PCB版图设计指南.docx

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PCB版图设计指南

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1.概述

1.1目的

本PCB版图设计指南是为设计PCB产品提供可遵循的规则和方法，详细的阐述了PCB版图的设计规则、材料选择等内容。

1.2范围

本指南适用于电源SMT产品、微波控制电路部分使用PCB板设计，产品工装夹具设计和微波射频电路部分使用聚四氟乙烯材质PCB板设计可参考借鉴。

1.3依据

GJB4057-2000《军用电子设备印制电路板设计要求》

GJB3243-98《电子元器件表面安装要求》

GJB362B-2009《刚性印制板通用规范》

2.PCB板设计评审和采购流程

2.1拟制：

工程师根据产品原理图和PCB版图设计指南设计PCB板制版图；

2.2审核：

部门经理根据电路原理审核电子版版图，工艺工程师根据PCB板设计规则对PCB板电子版版图进行工艺可装配性审核。

2.3批准：

部门主管批准；

2.4采购：

产品工程师填写采购单经批准后交物资部采购，同时由产品工程师负责将设计的电子版图交送物资部，并送资料室保存。

3.设计规则

3.1PCB板材要求

PCB板设计时应根据产品焊接和工作温度、电气性能、结构强度和加工费用等选择合适的覆箔板，对于普通PCB板要求如下：

3.1.1根据公司产品的特点，常用FR-4基板，可选择FR-5及聚四氟乙烯等材质；

3.1.2PCB铜箔厚度：

常用35μm，可根据导体电流大小和允许的工作温度选择其它厚度。

3.1.3PCB板层数：

常用2层，可选择多层板例如4层、6层等，但必须是偶数层板。

3.1.4PCB板尺寸依据产品设计要求确定，在设计文件中标明，尺寸标注应考虑厂家的加工公差。

3.1.5PCB厚度的选取应该根据板尺寸大小、所安装元件的重量、环境试验要求选取。

板厚（±10%公差）规格：

0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm。

3.1.6PCB板特殊要求由设计工程师提出，由部门经理和工艺人员审核确认后才可选用；

3.2元器件布局

元器件布局设计应遵循下列原则：

3.2.1根据结构图设置板框尺寸，按结构设计布置安装孔、接插件等需要定位的器件；

3.2.2PCB板加工工艺的优选顺序为：

元件面单面贴装——双面贴装；

3.2.3遵照“先大后小，先易后难”的布置原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局；

3.2.4元器件排列易焊接原则

元器件布局按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局；利于焊接，例如大的器件再流焊时热容量比较大，过于集中容易使局部温度低而造成虚焊。

相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”布局。

3.2.5元器件排列易装配原则

元器件布局时需要考虑易装配，其特征方向一般要求一致，如IC芯片和极性器件等。

人工装配不易出错、机器装配节省时间且美观。

元器件的排列要便于调试和维修，需调试的元器件周围要有足够的空间。

图1元器件排列装配易装配原则

3.2.6需要安装重量较大（模块电源、变压器、电感、电解电容）的元器件时，应尽量安排在靠近印制板支撑点位置；

两面过回流焊的PCB的底面要求无大体积、太重的表贴器件，第一次再流焊接器件重量限制如下：

A=器件重量/引脚与焊盘接触面积

表1再流焊器件重量要求

器件类别

片式器件

翼形引脚器件

J形引脚器件

面阵列器件

要求

A≤0.075g/mm2

A≤0.300g/mm2

A≤0.200g/mm2

A≤0.100g/mm2

若有超重的器件必须布在底面，则应通过试验验证可行性。

3.2.7经常拔插器件或板边连接器周围3mm范围内尽量不布置表面贴装器件，以防止连接器插拔时产生的应力损坏器件。

图2连接器布局

3.2.8贴片元件之间的最小间距满足要求：

机器贴片之间器件距离要求：

同种器件：

≥0.3mm

异种器件：

≥0.13*h+0.3mm（h为周围近邻元件最大高度差）

只能手工贴片的元件之间距离要求：

≥1.5mm

同种器件异种器件

图3贴片器件布局要求

3.2.9元器件的外侧距过板轨道接触的两个板边大于、等于5mm；

图4元器件外侧距板边缘要求

3.3热设计要求

3.3.1均匀布设，整个板面元器件排列应整齐有序，发热元器件分布和布线密度应均匀；

3.3.2对于自身温升高于30℃的热源，一般要求：

若因为空间的原因不能达到要求距离，则应通过温度测试保证温度敏感器件的温升在降额范围内。

3.3.3采用散热通孔的方法

此方法是在具有散热板的印制电路板上设置散热孔和盲孔。

再流焊时焊锡将散热孔填满，这样可以提高导热能力。

3.3.4单独为发热元件增加通风冷却的散热装置。

3.4布线设计

布线满足设计任务的各种电气性能，尤其是高频高速电路，高密度PCB板，多电源、地种类的PCB板等带有特殊性的PCB，需要在设计过程中按照一些PCB布线的基本规范要求去做，这样就会大大减少PCB潜在问题的出现。

3.4.1总体规划原则

重要信号，易受干扰信号，有特殊要求信号布放层、走线方式定义。

布线顺序：

试布－调整－至基本符合要求、预布线、自动布线，交互优化布线。

根据电路特点选择自动布线策略。

3.4.2间距设置规则

1）间距包括：

导线与导线、焊盘与焊盘、焊盘与导线的距离

推荐导线的最小间距为0.25mm（10mil），极限尺寸0.15mm（6mil），导线与PCB板边缘的距离最小为0.5mm，并应适当地考虑PCB板的尺寸公差，在PCB板边缘的布线密度不宜过高。

2）对于输入电压50V-600V电源，首先PCB板中的最小间距应能满足最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压条件。

（与介电强度相关）

表2工作电压与最小空气间隙及爬电距离的关系

一次侧

二次侧

线与保护地间距mm

工作电压直流值或有效值V

空气间隙mm

爬电距离mm

工作电压直流值或有效值

空气间隙mm

爬电距离mm

线与保护地间距mm

4.0

50V

1.0

1.2

71V

0.7

1.2

2.0

150V

1.4

1.6

125V

0.7

1.5

200V

2.0

150V

0.7

1.6

250V

2.5

200V

0.7

2.0

300V

1.7

3.2

250V

0.7

2.5

400V

4.0

600V

3.0

6.3

3）3W规则

高频、高速电路往往会出现线间信号串扰现象。

有资料表明：

线间距与线间串扰存在“3W规则”。

当线中心间距不少于3倍线宽时，则可保持70%的电场不互相干扰，称为3W规则。

有条件时，尽量保证线间距。

图53W规则

3.4.3线宽规则

1）推荐导线的最小间距为0.25mm（10mil），极限尺寸0.15mm（6mil），

2）导线宽度的确定依据是布线密度、导线电流值以及加工技术。

3）导线的载流量，即在规定的环境温度下，允许导线升温不超过10℃所能通过电流大小。

4）对于可靠性要求高时，倾向于使用较大的线宽、间距。

当导线通过较大电流时，铜箔宽度与载流量的关系应参考表中的数据降额50%去选择使用。

表3PCB导线的电流最大承载值（25℃下，温升ΔT=10℃）

线宽mm

电流A

铜箔厚度35μm

铜箔厚度50μm

铜箔厚度70μm

2.5

4.5

5.1

4.3

5.1

1.5

3.2

3.5

4.2

1.2

2.7

3.6

2.3

2.6

3.2

0.8

2.4

2.8

0.6

1.6

1.9

2.3

0.5

1.35

1.7

0.4

1.1

1.35

1.7

0.3

0.8

1.1

1.3

0.2

0.55

0.7

0.9

0.15

0.2

0.5

0.7

3.4.4优先原则

关键信号线优先——电源、模拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线。

尽量为时钟信号、高频信号、敏感信号等关键信号提供专门的布线层，并保证其最小的回路面积。

必要时应采取手工优先布线、屏蔽和加大安全间距等方法，保证信号质量。

高密度优先——从PCB板上连接关系最复杂的器件着手布线。

从连线最密集的区域开始布线。

3.4.5串扰控制原则

串扰（CrossTalk）是指PCB上不同网络之间因长距离平行走线引起的相互干扰，主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用。

克服串扰的主要措施是：

加大平行布线的间距，遵循“3W规则”。

在平行线间插入接地的隔离线。

减小布线层与地平面的距离。

3.4.6走线非开环规则

一般不允许出现一端浮空的布线（DanglingLine）,主要是为了避免产生“天线效应”，减少不必要的干扰辐射和接收。

图6走线非开环规则

3.4.7走线非闭环规则

防止信号线在不同层间形成自环。

在多层板设计中容易发生此类问题，自环将引起辐射干扰。

图7走线非闭环规则

3.4.8走线方向控制规则

相邻层的走线方向成垂直正交结构。

避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向，以减少不必要的层间串扰。

图8走线方向控制规则

3.4.9阻抗匹配规则

同一网络的布线宽度应保持一致，线宽的变化会造成线路特性阻抗的不均匀，当传输的速度较高时会产生反射，在设计中应该尽量避免这种情况。

在某些条件下，如接插件引出线，可能无法避免线宽的变化，应该尽量减少中间不一致部分的有效长度。

图9阻抗匹配规则

3.4.10走线分枝长度控制规则

尽量控制分枝的长度，一般的要求是Tdelay＜=Trise/20

图10走线分枝长度控制规则

3.4.11走线防谐振规则

主要针对高频信号设计而言，即布线长度不得与其波长成整数倍关系，以免产生谐振现象。

图11走线防谐振规则

3.4.12连线最短规则

设计时应使布线长度尽量短，以减少由于走线过长带来的干扰问题，特别是一些重要信号线，如时钟线，务必将其振荡器放在离器件很近的地方。

对驱动多个器件的情况，应根据具体情况决定采用何种网络拓扑结构。

图12连线最短规则

3.4.13倒角规则

PCB设计中应避免产生锐角和直角布线，对于高频高速电路，会造成线宽的变化，从而使得阻抗不匹配，造成反射，拐角可以等效为传输线上的容性负载，减缓上升时间，尖端处产生EMI。

应采用大于90度的角度。

图13倒角规则

3.4.14内电层空间不重叠规则

不同电源层在空间上要避免重叠。

主要是为了减少不同电源之间的干扰，特别是一些电压相差很大的电源之间，电源平面的重叠问题一定要设法避免，难以避免时可考虑中间隔地层。

图14内电层空间不重叠规则

3.4.15地线回路规则

环路应最小，即信号线与其回路构成的环路面积要尽可能小，环面积越小，对外的辐射越少，接受外界的干扰也越小。

针对这一规则，在地平面分割时，要考虑到地平面与重要信号走线的分布，防止由于地平面开槽等带来的问题；在双层板设计中，在为电源留下足够空间的情况下，应该将留下的部分用参考地填充，并增加一些必要的孔，将双面地信号有效连接起来，对一些关键信号尽量采用地线隔离，对一些频率较高的设计，需特别考虑其它平面信号回路问题，建议采用多层板设计。

图15地线回路规则

3.4.16屏蔽保护规则

对应地线回路规则，实际上也是为了尽量较小信号的回路面积，多见于一些比较重要的信号，如时钟信号，同步信号；对一些特别重要，频率特别高的信号，应该考虑采用同轴电缆屏蔽结构设计，即将所布的线上下左右用地线隔离，而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合。

图16屏蔽保护规则

3.4.17内电层分割宽度规则

1）内部电源、地层中如果因电路中用到不同的电源和地需要进行分隔，当不同电源之间电位差大于12V时，条件许可下，分割宽度可设为1.27mm（50mil），小于时可设为0.5mm~0.635mm（20-25mil）。

2）如果因内部电层分割造成高速信号的回流路径遭到破坏时，应在其他布线层给予补偿。

例如用接地的铜箔将该信号网络包围（包地），以提供信号的地回路。

3.5焊盘设计

3.5.1表面贴装元件焊盘设计应掌握以下关键要素：

1）对称性——两端焊盘必须对称，才能保证熔融焊锡表面张力平衡。

2）焊盘间距——确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸。

3）焊盘剩余尺寸——搭接后的剩余尺寸必须保证焊点能够形成弯月面。

4）焊盘宽度——应与元件端头或引脚的宽度基本一致。

图17矩形片式元件焊盘结构示意图

常用元器件尺寸及相关的焊盘图形尺寸见附录A。

3.5.2焊盘与印制导线连接的设置

1）对于两个焊盘安装的元件，如电阻、电容，与其焊盘连接的印制线从焊盘中心位置对称引出，避免呈一定角度，且与焊盘连接的印制线必须具有一样宽度。

图18阻容元件焊盘与印制线的连接图19隔热路径的设计

2）与较宽印制线连接的焊盘，中间最好通过一段窄的印制线过渡，这一段窄的印制线通常被称为“隔热路径”，否则，对2125（英制即0805）及其以下表面贴装类器件，焊接时极易出现“立片”缺陷。

具体要求如图19所示，从大面积地或电源线处引出的导线长大于0.5mm，宽小于0.4mm。

3）线路与SOIC、PLCC、QFP、SOT等器件的焊盘连接一般建议从焊盘两端引出，如图20所示。

图20器件焊盘引出线的位置

4）大面积电源区和接地区的设计，超过Ф25mm（1000mil）范围电源区和接地区，应根据需要，一般都应该开设网状窗口或采用实铜加过孔矩阵的方式，以免其在焊接时间过长时，产生铜箔膨胀、脱落现象，如图21所示。

5）大面积电源区和接地区的元件连接焊盘，应设计成如图22所示形状，以免大面积铜箔传热过快，影响元件的焊接质量，或造成虚焊；对于有电流要求的特殊情况允许使用阻焊膜限定的焊盘。

图21大面积铜箔区窗口的设计图22花焊盘的设计

3.6孔设计

3.6.1过孔设置：

通常情况下，应采用标准过孔设置，标准过孔尺寸（孔径与板厚比≤1：

6）

表4过孔设置

内径mm（mil）

0.3（12）

0.4（16）

0.5（20）

0.6（24）

0.8（32）

外径mm（mil）

0.63（25）

0.76（30）

0.88（35）

1.0（40）

1.25（50）

常用过孔设置为：

内径0.5mm，外径0.88mm，散热焊盘的过孔设置为：

内径0.4mm，外径0.76mm；

3.6.2通孔安装印刷板布局设计一般应符合下列要求：

1）镀覆孔的直径应比元器件引线的最大尺寸大0.2~0.4mm；

2）相邻焊盘的间距应不小于0.2mm；

3）SMT焊盘边缘距导通孔边缘的最小距离为2.5mm（10mil），若过孔塞绿油，则最小距离为1.5mm（6mil）。

4）SMT器件焊盘上无导通孔，但作为散热用的DPAK封装焊盘中需设置散热过孔；

表5插装元器件焊盘与通孔关系

引线直径mm

＜0.4

0.7

0.8

1.0

1.2

1.5

IC孔

焊盘孔径mm

0.6

0.9

1.0

1.3

1.4

1.7

0.8

焊盘直径mm

1.8

2.5

3.0

3.5

2.2

3.6.3盲孔和埋孔：

盲孔是连接表层和内层而不贯通整板的导通孔，埋孔是连接内层之间而在成品板表层不可见的导通孔，这两类过孔尺寸设置可参考过线孔。

应用盲孔和埋孔设计时应对PCB加工流程有充分的认识，避免给PCB加工带来不必要的问题，必要时要与PCB供应商协商。

图23盲孔和埋孔设计规则

图24可加工的六层板盲埋孔结构示例图

3.6.4最小孔径：

制成板的最小孔径定义取决于板厚度，板厚孔径比在5-8之间。

表6板厚度与最小孔径的关系

板厚

3.0mm

2.5mm

2.0mm

1.6mm

1.0mm

最小孔径

0.6mm

0.5mm

0.4mm

0.3mm

0.2mm

3.6.5导通孔位置的设计：

1）导通孔的位置主要与再流焊工艺有关，导通孔不能设计在焊盘上，应该通过一小段印制线连接，否则容易产生“立片”、“焊料不足”缺陷，如图25所示。

图25无阻焊导通孔位置

2）导通孔不能设计在焊接面上片式元件的焊盘中心位置，见图26所示。

图26导通孔不能设计在焊盘中心位置

3.7阻焊设计

阻焊层主要目的是防止焊接时产生桥连现象。

3.7.1元件焊盘一定以Pad给出，不使用Trace填充，以保证生成阻焊数据正确。

SolderMask：

阻焊，用来遮挡需要焊接的焊盘，其余地方涂敷绿油等阻焊材料，一般设置阻焊尺寸比焊盘尺寸大0.1mm~0.15mm（4mil~6mil），将有其他需要的个别焊盘单独设置，见图27。

图27阻焊设计

3.7.2阻焊层设计规则，明确阻焊层使用Protel中使用层的定义，通常阻焊层自动生成，制定特殊焊盘设计规则；

1）当焊盘之间无导线时，焊盘之间可以不用阻焊膜，阻焊膜与焊盘的间隙如图28所示：

图28焊盘之间无导线时阻焊膜图形设计

2）当焊盘之间有导线时必须设计有阻焊膜，被阻焊膜覆盖的导线表面不得有锡铅合金层，如图29所示：

图29焊盘之间有导线时阻焊膜图形设计

3.8锡膏板设计

锡膏防护，针对表贴元件制作钢模。

钢膜上的孔对应着电路板上的SMD器件的焊点。

通常钢膜尺寸≤表贴焊盘，常见设置为与焊盘相等（即=0），见图30。

图30锡膏板开孔设计

3.9拼板设计

设备的轨道系统有一个夹持PCB板的尺寸范围，一般生产线的夹持范围为：

50mm×50mm~330mm×250mm。

而小于50mm×50mm的PCB板需设计成拼版的形式。

可采用双数拼板、正反面各半、两面图形完全相同的设计，这种设计可以采用同一块模板、节省编程、生产准备时间、提高生产效率和设备利用率。

相对于外形复杂的PCB，拼好后的PCB尽量保证外形的规则，以便轨道夹持。

相同的PCB可以拼在一块，不同的PCB也可以拼在一块。

拼版可采用平排、对拼、鸳鸯板的形式。

图31拼板设计

3.10Mark定位标志的制定规则

3.10.1基准标志（Mark）：

为了纠正PCB加工误差，用于光学定位的一组图形。

基准标志设置最少2个，最多3个。

3.10.2基准标志的种类：

分为PCB基准标志和局部基准标志。

3.10.3Mark形状：

实心圆、三角形、菱形、方形、十字、空心圆等都可以，优选实心圆。

图32Mark标志形状

3.10.4Mark尺寸：

1mm～2mm。

最小1mm。

最大不能超过2mm。

3.10.5Mark表面：

裸铜、镀锡、镀金均可，但要求镀层均匀、不要过厚。

3.10.6Mark周围：

考虑到阻焊材料颜色与环境反差，在Mark周围有1—2mm无阻焊区，特别注意不要把Mark设置在电源大面积地的网格上。

3.10.7基准标志图示（单位：

mm）

图33基准标志示意图

图33中此区域内不能有任何图形和铜箔。

3.11PCB板命名规则

依据产品型号命名，例如产品SMD15-28S5的PCB板名称为SMD15-28S5-PCB，如果产品含有多个PCB板则在名称后面加上后缀-A、-B、-C等命名；

3.12PCB板丝网印刷要求

3.12.1所有元器件、安装孔、定位孔都有对应的丝印标号，丝网图形包括丝网符号、元器件位号、极性和IC的1脚标志。

3.12.2为了保证器件的焊接可靠性，要求器件焊盘上无丝印，以防不易焊接或造成虚焊；

图34丝印示意图

3.12.3PCB文件上应有PCB板名称、公司飞行标志、798、版本号、制版日期等制成板信息丝印，位置明确、醒目；

3.12.4调整字符，要保证装配以后还可以清晰看到字符信息，所有字符在X或Y方向上应一致，字符、丝印大小要统一；

3.12.5字符一般线宽0.15mm~0.3mm（6-12mil），高度1mm，否则易造成丝印后字符模糊不清。

3.13再流焊工艺的元器件排布方向

为了减少由于元器件两侧焊端不能同步受热而产生竖碑、移位、焊端脱离焊盘等焊接缺陷，要求PCB上两个端头的片式元件的长轴应垂直于再流焊炉的传送带方向，SMD器件长轴应平行于传送带方向。

图35再流焊炉传送带方向示意图

对于大尺寸的PCB，为了使PCB两侧温度尽量保持一致，PCB长边应平行于再流焊炉的传送带方向，因此当PCB尺寸大于200mm时要求：

1）两个端头Chip元件的长轴与PCB的长边相垂直；

2）SMD器件的长轴与PCB的长边平行；

3）双面组装的PCB两个面上的元器件取向一致。

附录A常用元器件尺寸及相关的焊盘图形尺寸设计

图给出了常用元器件尺寸及相关的焊盘图形尺寸，详见图1至图21。

表格中“min”表示最小尺寸；“max”表示最大尺寸；“ref”表示参考尺寸；“basic”表示基本尺寸；“封装类型”栏中“mm”表示公制型号；[in]表示英制型号。

焊盘图形图中的边框线成矩形，对应边长度相等，故在表中只给出了相邻两边长度（单位为网格），例如：

4×6网格。

把网格换算成毫米时，每边都应分别乘以0.5。

1片式电阻器

1.1电阻器尺寸

片式电阻器尺寸应符合图1的规定：

单位：

封装类型mm[in]

min

max

min

max

min

max

min

max

1005[0402]

1.00

1.10

0.40

0.70

0.48

0.60

0.10

0.30

0.40

1608[0603]

1.50

1.70

0.70

1.11

0.70

0.95

0.15

0.40

0.60

2012[0805]

1.85

2.15

0.55

1.32

1.10

1.40

0.15

0.65

3216[1206]

3.05

3.35

1.55

2.32

1.45

1.75

0.25

0.75

0.71

3225[1210]

3.05

3.35

1.55

2.32

2.34

2.64

0.25

0.75

0.71

5025[2010]

4.85

5.15

3.15

3.92

2.35

2.65

0.35

0.85

0.71

6332[2512]

6.15

6.45

4.45

5.22

3.05

3.35

0.35

0.85

0.71

图

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