5mm为标准。
Copper,Text,Board,Drill等以表1),表2)要求为准。
4-2.Board
1.进行设计时,确认PCB图纸上标记的元件安装禁止区域及布线禁止区域,并确认与壳体干涉的部位;
2.PCB相关图纸上没有以上1所列内容时,距离外廓留1mm(Min0.8mm)的空间;
3.在PCB单品上插入固定用RouterHole时
Ø固定用RouterHole:
2φ以上,2个以上;
ØArray外廓尺寸及单品形状、尺寸相同时,RouterHole的尺寸及位置应设计为相同;
ØRouterHole位置取在PCB单品的对角线方向;
Ø有机构孔(2φ以上,2个以上)时,代替使用;
Ø与生产技术部门协商后进行。
4.原点(x:
y=0:
0)取在左下角;
5.PCB上有长孔时,正确标记其尺寸(包含公差)。
4-3.Layout
1.极性元件应统一极性进行布局,要考虑一定的间隔,可视性及排线效率进行布线;
2.对于DIP部品,要考虑layout而垂直布置;
3.PCBArray的RouterPin经过的区域应避免布置元件;除非不得已的情况下,如配置IC时,空出5mm以上的空间
4.与机构干涉及固定元器件的部分,按照机构图纸要求进行设计(元件安装禁止区域及布线禁止区域);
5.排布Bottom面元器件时,考虑WAVE(波峰焊)进入方向来设计;
6.TestPointDimension测试点尺寸(最小规格)
TestPoint直径:
φ1.27
相邻TestPoint间距离:
2.54mm以上
--开发model不同的情况下,若PCB尺寸及固定孔尺寸、位置相同,则将TestPoint尺寸及位置设计为相同;
--TestPoint(TP)布置在Bottom面上(不得已的情况下布置在Top面)。
7.有2个PCB连接用CONNECTORPIN时,周围3mm内不得布置元器件(局部使用SOL’GM/C时,3mm内没有元器件才能使用)。
8.PCB温度分布受元器件布置的影响
9.考虑温度的PCB设计
由于元器件的尺寸小型化导致发热密度增加;
元器件温度àPCB寿命;
选用放热效果号的PCB材料;
PCB设计时的考虑事项;
--铜箔Pattern的发热
--元器件安装方法
--电路Pattern的状态
10.考虑发热的元器件布置
11.针对发热元器件的对策
温度
至开始变色所用时间
基板状态
85˚C
约1000小时
略呈灰褐色但直至5000小时以后也几乎无变化
100˚C
约100小时
略呈灰褐色
150˚C
约30分钟
100小时内变色且无法只用
4-4.ReferencenameandSilk整理
1.对所有元器件标记Referencename.
2.Referencename:
高度:
1.3/宽度:
0.3
3.对于IC,编号顺序以从左上到右下为原则。
(IC的1号pin脚必须标示)
4.统一Referencename方向。
--使作业者容易区分
--勿被其他结构遮挡
5.对有极性的元器件,标示出其极性。
6.对于Connector(以及ProgrammingPin),在其焊盘之间插入Silk(适用于Top/Bottom)
7.标示出PCB车型名。
(零件号及版本号标记在Array上)
8.在Bottom面布置测试点(TestPoint)时,Silk布置在测试点周围不发生干涉的区域;而在布置Connector及Dip元器件的测试点时,若焊盘(Pad)比丝印(Silk)大,则删除丝印(Silk)。
9.若要以非Connector元器件来代替Connector的功能时,用丝印(Silk)框出其外廓。
10.在Array上标示出PCB的进入方向。
11.同一种元器件使用多个时,为防止误插入,分别标示出式样名(例:
Auto及Safety)。
4-5.布线
1.对于PCB的Pattern,R值为0.5mm。
目的是为了防止铜箔的断裂及剥离。
2.对于带有散热焊盘(ThermalPad)的元器件(如TR、FET、IC类…等),散热焊盘部位用铜箔加强。
3.确保CPU安装面下的铜箔面积
NGOK
4.分类大致可分为电源部、信号部、CPU部、输出部以及GND,且随电路的不同而不同。
5.要以CPU的GND最大限度地包围晶振周围。
6.不应有不必要的Pattern。
7.对于大面积的铜箔,焊盘(Land)应设计如下:
未考虑易焊性的设计考虑了易焊性的设计
8.对于DrillPad及过孔(Via),应设计Teardrop。
9.Dip元器件的Pattern布线应放在Bottom面(考虑PCB生产效率)。
10.GND及Powerline的铜箔布线尽可能宽一些。
11.Dip元器件里面禁止布置Pattern及过孔(Via)
12.为了减少虚焊及接触不良的现象,GND应采用利用布线的接地方法(参考图7)。
--利用布线时,需要2个以上
--采用SMD元器件时若表面难以布置GND,则通过过孔(Via)使用GND。
13.多层PCB中层的构成及布线方向
14.ESD引起的误动作对策
考虑系统的接地
--信号电路、屏蔽电路、电源供给电路以及装配操作台或PCB基板的“地”都应采用各自的“地”系统;
--电源线不应凌乱排布,而应当平行排布或布在屏蔽内;
--信号线不应排布在与电源线同一个屏蔽内;
--信号线与电源线呈直角排布。
4-6.Library
1.Top面Library和Bottom面Library应区别适用
--Top面焊盘(Land)直角,Bottom面焊盘(Land)圆角;
--Top面和Bottom面的Library尺寸相异。
2.对于Chip元器件,焊盘(Land)按照Spec进行设计,若有PCBLayout及Datasheet则按照设计标准来设计。
3.电阻、电容按照设计标准设计(参照其他资料)
4.若焊盘(Land)长度不够,则进行回流焊(Reflow)时端子及Pattern间圆角(Fillet)的成型不稳定。
(考虑焊接状态不良的可能性,焊盘长度需要0.35mm以上,如图)
5.Pattern标准书
5-1.适用PCB板规格
1.FR-4,1.6t
2.4层以上多层板
3.各层铜箔厚度
基板铜箔厚度
镀铜厚度
铜箔合计厚度
外层
(Comp及Solder面)
17μm
25μm
42μm
内层
35μm
0μm
35μm
5-2.基于不同电流量的Pattern宽度设计标准(相对于环境温度升高10˚C时的许用电流)
注:
每升高1˚C,电阻值增加约0.4%。
5-3.Pattern电阻值的计算
20˚C为温度下,1oz基板的Pattern电阻R=0.303(mΩ/mm)*Length(mm)
则对于0.25mm的Pattern,R(0.25mm)=1.212(mΩ/mm)*Length(mm)
(例:
Pattern长度为100mm时,电阻值即为0.12Ω,Pattern上的电压降为V(drop)=0.12*0.4A=0.048V)
5-4.电压与导体间最小距离的关系
有涂层(Coating)
无涂层(Non-Coating)
DC电压
或AC电压(峰值)
导体间最小距离
备注
DC电压
或AC电压(峰值)
导体间最小距离
备注
0~150V
0.65mm
高度:
海拔300m以下
0~30V
0.25mm
与高度无关
151~300V
1.30
31~50V
0.38mm
51~150V
0.50mm
301~500
2.50
151~300
0.75mm
301~500
1.50mm
500V以上
0.005mm/V
500V以上
0.003mm/V
--Pattern电流与温度上升的关系
--电流量与Pattern宽度的关系,参照5-2表
--电流量达到1A,
对于40mil的Pattern,每1V电压确保0.005-0.007mm宽度
对于500V的电压,确保2.5mm到3.5mm的宽度
(若空间允许,在高频及大电流部位尽可能确保宽Pattern)
--GND的面积尽可能做大
GND不可形成闭环;
形成的闭环越大,产生的天线效应越强,结果将出现大量吸收空中辐射噪音的不良效果。
--根据line的电流量决定Patternwidth,但基本遵循以下标准:
PatternWidth
电源部
0.8-1mm
输入部
0.3mm
输出部
0.3mm
Powerline
0.8-1mm
但对于正常情况下不工作的大电流line,应按以下标准设计宽度,并通过试验确认有无异常。
电流
PatternWidth
0-10A
1mm
10-20A
2mm
20-30A
3mm
30-40A
4mm
--考虑噪音(Noise)的GND加强方法
措施
具体措施
特点及注意事项
通过对GNDPattern的改善达到GND加强
设计为宽而短的GNDPattern
与诸如设计背面BetaEarth,多层板上设计GND层相比效果较小,但简单易行。
并且可与其他措施一起使用。
采用Mesh状态GNDPattern
有可能产生优于预想的效果,值得一试。
利用双层或多层板达到GND加强
双层基板的背面设计BetaEarth
效果明显
多层板中插入GND层
效果明显,但基板成本增加
利用金属片达到GND加强
采用GND改善金属片
在基板上难以布置大面积GND时、或无法改为双层或多层基板时可采用此法。
ShieldCase与基板GND多点连接
虽效果较好,但需要注意可能引起ESD性能恶化
采用GNDFrame
即使部分的金属片效果也较佳。
由于不是必须要连接GNDFrame,若有ESD恶化的顾虑,可以和GNDFrame分离。
6.PCB设计Know-how
问题点
原因
对策
1
--由测试点焊盘(TestPointLand)面积过小导致
--过孔(Via)上布置了测试点(TestPoint)
--过孔(Via)的Drill缩小了测试点焊盘(TestPointLand)的面积
--单独分离。
2
--Connector发生焊接不良
--Connector晃动
--波峰焊(WaveSoldering)后Pin间发生短路
Top面与Bottom面的焊盘面积相同
--对于有外力施加的元器件焊盘,Top面与Bottom面设计为不同大小;
--波峰焊焊盘做的大一些
3
--PGMPin之间布置有过孔,因此在进行波峰焊时,焊锡膏围绕着过孔发生短路
--DIP元件及焊盘(Land)之间布置有Pattern以及过孔
--PGM之间的过孔及Pattern位置调整,并做丝印(Silk)处理
4
--安装多个相同的部件时,由于丝印不恰当,发生错误插入
--部件的外廓丝印不恰当
--追加部件的外廓形状丝印
5
--拧螺钉时使用的电动工具存在损伤Pattern的可能
--与螺钉的安装部位距离小
--未设计针对螺钉干涉的丝印
--螺钉安装部位追加丝印
--变更Pattern位置
6
--CPU及IC部件在安装完成后进行肉眼检查时难以查出安装方向是否有误
--不能在前期排除安装方向错误等问题
--SMT工序后确认及检查时,不能够确认PCB方向与有极性元器件的方向一致性
--设计了部件的安装方向,但安装完成后,丝印即被部件挡住
--丝印设计在部件安装区域外部
7
--由于GNDPattern面积较大,延长了热传导时间
GNDPatternTHEMALS7EA
(Top3EA;Bottom4EA)
--修改GNDPattern
(GNDPatternTHEMALS7EA:
Top3EA;Bottom4EA)
--修改ConnectorPin孔
(φ1→φ1.2)
8
--Clinching方向相反
--变更Clinch方向
--追加防止PCBShort用的丝印
9
--过大电流导致Pattern损伤(RLY部的Powerline)
Pattern加强失误
--通过追加Bottom面PatternSorder,加强了PowerLinePattern
10
--PCB分离时发生IC破损
--IC所在位置与PCB外廓距离过小(0.5mm)
--IC位置变更
--距离PCB外廓0.8mm以上
11
--焊锡膏过多
--发生Pattern短路
--无Clinch外形
--无丝印
--DIP部件适用Clinching
--追加丝印
12
--Router进入时,发生PCBGuide与部品的干涉
--PCB部品布置在了Router的干涉部位
--变更干涉部品位置或修改Guide位置
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