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DFM的第一步:PCB板布线的可靠性设计

  PCB板导线宽度和间距是重要的设计参数,既影响PCB的电气性能和电磁兼容性,又影响PCB的可制造性和可靠性。PCB板导线的宽度由导线的负载电流,允许温升和铜箔的附着力决定。导线的宽度和厚度决定导线的截面积,导线的截面积越大,载流量就越大,但是电流流过导线会产生热量并引起导线温度升高,温升的大小受电流和散热条件影响,而允许的温升是由电路的特性、元器件的工作温度要求和整机工作的环境要求等因素决定的,所以温升必须控制在一定的范围之内。

  印制导线附着在绝缘基材上,过高的温度会影响导线对基材的附着力,所以设计导线宽度时应考虑在选定铜箔厚度的基材基础上,在导线需要的负载电流、导线允许的温升和铜箔的附着力都能满足要求的情况下确定印制导线的宽度。比如对于导线宽度不小于0.2mm,厚度为35um以上的铜箔上,当其负载电流为0.6A时,温升一般不会超过10℃。由于SMT印制板和高密度的信号导线其负载电流很小,导线宽度可以达到0.1mm,但导线越细其加工难度就越大,负载电流能力也越小。所以在布线空间允许的情况下,应适当选择宽一些的导线,一般接地线和电源线应设计得较宽,这样既有利于降低导线的温升,又有利于制造。

  PCB板导线的间距由绝缘电阻、耐电压要求和电磁兼容性以及基材的特性决定,也受制造工艺的限制,印制电路板表面层导线间的绝缘电阻是由导线间距、相邻导线平行段的长度、绝缘介质(包括基材和空气)、印制板的加工工艺质量,温度、湿度和表面的污染等因素所决定的。一般来说,绝缘电阻和耐电压要求越高,其导线间距就应适当加宽。当负载电流量较大时,导线间见距小则不利于散热,导线间距小的印制板温升也比导线间距大的板高,所以在设计时,对负载电流较大的导线和电位差较大的相邻导线,在布线空间允许的情况下,应适当加大导线间距,这样既有利于制造,也有利于降低高频信号线的相互干扰。一般地线、电源线的导线宽度和间距都大于信号线的宽度和间距。考虑到电磁兼容性要求,对高速信号传输线其相邻导线边缘间距应不小于信号线宽度的两倍,这样可以大大降低信号线的串扰,也有利于制造。

  在设计印制电路板时,应根据信号质量,电流容量及PCB厂家的加工能力,选择合适的走线宽度及走线间距,同时应考虑以下的工艺可靠性要求:

  1.根据目前大多数pcb厂家的加工能力,一般要求线宽/线距不小于4mil,速超电路最小可以做到3mil;

  2.走线拐弯处不允许有直角转折点;

  3.为避免两条信号线之间的串扰,平行走线时应拉开两线距离,最好采取垂直交叉方式或在两条信号线之间加一条地线;

  4.板面布线应疏密得当,当疏密差别太大时应以网状铜箔填充;

  5.SMT焊盘引出的走线,尽量垂直引出,避免斜向拉线;

  6.当从引脚宽度比走线细的SMT焊盘引线时,走线不能从焊盘覆盖,应从焊盘末端引线。

  7.当密间距的SMT焊盘引线需要互联时,应在焊盘外部进行连接,不允许在焊盘中间直接连接。

  8.应尽可能避免在细间距元器件焊盘之间穿越连线,确需在焊盘之间穿越连线的,应用阻焊对其加以可靠的遮蔽。

  9.在有金属壳体直接与PCB板接触的区域不允许有走线,如散热器和卧装电压调整器等金属体不能与布线接触,各种螺钉和铆钉安装孔的禁布区范围内严禁布线,以免造成短路隐患。

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