印制電路板的布線技巧及有哪幾種最佳焊接方法

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，印制電路板廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，幾乎所有的電子設(shè)備中都包含相應(yīng)的印制電路板。為保證電子設(shè)備正常工作，減少相互間的電磁干擾，降低電磁污染對人類及生態(tài)環(huán)境的不利影響，電磁兼容設(shè)計不容忽視。本文介紹了印制電路板的設(shè)計方法和技巧。在印制電路板的設(shè)計中，元器件布局和電路連接的布線是關(guān)鍵的兩個環(huán)節(jié)。

布局

布局，是把電路器件放在印制電路板布線區(qū)內(nèi)。布局是否合理不僅影響后面的布線工作，而且對整個電路板的性能也有重要影響。在保證電路功能和性能指標后，要滿足工藝性、檢測和維修方面的要求，元件應(yīng)均勻、整齊、緊湊布放在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接，以得到均勻的組裝密度。

按電路流程安排各個功能電路單元的位置，輸入和輸出信號、高電平和低電平部分盡可能不交叉，信號傳輸路線最短。

功能區(qū)分

元器件的位置應(yīng)按電源電壓、數(shù)字及模擬電路、速度快慢、電流大小等進行分組，以免相互干擾。

電路板上同時安裝數(shù)字電路和模擬電路時，兩種電路的地線和供電系統(tǒng)完全分開，有條件時將數(shù)字電路和模擬電路安排在不同層內(nèi)。電路板上需要布置快速、中速和低速邏輯電路時，應(yīng)安放在緊靠連接器范圍內(nèi);而低速邏輯和存儲器，應(yīng)安放在遠離連接器范圍內(nèi)。這樣，有利于減小共阻抗耦合、輻射和交擾的減小。時鐘電路和高頻電路是主要的騷擾輻射源，一定要單獨安排，遠離敏感電路。

布線

1、導(dǎo)線

⑴寬度印制導(dǎo)線的最小寬度，主要由導(dǎo)線和絕緣基板間的粘附強度和流過它們的電流值決定。印制導(dǎo)線可盡量寬一些，尤其是電源線和地線，在板面允許的條件下盡量寬一些，即使面積緊張的條件下一般不小于1mm。特別是地線，即使局部不允許加寬，也應(yīng)在允許的地方加寬，以降低整個地線系統(tǒng)的電阻。對長度超過80mm的導(dǎo)線，即使工作電流不大，也應(yīng)加寬以減小導(dǎo)線壓降對電路的影響。

⑵長度要極小化布線的長度，布線越短，干擾和串?dāng)_越少，并且它的寄生電抗也越低，輻射更少。特別是場效應(yīng)管柵極，三極管的基極和高頻回路更應(yīng)注意布線要短。

⑶間距相鄰導(dǎo)線之間的距離應(yīng)滿足電氣安全的要求，串?dāng)_和電壓擊穿是影響布線間距的主要電氣特性。為了便于操作和生產(chǎn)，間距應(yīng)盡量寬些，選擇最小間距至少應(yīng)該適合所施加的電壓。這個電壓包括工作電壓、附加的波動電壓、過電壓和因其它原因產(chǎn)生的峰值電壓。當(dāng)電路中存在有市電電壓時，出于安全的需要間距應(yīng)該更寬些。

⑷路徑信號路徑的寬度，從驅(qū)動到負載應(yīng)該是常數(shù)。改變路徑寬度對路徑阻抗（電阻、電感、和電容）產(chǎn)生改變，會產(chǎn)生反射和造成線路阻抗不平衡。所以，最好保持路徑的寬度不變。在布線中，最好避免使用直角和銳角，一般拐角應(yīng)該大于90°。直角的路徑內(nèi)部的邊緣能產(chǎn)生集中的電場，該電場產(chǎn)生耦合到相鄰路徑的噪聲，45°路徑優(yōu)于直角和銳角路徑。當(dāng)兩條導(dǎo)線以銳角相遇連接時，應(yīng)將銳角改成圓形。

2、孔徑和焊盤尺寸

元件安裝孔的直徑應(yīng)該與元件的引線直徑較好的匹配，使安裝孔的直徑略大于元件引線直徑的（0.15～0.3）mm。通常DIL封裝的管腳和絕大多數(shù)的小型元件使用0.8mm的孔徑，焊盤直徑大約為2mm。對于大孔徑焊盤為了獲得較好的附著能力，焊盤的直徑與孔徑之比，對于環(huán)氧玻璃板基大約為2，而對于苯酚紙板基應(yīng)為（2.5～3）。

過孔，一般被使用在多層PCB中，它的最小可用直徑是與板基的厚度相關(guān)，通常板基的厚度與過孔直徑比是6：1。高速信號時，過孔產(chǎn)生（1～4）nH的電感和（0.3～0.8）pF的電容的路徑。因此，當(dāng)鋪設(shè)高速信號通道時，過孔應(yīng)該被保持到絕對的最小。對于高速的并行線（例如地址和數(shù)據(jù)線），如果層的改變是不可避免，應(yīng)該確保每根信號線的過孔數(shù)一樣。并且應(yīng)盡量減少過孔數(shù)量，必要時需設(shè)置印制導(dǎo)線保護環(huán)或保護線，以防止振蕩和改善電路性能。

3、地線設(shè)計

不合理的地線設(shè)計會使印制電路板產(chǎn)生干擾，達不到設(shè)計指標，甚至無法工作。地線是電路中電位的參考點，又是電流公共通道。地電位理論上是零電位，但實際上由于導(dǎo)線阻抗的存在，地線各處電位不都是零。因為地線只要有一定長度就不是一個處處為零的等電位點，地線不僅是必不可少的電路公共通道，又是產(chǎn)生干擾的一個渠道。

一點接地是消除地線干擾的基本原則。所有電路、設(shè)備的地線都必須接到統(tǒng)一的接地點上，以該點作為電路、設(shè)備的零電位參考點（面）。一點接地分公用地線串聯(lián)一點接地和獨立地線并聯(lián)一點接地。

公用地線串聯(lián)一點接地方式比較簡單，各個電路接地引線比較短，其電阻相對小，這種接地方式常用于設(shè)備機柜中的接地。獨立地線并聯(lián)一點接地，只有一個物理點被定義為接地參考點，其他各個需要接地的點都直接接到這一點上，各電路的地電位只與本電路的地電流基地阻抗有關(guān)，不受其他電路的影響。

具體布線時應(yīng)注意以下幾點：

⑴走線長度盡量短，以便使引線電感極小化。在低頻電路中，因為所有電路的地電流流經(jīng)公共的接地阻抗或接地平面，所以避免采用多點接地。

⑵公共地線應(yīng)盡量布置在印制電路板邊緣部分。電路板上應(yīng)盡可能多保留銅箔做地線，可以增強屏蔽能力。

⑶雙層板可以使用地線面，地線面的目的是提供一個低阻抗的地線。

⑷多層印制電路板中，可設(shè)置接地層，接地層設(shè)計成網(wǎng)狀。地線網(wǎng)格的間距不能太大，因為地線的一個主要作用是提供信號回流路徑，若網(wǎng)格的間距過大，會形成較大的信號環(huán)路面積。大環(huán)路面積會引起輻射和敏感度問題。另外，信號回流實際走環(huán)路面積小的路徑，其他地線并不起作用。

⑸地線面能夠使輻射的環(huán)路最小。

在制作pcb電路板的過程中，焊接是一道比較重要的工序，焊接工序的好壞將會直接影響到電路板好壞，因此焊接電路板是需要一定的方法和技巧的。說說PCB電路板的好的焊接方法有哪些。

1 沾錫作用

當(dāng)熱的液態(tài)焊錫溶解并滲透到被PCB焊接的金屬表面時，就稱為金屬的沾錫或金屬被沾錫。焊錫與銅的混合物的分子形成一種新的部分是銅、部分是焊錫的合金，這種溶媒作用稱為沾錫，它在各個部分之間構(gòu)成分子間鍵，生成一種金屬合金共化物。良好的分子間鍵的形成是PCB焊接工藝的核心，它決定了PCB焊接點的強度和質(zhì)量。只有銅的表面沒有污染，沒有由于暴露在空氣中形成的氧化膜才能沾錫，并且焊錫與工作表面需要達到適當(dāng)?shù)臏囟取?/p>

2 表面張力

大家都熟悉水的表面張力，這種力使涂有油脂的金屬板上的冷水滴保持球狀，這是由于在此例中，使固體表面上液體趨于擴散的附著力小于其內(nèi)聚力。用溫水和清潔劑清洗來減小其表面張力，水將浸潤涂有油脂的金屬板而向外流形成一個薄層，如果附著力大于內(nèi)聚力就會發(fā)生這種情況。

錫-鉛焊錫的內(nèi)聚力甚至比水更大，使焊錫呈球體，以使其表面積最小化（同樣體積情況下，球體與其他幾何外形相比具有最小的表面積，用以滿足最低能量狀態(tài)的需求）。助焊劑的作用類似于清潔劑對涂有油脂的金屬板的作用，另外，表面張力還高度依賴于表面的清潔程度與溫度，只有附著能量遠大于表面能量（內(nèi)聚力）時，才能發(fā)生理想的沾錫。

3 金屬合金共化物的產(chǎn)生

銅和錫的金屬間鍵形成了晶粒，晶粒的形狀和大小取決于PCB焊接時溫度的持續(xù)時間和強度。PCB焊接時較少的熱量可形成精細的晶狀結(jié)構(gòu)，形成具有最佳強度的優(yōu)良PCB焊接點。反應(yīng)時間過長，不管是由于PCB焊接時間過長還是由于溫度過高或是兩者兼有，都會導(dǎo)致粗糙的晶狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是砂礫質(zhì)的且發(fā)脆，切變強度較小。

采用銅作為金屬基材，錫-鉛作為焊錫合金，鉛與銅不會形成任何金屬合金共化物，然而錫可以滲透到銅中，錫和銅的分子間鍵在焊錫和金屬的連接面形成金屬合金共化物Cu3Sn 和Cu6Sn5。

金屬合金層（n相+ε相）必須非常薄，激光PCB焊接中，金屬合金層厚度的數(shù)量級為0.1mm ，波峰焊與手工烙鐵焊中，優(yōu)良PCB焊接點的金屬間鍵的厚度多數(shù)超

過0.5μm 。由于PCB焊接點的切變強度隨著金屬合金層厚度的增加而減小，故常常試著將金屬合金層的厚度保持在1μm 以下，這可以通過使PCB焊接的時間盡可能的短來實現(xiàn)。

金屬合金共化物層的厚度依賴于形成PCB焊接點的溫度和時間，理想的情況下，PCB焊接應(yīng)在220 ‘t約2s 內(nèi)完成，在該條件下，銅和錫的化學(xué)擴散反應(yīng)將產(chǎn)生適量的金屬合金結(jié)合材料Cu3Sn 和Cu6Sn5厚度約為0.5μm 。不充分的金屬間鍵常見于冷PCB焊接點或PCB焊接時沒有升高到適當(dāng)溫度的PCB焊接點，它可能導(dǎo)致PCB焊接面的切斷。相反，太厚的金屬合金層，常見于過度加熱或PCB焊接太長時間的PCB焊接點，它將導(dǎo)致PCB焊接點抗張強度非常弱。

4 沾錫角

比焊錫的共晶點溫度高出大約35℃時，當(dāng)一滴焊錫放置于熱的涂有助焊劑的表面上時，就形成了一個彎月面，在某種程度上，金屬表面沾錫的能力可通過彎月面的形狀來*估。如果焊錫彎月面有一個明顯的底切邊，形如涂有油脂的金屬板上的水珠，或者甚至趨于球形，則金屬為不可PCB焊接的。只有彎月面拉伸成一個小于30。的小角度才具有良好的PCB焊接性。

推薦閱讀：http://www.wenjunhu.com/emc_emi/456029.html