PCB设计规范-1.doc
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PCB设计规范-1.doc
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PCB设计规范
文档编号
版本
1.0
生效日期
08-9-25
拟制
审核
审批
北方工业大学电气传动研究室
(版权所有,翻版必究)
目录
1 前言 3
1.1 目的 3
2 术语和定义 3
3 PCB设计的工艺规范 5
4 PCB设计的布局规范 8
5 PCB设计的布线规范 12
6 元件库制作规范:
19
7 可维修性规范 20
版权所有,翻版必究第2页(共20页)
1前言
1.1目的
本文档叙述了PCB设计规范,用于指导和规范PCB设计和制作工作。
2术语和定义
1、印制电路板:
PCB-printedcircuitboard,在绝缘基材上,按预定设计形成印制器件或印制线路以及两者结合的导电图形的印制板。
2、原理图:
schematicdiagram,电路原理图,用原理图设计工具绘制的、表达硬件电路中各种器件之间的连接关系的图。
3、网络表:
SchematicNetlist,由原理图设计工具自动生成的、表达元器件电气连接关系的文本文件,一般包含元器件封装、网络列表和属性定义三部分。
4、顶层:
TopLayer,封装和互连结构的一面,该面在布设总图上就作了规定(通常此面含有最复杂的或多数的元器件。
此面在通孔插装技术中有时称做“元器件面”)
5、底层:
BottomLayer,封装及互连结构的一面,它是TOP面的反面。
(在通孔插装技术中此面有时称做“焊接面”)。
6、内层:
InnerLayer,多层板除了顶层底层外的电气层。
7、板厚:
boardthickness,包括导电层在内的包覆金属基材板的厚度。
板厚有时可能包括附加的镀层和涂敷层。
8、金属化孔:
Platedthroughhole,孔壁镀覆金属的孔。
用于内层和外层导电图形之间的连接,同义词:
镀覆孔。
具体效果图如下:
9、非金属化孔:
NPTH-unsupportedhole,没有用电镀层或其他导电材料加固的孔。
10、过孔:
Viahole,用作贯通连接的金属化通孔,内部不需插装器件引脚或其他加固材料。
11、SoldermaskorSolderresist,是用于在焊接过程中及焊接之后提供介质和机械屏蔽的一种覆膜。
阻焊膜的材料可以采用液体的或干膜形式。
12、焊盘:
Land,又叫连接盘,用于电气连接、器件固定或两者兼备的部分导电图形。
13、集成电路封装缩写:
nBGA(BallGridArray):
球栅阵列,面阵列封装的一种。
nQFP(QuadFlatPackage):
方形扁平封装。
nPLCC(PlasticLeadedChipCarrier):
有引线塑料芯片栽体。
nDIP(DualIn-linePackage):
双列直插封装,一种元器件的封装形式。
两排引线从器件的侧面伸出,并与平行于元器件本体的平面成直角。
nSIP(SingleinlinePackage):
单列直插封装,一种元器件的封装形式。
一排直引线或引脚从器件的侧面伸出。
nSOP(SmallOut-LinePackage):
小外形封装。
nSOJ(SmallOut-LineJ-LeadedPackage):
J形引线小外形封装。
nCOB(ChiponBoard):
板上芯片封装。
nFlip-Chip:
倒装焊芯片。
14、片式元件(CHIP):
片式元件主要为片式电阻、片式电容、片式电感等无源元件。
根据引脚的不同,有全端子元件(即元件引线端子覆盖整个元件端)和非全端子元件,一般的普通片式电阻、电容为全端子元件,而像钽电容之类则为非全端子元件。
15、THT(ThroughHoleTechnology):
通孔插装技术
16、SMT(SurfaceMountTechnology):
表面安装技术
17、波峰焊:
WaveSoldering,印制板与连续循环的波峰状流动焊料接触的焊接过程。
18、回流焊:
ReflowSoldering,是一种将零、部件的焊接面涂覆焊料后组装在一起,加热至焊料熔融,再使焊接区冷却的焊接方式。
19、反标注:
反向标注,Backannotation,根据PCB设计文件中所作的改动更新原理图文件,通常采用程序进行执行完成此项工作。
在更换管脚、更换门、参考标号重新编号以后必须进行反标注。
20、BOM:
Billofmaterials,物料清单,装备部件的格式化清单。
21、DRC:
Designruleschecking,设计规则检查,通过通知您设计违规,确保建立的设计符合规定的设计规则的程序。
22、EMC:
Electromagneticcompatibility,电磁兼容,设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。
23、Gerber:
Photoplotting,光绘文件,由绘图仪产生电路板工艺图的过程,绘图仪使胶片曝光从而将被绘制部分制成照片。
24、Mark:
光学定位点,有SMD器件的PCB板,要放置光学定位点(MarkPoint),光学定位点指为了满足电路板自动化生产需要,而在板上放置的用于元件贴装和测试定位的特殊焊盘。
它是放置在与SMD元件同一层面的φ1mm的单面焊盘。
SMD焊片上单面焊盘的设计孔径为零。
25、工艺边:
PCB板上至少要有一对边留有足够的传送带位置空间,即工艺边。
3PCB设计的工艺规范
1、整板的外型和安装尺寸:
外形尺寸和安装尺寸需设计为整数(单位为mm),同时要设定圆点,原圆点要和PCB的左下角吻合。
对于几个功率器件共用一个散热器的情况,各个器件在散热器上的安装孔之间的间距也需取整;客户规定了外形尺寸和安装尺寸的情况除外。
更改设计时,需考虑与原安装尺寸保持一致。
2、外角倒角:
PCB的四角一般比较尖锐,容易在生产调试时划伤操作人员,所以要求PCB在不做拼板时,四个角做半径为2.5mm的圆弧倒角。
3、安装孔孔径:
要求设计成使用M4的镙钉以及PCB间隔柱的安装孔大小,安装孔直径为4.2mm,孔中心距两板边均为5mm,要求安装孔做成非金属化孔,并在线路板加工工艺卡中注明不孔化。
其它常用螺钉按下表选取安装孔大小。
螺钉外径(D)
M2
M2.5
M3
M4
M5
M6
M8
M10
安装孔直径(d)
¢2.2
¢3
¢3.5
¢4.2
¢5.5
¢6.5
¢9.0
¢11.0
以4.2mm的孔径为例,设计效果如图:
4、器件方向标识:
PCB板上所有带方向性的元器件均应有明显方向性的丝网印标识与之对应。
此标识需放置在元器件封装的外面,确保器件焊接后不会覆盖此标识。
连接器以及IC器件要做第一脚标识。
插件以数字1或者三角形做标识,IC用圆点表示。
5、PCB标识,包括:
1)商标位置
2)板号位置(即PCB厂家编号位置)
3)线路板追溯编号条(尺寸:
25mm×7mm)(需尽量放在线路板右下角)
4)PCB板号、批次号以及发板日期(需尽量放在线路板右下角)
6、器件丝印:
1)要求每个器件的位号标识清晰,易识读,字体大小在0.75mmX1.0mm以上,垂直放置的丝印角度为90度或270度,要求统一角度。
2)完成PCB步线后同一类器件的位号需按照从左到右,从上到下的顺序来排列。
3)所有的丝印要保证可识辨性,器件位号与具体器件位置一一对应,注意丝印不能压焊盘、过孔以及裸铜。
BOTTOM的丝印要确保镜像后方向正确。
7、标注要求:
在前面几项有尺寸标注的地方要求小数点后面保留一位数字。
标注尺寸需使用统一字体(TextSize100/100/15)。
8、光学定位点:
MarkPoint,具体要求如下:
1)Mark点标记的直径为1.0mm,并在其周围有一直径为3mm的丝网印识别区域(此区域内不能布线)。
如下图。
2)MARK点放置的位置要便于贴片机的识辨,距离印制板边缘必须≥5.0mm。
3)当SMD元件的引脚中心距(LeadPitch)<0.65mm时,必须在器件对角增加2个参考点。
BGA必须增加单独的参考点。
只要有表贴器件均需增加MARK点。
MARK点的示意图以及具体放置方法图
9、连接器的唯一性:
PCB板上连接器的选择需考虑唯一性原则,避免插接错误。
10、工艺边要求:
PCB板上至少要有一对边留有足够的传送带位置空间,即工艺边,工艺边的宽度不小于3mm,长度需不小于50mm。
在工艺边的范围内不能有元器件和引线干涉,否则会影响PCB板的正常传送。
如果PCB板的布局无法满足时,可以采用单独增加3mm工艺边或拼板的方法。
(注:
在设定为工艺边的两侧距板边5mm以内不能放置表贴器件,便于回流焊接)
11、散热器和绝缘垫片选型:
1)散热器和绝缘垫片应参照优选器件库中的型号进行选用。
2)散热器必须有与其外型大小一致的丝印标识,在其周围放置的器件不能影响散热器的拆装。
散热器与板面接触的区域内不能走线,避免短路。
3)对于需安装在散热器上的元器件,在改版时,如要改用其它封装形式,需考虑新器件的封装变化给安装带来的影响。
12、电压标识:
所有从PCB上连接器引出或引入的电压都要在线路板连接器边上对位标注电压值和电压极性。
如下图:
13、BGA下过孔要求:
BGA封装元件下方的过孔,在加工时需要在其正、反两面用阻焊层覆盖。
14、拼版规范:
1)PCB板最大外形尺寸300×300。
2)波峰焊设备轨道宽度最小范围是50mm;最大范围是290mm;最理想的范围是100mm--150mm;回流焊设备轨道宽度最小范围是85mm。
因此,对于只有直插器件的印制板,设定了工艺边方向的线路板宽度小于50mm时,需进行拼板;对于有表贴和直插混装的印制板,设定了工艺边方向的线路板宽度小于85mm时,需进行拼板。
3)设计拼接文件时,板与板边缘之间留出12mil的间距,用于V型槽切割。
4)对于异型板,可采用邮票孔拼接。
板与板边缘之间需要留80mil的空间,在板间连接处要加3个直径0.6mm,间距1.1mm的邮票孔,孔中心要正好压在板边上。
如下图:
15、安装孔空间预留:
以安装孔中心为中心直径为12mm范围内设为禁止布线布局区,不能有任何器件以及过孔覆铜线路等。
16、内层的隔离设置:
进行多层板设计时,如把电源层和地线层设计在中间层上,在安装孔周围需设定比安装孔直径大1mm的隔离区域,电源层与地线层的铜箔与板框边缘之间也需设定不小于0.5mm的隔离区域。
17、封装校验:
打印出1∶1的线路板元件位置图,将主要元器件插接或摆放在上面,确认封装的正确性。
4PCB设计的布局规范
1、总体考虑:
五-五规则,即时钟频率到5MHz或者脉冲上升时间小于5ns,须考虑采用多层板。
整个板面布局尽可能满足以下条件:
总的连线尽可能短,关键信号线最短;
交叉线最少,过孔最少;
地线层和电源层没有连线;
高电压、大电流信号与小电流、低电压的弱信号完全分开;
模拟信号与数字信号分开;
高频信号与低频信号分开;
高频数字信号的间隔要大。
2、一般原则:
先放置与结构关系密切的元件,如接插件、开关、电源插座等。
优先摆放电路功能块的核心元件及体积较大的元器件,再以核心元件为中心摆放周围电路元器件。
3、叠层顺序:
在多层板的设计中,应尽量使用地层和电源层将信号层隔开。
不能隔开的相邻信号层的走线应采用正交方向。
4、器件间距:
1)一般小的外伸角IC本体间距要大于0.9mm,PIN距大于0.7mm的小的阻容二极管间距需要大于0.75mm,如下图a。
2)体积比较大的IC如PLCCTQFP,PGA等封装的器件要保留的间距要大于3mm,如图b。
3)小的贴片阻容间距要大于0.75mm,相同方向放置要大于1mm。
如下图:
高件间距:
PCB板上SMD器件和与之相邻高出板面10mm左右的元器件,在设计时要留出维修距离。
5、高压保护:
带高电压的元器件应尽量放在调试时手不易触及的地方。
6、热敏器件:
热敏元件应远离发热元件,温度开关要紧邻发热器件,方便温度采集。
电解电容不可触及发热元件,如大功率电阻、热敏电阻、变压器、散热器等。
电解电容与散热器的间隔最小为10.0mm,其它元件到散热器的间隔最小为2.0mm。
7、可调元件:
可调元件的布局应便于调节。
如跳线、可变电容、电位器等。
8、布局方向:
元件布局时应注意焊盘排列方向尽量取一致,以利于装焊,减少桥连的可能。
GOODNOTGOOD
9、布局均匀:
在PCB上,器件放置密度要均匀。
GOODNOTGOOD
10、高速器件:
高速的元件(和外界接口的)应尽量靠近连接器。
数字电路与模拟电路应尽量分开,最好是用地隔开。
11、去耦电容:
1)IC开关电路开关动作时,di/dt和dv/dt值较高,产生的高频噪音需经电容C去耦处理。
电容C离开关回路越近,阻抗值越低,去耦效果越好。
因此使用去耦电容时要减小引脚长度并且尽量靠近元件旁边。
2)为每个集成电路的每个电源脚配置0.1uF的独石电容,必要时可贴装在印制板反面。
3)每一个电源支路上,每4-7个芯片(小规模IC)配置1~10uF的钽电容。
要求较高质量的应用项目,可选用2.2uF~4.7UF的OS-CON电容。
4)CPU及集成度超过1000门的芯片,应单独配置一片钽电容。
5)㎡对于使用两个去耦电容的,应将容值较小的优先靠近IC放置。
6)高频电容(0.1µF到0.01µF或更小),距离每个VCC管脚不超过1cm;中频电容(4.7µF~47µF),距离VCC管脚不超过4cm;低频电容(47µF~4700µF),可以安装在PCB上的任何地方。
12、旁路电容的放置:
对于从外部连接器进来的信号线使用的旁路电容,要靠近连接器放置,以减小外部连接线可能引入的干扰在板上传播;对于进入IC器件的信号线使用的旁路电容,要靠近IC放置。
13、器件固定:
有一些器件的重量比较大,在实际的机器运行过程中容易产生振动导致焊盘损坏,严重的影响产品寿命,所以要求重量比较大的器件放置的时候要相邻,便于点加固定胶,相互之间可起到固定效果。
14、区域划分:
一般情况下,在电机驱动板中,有强电部分,还有弱电电路在一起,他们是之间需要一定的安全距离,防止干扰以及电压击穿,以控制信号为例,需要通过光藕来隔离。
所以要求隔离器件布局整齐流出中间的隔离空间。
15、匹配电阻:
高速电路中,有的传输线需要进行阻抗匹配,单端信号的终端匹配技术通常包括:
驱动端串行连接的终端匹配技术,接收端并行连接的终端匹配技术。
布局时要求源端匹配器件应该尽量靠近驱动器,末端匹配器件应该尽量靠近接收端。
一般采用始端匹配,所以要根据信号走向,在信号输出端放置匹配电阻,该电阻离输出端越近越好。
末端匹配要放置在接受端。
一般要求阻排与IC的引脚距离为25.4mm内。
16、BGA器件周围布局:
BGA器件周围需留有3mm禁布区,最佳为5mm禁布区。
一般情况下BGA不允许放置背面;当背面有BGA器件时,不能放在正面BGA的8mm禁布区的投影范围内。
17、接插件周围布局:
插拔器件或板边连接器周围3mm范围内尽量不布置SMD,以防止连接器插拔时产生的应力损伤器件。
18、发光二极管:
由于LED在过波峰焊的时候容易损伤本体,所以在以后的设计当中要求留出直径5mm的范围来放置隔热垫片。
19、时钟发生器尽量靠近使用该时钟的器件放置,时钟元件引脚需远离I/O电缆。
5PCB设计的布线规范
1、走线角度:
走线应避免锐角、直角。
采用45°走线。
线宽不要突变,导线的拐角应大于90度,禁止形成环状。
2、时钟信号:
时钟信号引线最容易产生电磁辐射干扰,走线时应与地线回路相靠近,情况允许要包地处理,远离容易受干扰的信号以及器件。
时钟线要尽量短,时钟线垂直于I/O线比平行I/O线干扰小。
n频率大于等于66M的时钟线,每条线过孔数不要超过2个,平均不得超过1.5个。
频率小于66M的时钟线,每条线过孔数不要超过3个,平均不得超过2.5个。
长度超过12inch的时钟线,如果频率大于20M,过孔数不得超过2个。
n当一块电路板上用到多个不同频率的时钟时,两根不同频率的时钟线不可并行走线。
如果板上有专门的时钟发生芯片,其下方不可走线,应在其下方铺铜,必要时还可以对其专门割地。
n对于很多芯片都有参考的晶体振荡器,这些晶振下方也不应走线,要铺铜隔离。
同时可将晶振外壳接地。
3、高速信号:
高速信号要远离普通信号线以及容易受干扰的信号。
如果是同组地址线以及数据线,要考虑等长。
如下图的蛇形线是为了保证同组数据线(A0-A15)的长度一致。
4、晶体避让区:
晶体是一个干扰源,所以要保证晶体下面有一小块面积同晶体面积一样的GND铜,同时要避免有信号线穿过晶体下方。
同样,晶振也要这样处理。
5、模拟信号线:
对噪声敏感的线不要与大电流、高速开关线平行。
这样避免被干扰,条件允许的话可以在该线两侧加保护地。
同时模拟信号线要尽量的粗,保持在20mil以上。
下图粉色的是地线包着模拟信号。
6、I/O信号不相邻:
输入、输出信号尽量避免相邻平行走线,最好在线间加地线,以防反馈耦合。
7、泪滴处理:
当线宽小于等于0.12mm(6mil)时,过孔焊盘需要加泪滴。
在容易受到外力的插件的引线同样需要进行泪滴处理。
8、走线避让区:
散热器与板面接触的区域内不能走线,避免短路。
9、物理平衡:
整块线路板布线、打孔要均匀,避免出现明显的疏密不均的情况。
如果确实因为在出现局部过孔太多以及线路太密,可以在后期的覆铜处理中,增加相应的过孔。
10、线宽设置:
一般密度的PCB,要求信号线宽度最少为8mil,过孔直径不小15mil,过孔焊盘直径不小于25mil,给IC供电端的电源线要大于信号线宽,地线要大于电源线宽。
(具体走线宽度和电流的关系见附页)。
11、间距设置:
走线-走线:
8mil,走线-过孔:
15mil,走线-焊盘:
10mil,走线-覆铜:
15mil,过孔-过孔:
15mil,过孔-覆铜:
15mil,走线距板边距离>20mil。
内层电源/地距板边距离>20mil。
如果有特殊情况下上述设定不得小于6mil。
注:
该参数设置时根据目前实际的工作环境要求,间距太近容易潮湿发生短路。
12、爬电距离:
有高低压电路的PCB板其线间距设计要考虑爬电距离的要求。
一般要求电压相差大于300V的电路爬电距离(即线边缘间距)应大于3mm。
13、隔离距离:
功率侧线路与信号侧需要有一个比较明显的分界,间距在3mm以上,两者间可以承受的静电电压为1500V。
14、高压电路的电解电容走线避让:
由于高压电路中的电解电容结构特殊性,如下图实物PCB。
因此不能在顶层走电源线。
如必须在顶层走线,则要求在“+”极管脚附件留出安全距离。
15、大电流线做汇流条:
一些大的导电线走的电流比较大,为了增加导电能力以及散热能力,需要在走线上开阻焊,方便过波峰焊的时候过锡。
此方法适用底层线路,如果顶层需要这样处理,需要在线路板焊接工艺文件中特别指出需手工补锡。
16、3W规则:
该规则适用于LVDS、高速信号,信号线中心对信号线中心的距离,维持3倍信号线宽度的距离,称为3W法则,如下图所示。
使用3W规则的出发点是使走线间的耦合最小。
对于数据线/地址线走线间距尽量满足3W规则,读写线、片选线、复位线等重要的控制线走线间距必须满足3W规则。
时钟线与周围走线间距至少满足3W规则。
17、20H规则:
电源层比地层内缩20H,H为电源层与地层之间的距离,如下图所示,20H设计规则规定电源平面应小于接地平面来消除边缘效应。
18、差分信号:
走线的时候希望差分线对中的两个PCB线完全一致。
尽量少打过孔,必须打孔时,应两线一同打孔,以做到阻抗匹配。
同时一对差分信号中间不得有其他的信号以及地线穿插进来。
而且两条线的长度尽量保证一致。
19、电源以及地线规范:
1)双层板中,电源线和地线要尽量的短且要足够的粗。
同时保证电源和地构成的回路尽量的小。
具体做法是电源线与回线尽可能靠近,最好的办法是各走一面。
2)双面板电源线、地线的走向最好与数据流向一致,以增强抗干扰能力。
3)对于多层板,一般都有电源层和地层。
需要注意的只是模拟部分和数字部分的地和电源即使电压相同也要分割开来。
4)对于单板上存在多个电机驱动的功率电源线,要分别从电源母线引出。
20、内层设计规范:
1)在多层板中,尽量保证平面的完整性,不要被过孔的隔离盘切开,如下图。
NOTGOODGOOD
2)在安装孔周围要留出隔离区(至少0.5mm),防止铜箔离外边太近造成漏电。
3)内层的的铜箔距板边最小距离为0.3mm。
4)出内层GERBER文件只能同时出正片或者是负片。
21、热焊盘:
在大面积的接地(电源)中,与其连接的元器件的处理需要进行综合的考虑,就电气性能而言,管脚的焊盘与铜面满接为好,但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如:
①焊接需要大功率加热器。
②容易造成虚焊点。
所以兼顾电气性能与工艺需要,做成十字花焊盘,称之为热隔离(heatshield)俗称热焊盘(Thermal),这样,可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。
多层板的接电(地)层管脚的处理相同。
22、电流与线宽:
在过大功率电路中,一般1mm宽1oz的铜箔可以过1A的平均电流。
而在普通的电路中,可以增加50%的裕量来计算。
23、覆铜处理:
在PCB布线完成后,如果走线层上有较多的空隙,需要进行覆铜处理,要求铜箔信号为GND,并且适当的增加过孔。
铜箔的外形不能有锐角,在铜箔的尖端要增加过孔。
黄色小点是过孔。
外层大面积的铜箔要开窗(开关电源部分的地覆铜不需要开窗),用网格形式覆铜,其网格最小不得小于0.6mm×0.6mm,建议使用30mil×30mil的网格覆铜,如图:
24、走线方向:
在2层以上的PCB中,需要至少两个布线层,那么要求顶底两层走线不能平行,尽量使其垂直,这样连通率高以及干扰小。
布线方向为水平或垂直,由垂直转入水平或由水平转入垂直要走45度进入。
顶底两层垂直走线
25、焊盘出线方式:
1)当和焊盘连接的走线比焊盘宽时,走线不能覆盖焊盘,应从焊盘末端引线,如下图中的a)。
2)密间距的SMT焊盘引脚需要连接时,应从焊脚外部连接,不允许在焊脚中间直接连接,如下图中的b)。
3)对于密间距的IC,走线从焊盘出线时,宽度不能比焊盘宽。
4)走线引出焊盘方式,如图:
5)线与焊盘尽量不要连成p、q型,如图:
26、孤立铜区:
孤立铜区的出现,将带来一些不可预知的问题,因此将孤立铜区与别的信号相接,有助于改善信号质量,通常是将孤立铜区接地或删除。
在实际的制作中,PCB厂家将一些板的空置部分
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