本文要點(diǎn)

基本 PCB 設(shè)計(jì)規(guī)范包括控制電流容量和阻抗，這是防止電弧和串?dāng)_的關(guān)鍵。

選擇適當(dāng)?shù)倪^(guò)孔類型，綜合考慮長(zhǎng)寬比、覆蓋和塞孔，以確保可靠性。

選擇材料和層排列，提升信號(hào)完整性、熱性能和可制造性。

對(duì)于初級(jí)工程師和電路板設(shè)計(jì)新手而言，掌握 PCB 設(shè)計(jì)規(guī)范至關(guān)重要。本文將深入解析常見(jiàn)的 PCB 設(shè)計(jì)規(guī)范和制造商要求，并概括介紹 PCB 設(shè)計(jì)規(guī)范中的關(guān)鍵基礎(chǔ)知識(shí)。

線距和線寬是實(shí)現(xiàn)高效制造和出色性能的關(guān)鍵 PCB 設(shè)計(jì)規(guī)范

線寬和線距

線寬和線距會(huì)影響載流能力、阻抗和電路板密度。

線寬：決定走線在不產(chǎn)生過(guò)多熱量的情況下能夠安全承載的電流容量。電源線和地線較寬，信號(hào)線相對(duì)較窄。

線距：相鄰走線之間的距離必須能夠防止電弧和串?dāng)_，尤其在高頻設(shè)計(jì)中。

關(guān)鍵考慮因素：

電流要求：使用 IPC-2152 指南計(jì)算達(dá)到預(yù)期電流所需的適當(dāng)線寬。

阻抗控制：對(duì)于高速信號(hào)，需要精確的線寬來(lái)維持特性阻抗。

制造限制：制造商對(duì)最小線寬線距有一定的工藝限制，標(biāo)準(zhǔn)工藝通常在 0.075 毫米（3 密耳）左右。

環(huán)形結(jié)構(gòu)示意圖

環(huán)形

環(huán)形是 PCB 中電鍍過(guò)孔（過(guò)孔）周圍的銅環(huán)，用于確保各層之間可靠的電氣連接。

最小環(huán)形：為確保結(jié)構(gòu)完整性和電氣可靠性，環(huán)形的最小允許寬度。

可制造性設(shè)計(jì)：需考慮鉆孔偏移和配準(zhǔn)公差，防止鉆孔侵入焊盤邊緣，從而出現(xiàn)崩孔。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建議最小環(huán)形寬度為 0.05 毫米至 0.1 毫米，但具體數(shù)值可能會(huì)因制造能力和電路板要求而有所不同。

阻焊層間隙示意圖

阻焊層間隙

阻焊層是一種保護(hù)層，用于防止焊料橋接并保護(hù)銅走線免受外界環(huán)境的侵蝕。

阻焊層間隙是指在阻焊層與其周圍的焊盤或走線之間有意留出的間隙。

正間隙：暴露更多的焊盤區(qū)域，適用于手工焊接。

負(fù)間隙：覆蓋更多的焊盤，防止出現(xiàn)滲錫。

阻焊橋：緊密排列的焊盤之間的窄條阻焊層，用于防止細(xì)間距器件引腳之間出現(xiàn)短路。

關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)包括：

常規(guī)制造公差允許阻焊層相對(duì)于銅特征外擴(kuò) 0.05 毫米至 0.075 毫米。

根據(jù)器件尺寸、器件類型以及組裝方式選擇阻焊層開(kāi)口。

不同過(guò)孔類型示意圖

過(guò)孔設(shè)計(jì)和布局

過(guò)孔用于在不同的 PCB 層之間建立電氣連接。過(guò)孔類型包括：

通孔：從頂層延伸到底層。

盲孔：將外層連接到一個(gè)或多個(gè)內(nèi)層。

埋孔：連接內(nèi)層，但不接觸表層。

在選擇適當(dāng)?shù)倪^(guò)孔時(shí)，需要考慮以下因素：

厚徑比是指 PCB 板厚與過(guò)孔直徑的比值，會(huì)影響可制造性，建議采用較低的厚徑比 (<10:1)。

過(guò)孔覆蓋和塞孔是決定過(guò)孔功能的附加特征：

覆蓋：利用阻焊層覆蓋過(guò)孔，防止污染。

塞孔：用樹(shù)脂或?qū)щ姴牧咸畛溥^(guò)孔，以確保高密度設(shè)計(jì)的可靠性。

設(shè)計(jì)人員應(yīng)指定符合電氣要求和制造能力的過(guò)孔尺寸和類型。

材料和層堆疊

選擇合適的材料和定義層堆疊，是確保電路板整體功能和可靠性的關(guān)鍵。

基板材料：一般采用 FR-4 材料，但高頻應(yīng)用可選用 Rogers 等替代材料。

介電常數(shù)：影響信號(hào)速度和阻抗計(jì)算。

層數(shù)：由電路復(fù)雜性和布線密度決定。

設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)明確以下內(nèi)容：

材料類型：如有需要，應(yīng)標(biāo)明阻燃等級(jí)和熱性能。

厚度：介電層和銅箔的厚度。

層疊順序：排列信號(hào)層、電源層和接地層，優(yōu)化性能。

表面處理工藝

表面處理工藝的選擇會(huì)影響可焊性、使用壽命和成本。

HASL（Hot Air Solder Leveling，熱風(fēng)焊錫整平）：成本較低，但表面不平整，不適用于細(xì)間距器件。

ENIG（Electroless Nickel Immersion Gold，化學(xué)鎳金）：表面平整，焊接性能優(yōu)良，但成本較高。

OSP（Organic Solderability Preservative，有機(jī)可焊性保護(hù)層）：經(jīng)濟(jì)高效，但使用壽命有限。

設(shè)計(jì)師應(yīng)根據(jù)裝配要求和預(yù)算限制，選擇最合適的表面處理工藝。

走線厚度與寬度示意圖

銅厚度

銅厚度是指 PCB 的銅層厚度，通常以盎司/平方英尺 (oz/ft2) 為單位。標(biāo)準(zhǔn)厚度為 1 oz/ft2 (35 μm) 至 2 oz/ft2 (70 μm)，但可根據(jù)具體應(yīng)用的載流要求指定其他值

電流容量：較厚的銅層能夠承載更大的電流，而不會(huì)積聚過(guò)多的熱量。

熱管理：增加銅厚度還可以提升電路板的散熱能力，有助于進(jìn)行熱管理。

平面層間隙匯總圖

電源平面層與接地平面層間隙

平面層是覆銅區(qū)域，通常用于布置電源線和接地線，提供低電阻路徑并有效散熱。平面層間隙是指平面與其他未電連接的導(dǎo)電元件之間的間距，例如穿過(guò)平面的過(guò)孔。

電氣隔離：確保足夠的間隙，可防止不同網(wǎng)絡(luò)之間出現(xiàn)短路和電氣干擾。

制造公差：在 PCB 制造過(guò)程中，必須考慮蝕刻公差，避免形成意外連接。

法規(guī)遵從性：安全標(biāo)準(zhǔn)可能對(duì)最小間隙有明確要求，特別是在高壓應(yīng)用中。

設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)電氣要求和制造能力設(shè)置間隙，通常在 0.2 毫米至 0.5 毫米之間，但可依據(jù)具體限制進(jìn)行調(diào)整。

高級(jí) PCB 設(shè)計(jì)規(guī)范

如果電路板需要高速或高功率器件，則應(yīng)采用進(jìn)一步的設(shè)計(jì)規(guī)范。

受控阻抗和信號(hào)完整性

在高速和高頻電路中，需要通過(guò)受控阻抗來(lái)維持信號(hào)完整性。有關(guān)更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱我們的受控阻抗設(shè)計(jì)指南 。

走線幾何結(jié)構(gòu)：線寬、厚度以及與參考平面的相對(duì)間距決定了阻抗。

介電材料堆疊配置：除了層排列之外，PCB 基板的屬性也會(huì)影響信號(hào)傳播。

設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)包括以下內(nèi)容：

阻抗容差：通常為 ±10%，但在關(guān)鍵應(yīng)用中，可能需要更嚴(yán)格的公差。

阻抗條：包含在設(shè)計(jì)中，用于驗(yàn)證制造過(guò)程中的阻抗。

熱管理與熱風(fēng)焊盤

有效的熱管理可確保電子器件的長(zhǎng)期使用壽命和運(yùn)行可靠性。

設(shè)置專用層或區(qū)域，用于散發(fā)高功率器件所產(chǎn)生的熱量

形成熱過(guò)孔陣列，將熱量傳導(dǎo)至內(nèi)層或 PCB 的另一側(cè)。

可選用金屬芯 PCB 等高導(dǎo)熱性基板來(lái)提高散熱效果。

設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)明確熱管理要求，包括最高工作溫度和冷卻方法。熱風(fēng)焊盤有助于焊接連接至大面積覆銅層（例如接地層或電源層）的大型器件或引腳。若未使用熱風(fēng)焊盤，大面積覆銅層可能在組裝過(guò)程中充當(dāng)散熱片，迅速吸收熱量，從而難以形成合適的焊點(diǎn)

熱風(fēng)焊盤由連接焊盤與平面的細(xì)走線（輻條）組成，可有效減少傳導(dǎo)至覆銅層的熱量，從而確保焊盤在焊接過(guò)程中均勻升溫。

通過(guò)控制熱流，這些焊盤有助于確保器件的正確焊接，防止出現(xiàn)冷焊錫點(diǎn)，影響連接可靠性。

設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)電路板和器件的熱特性，調(diào)整散熱輻條的數(shù)量和寬度。

使用熱風(fēng)焊盤不僅提升焊接效果，還有助增強(qiáng) PCB 的整體可靠性，尤其是在大面積覆銅層設(shè)計(jì)中。