PCB印制電路板的板面設(shè)計步驟和方法

1. 印制電路板的熱設(shè)計

由于印制電路板基材耐溫能力和導(dǎo)熱系數(shù)都比較低，銅箔的抗剝離強度隨工作溫度的升高而下降。

印制電路板的工作溫度一般不能超過85℃。主制板 結(jié)構(gòu)設(shè)計時，其散熱主要有以下幾種方法： 均勻分布熱負載、元器件裝散熱器，在印制板與元 器件之間設(shè)置帶狀導(dǎo)熱條、局部或全局強迫風(fēng)冷。

2．印制電路板的減振緩沖設(shè)計

印制電路板是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電氣連接。為提高印制板的抗振、抗沖擊性能，板 上的負荷應(yīng)合理分布以免產(chǎn)生過大的應(yīng)力。對 大而重的元件（重量超過15g或體積超過27cm3） 盡可能布置在靠近固定端，并降低其重心或加 金屬結(jié)構(gòu)件固定。

3． 印制電路板的抗電磁干擾設(shè)計

為使印制板上的元器件的相互影響和干 擾最小，高頻電路和低頻電路、高電位與低電位電路的元器件不能靠得太近。輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠離，盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。

隨著高密度精細線寬／間距的發(fā)展， 導(dǎo)線與導(dǎo)線間距愈來愈小，使得導(dǎo)線與導(dǎo) 線之間的耦合和干擾作用將會帶來雜散信 號或錯誤信號，俗稱為串?dāng)_或噪音。這種 耦合作用可分為電容性耦合和電感性耦合 作用。這些耦合作用所帶來的雜散信號， 應(yīng)通過設(shè)計或隔離辦法來減少或消除：

（1）采用信號線與地線交錯排列或地線（層） 采用雙信號帶狀線時，相鄰的兩層信號

（2）包圍信號線，以達到良好的隔離作用。 線不宜平行布設(shè)，應(yīng)互相垂直、斜交，以減少 分布電容產(chǎn)生，防止信號耦合。同時不宜直角 或銳角走線，應(yīng)以圓角走弧線與斜線，盡量降 低可能發(fā)生的干擾。

（3）減少信號線的長度。目前在保持高密度走線下，縮短信號傳輸線的最有效的方法是采 用多層板結(jié)構(gòu)。

（4）應(yīng)把最高頻信號或最高速數(shù)字化信號組件盡量接近印制電路板連接邊的輸入輸出 （I／O） 處，使它們的傳輸線走線最短。

（5） 對高頻信號和高速數(shù)字化信號的組件的引腳，應(yīng)采用有BGA （ Ball GridArray球柵陣 列） 類型結(jié)構(gòu)而盡量不采用密集的QFP（方形 扁平封裝） 形式。

（6） 采用最新的CSP（裸芯片封裝）技術(shù)。

4．印制電路板的板面設(shè)計

元器件應(yīng)按電原理圖順序成直線排列，

力求緊湊以縮短印制導(dǎo)線長度，并得到均勻 的組裝密度。在保證電性能要求的前提下， 元器件應(yīng)平行或垂直于板面，并和主要板邊 平行或垂直。在板面上分布均勻整齊。

4．1.1印制電路板上的元器件布線的一般原則

1．電源線設(shè)計

根據(jù)印制電路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻，同時使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。

2．地線設(shè)計

（1） 公共地線應(yīng)布置在板的最邊緣，便于印制板 安裝在機架上

（2） 數(shù)字地與模擬地應(yīng)盡量分開

（3）印制板上每級電路的地線一般應(yīng)自成封閉回路，以保證每級電路的地電流主要在本級地回路中流通，減小級間地電流耦合。

3．信號線設(shè)計

（1） 低頻導(dǎo)線靠近印制板邊布置將電源、濾波、控制等低頻和直流導(dǎo)線放在印制板的邊緣。高頻 線路放在板面的中間，可以減小高頻導(dǎo)線對地線 和機殼的分電容，也便于板上的地線和機架相連。

（2）高電位導(dǎo)線和低電位導(dǎo)線應(yīng)盡量遠離最好的布線是使相鄰的導(dǎo)線間的電位差最小。

（3）避免長距離平行走線印制電路板上的布線應(yīng)短而直。必要時可以采用跨接線。

（4） 印制電路板上同時安裝模擬電路和數(shù)字電路此時宜將這兩種電路的地線系統(tǒng)完全分開，它們的供電系統(tǒng)也要完全分開。

（5）采用恰當(dāng)?shù)慕硬逍问?如用接插件、插接端和導(dǎo)線引出等幾種形式。

4．1.2 印制導(dǎo)線的尺寸和圖形

當(dāng)元器件結(jié)構(gòu)布局和布線方案確定后，就要具體地設(shè)計繪制印制導(dǎo)線的圖形。

1．印制導(dǎo)線的寬度

覆銅箔板銅箔的厚度一般為0．02mm～0．05mm。印制導(dǎo)線的最小寬度取決于導(dǎo)線的載 流量和允許溫升。印制板的工作溫度不能超過 85℃，導(dǎo)線長期受熱后，銅箔會因粘貼強度差而脫落。

2．印制導(dǎo)線的間距

導(dǎo)線的最小間距主要由最惡劣情況下的導(dǎo)線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。一般導(dǎo)線間距等于導(dǎo)線寬度，但不小于1 mm。對于微型設(shè)備，不小于0．4 mm。表面貼裝板的間距0．12 ～0．2mm， 甚至0．08mm。具體設(shè)計時應(yīng)考慮下述三個因素：

（1）低頻低壓電路的導(dǎo)線間距取決于焊接工藝。采用自動化焊接時間距要大些， 手工操作時宜小些。

（2）高壓電路的導(dǎo)線間距取決于工作電壓和基板的抗電強度。

（3）高頻電路主要考慮分布電容對信號的影響。

3．印制導(dǎo)線的圖形

元器件在印制板上有兩種排列方式：不規(guī)則排 列、規(guī)則排列（如圖4．7所示）。 不規(guī)則排列適用于高頻電路，它可以減少印 制導(dǎo)線的長度和分布參數(shù)，但不利于自動插裝。 規(guī)則（坐標(biāo)格）排列，排列整齊，自動插裝效率 高，但引線可能較長。同一印制板上的導(dǎo)線的寬 度宜一致，地線可適當(dāng)加寬。

4．焊盤

大面積銅箔時，焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些，但焊盤太大易形成虛焊。一般 焊盤外徑D》（d+1．3）mm，其中d為引線插孔直 徑。對高密度的數(shù)字電路，焊盤最小直徑可取 Dmin =（d +1.0）㎜。

（1）印制板設(shè)計步驟和方法 已知印制電路板板面需要容納的電路，

（2）設(shè)計印制板應(yīng)具備的條件 以及該電路內(nèi)各種元器件的型號、規(guī)格和主要 尺寸。

（3） 明確各元器件和導(dǎo)線在布局、布線時的 確定印制板在整機（或分機）中的位置及 特殊要求。 其連接形式。

5． 印制板的設(shè)計步驟和方法

（1） 選定印制板的材料、板厚和板面尺寸選擇印制板材料必須考慮到基材的電氣和機械性能，還要考慮價格和成本。 剛性基材可選擇酚醛紙質(zhì)層壓板、環(huán)氧紙質(zhì)層壓板、環(huán)氧玻璃布層壓板、聚四氟乙烯玻璃布層壓板。前兩種板材適 用于一般要求不高的電子設(shè)備中；環(huán)氧玻璃布 層壓板適用于工作溫度較高，工作頻率較高的 電子設(shè)備。

印制板厚由板面尺寸大小和所安裝元件的重量決定。板厚已標(biāo)準(zhǔn)化，其尺寸有0．2、0 ． 5、 0． 7、 0． 8、 1． 5、 1． 6、 2． 4、 3．2、6．4 mm等多種。剛性板厚一般1．5 mm。大電流板厚2～3 mm。小家電板厚約0．5mm。印制板的最佳形狀為矩形，長寬比為3：2或4：3。將幾塊小的印制板（矩形的或異形的）拼成一個大矩形，待裝配、焊接后再沿工藝孔裁 開，可降低生產(chǎn)成本。

（2）設(shè)計印制電路板坐標(biāo)尺寸圖 根據(jù)電原理圖并考慮元器件外形尺寸和布局布線要求，逐級從輸入到輸出的順序，用印有1 mm或 2．5 mm方格的坐標(biāo)格圖紙繪制電路板坐標(biāo)尺寸圖。 首先選出典型元器件作為布局的基本單元。典型元 器件是板面上要安裝的全部元件中在幾何尺寸上具 有代表性的元器件（如圖4．10所示），然后再估計其 他元器件尺寸相當(dāng)于典型元器件的倍數(shù)。

（3） 根據(jù)電原理圖繪制排版連線圖 排版連線圖是用簡單線條表示印制導(dǎo) 線的走向和元件器件的連接。在排版連線 圖中應(yīng)盡量避免導(dǎo)線的交叉，但可在元件 處交叉，因元件跨距處可以通過印制線排版連線圖，按元器件大 小比例，在方格紙上繪出排版設(shè)計草圖（一 般選2：1或4：1）。