印制电路板设计指南.docx

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印制电路板设计指南

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印制电路板设计指南

（修订版）

2009-8-16发布2009-8-31实施

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx发布

目录

1.前言3

2.意见反馈3

3.免责声明3

4.总则3

4.1编制依据3

4.2编制原则4

5．一般要求4

5.1PCB设计任务的依据和要求4

5.2设计流程5

5.3设计方法6

5.3.1原理图输入6

5.3.2信息收集整理6

5.3.3对设计进行打包9

5.3.4布局9

5.3.5布局应遵循的工艺要求11

5.3.6孔间距14

5.3.7设置布线规则14

5.3.8布线18

5.3.9布线应遵循的工艺要求23

5.3.10生产制造数据的整理和生成25

5.3.11设计检查26

5.3.12PCB生产数据的传输26

5.3.13PCB加注版本标识27

印制电路板设计指南

1

5.2设计流程

图1PCB设计流程图

5.3设计方法

硬件设计师将任务单、原理图及所有的设计资料一起交付CAD。

硬件设计师和CAD设计师需按表格流程认真填写《PCB设计周期记录卡》。

对于修改PCB设计，《PCB设计修改单》的填写应如实、完整，修改内容应详细；CAD设计师按内容要求进行修改工作。

5.3.1原理图输入

在进行原理图输入时应注意以下几点：

a.逻辑图输入时应注意图面的合理分配；对空引脚要重点检查，弄清楚是不是电源引脚；

b.逻辑图输入完成后，先自查，并进行规则检查；对Danglingunnamedvertices未连通点要仔细检查，通过后打印一份交设计师作正确性检查；

c.根据逻辑设计师的反馈意见修正逻辑图。

5.3.2器件封装信息的收集整理

在设计过程中，需收集整理所包含的物理信息，包括：

a.按照结构要求建立一个基本的PCB绘制要求（如图2），PCB的板边框（BoardOutline）通常用10mil的线绘制；

图2PCB板示意图

b.器件焊盘、导通孔（过孔）、物理器件等的录入；

●焊盘图形与尺寸的设计应遵循以下基本原则：

①相邻焊盘间距的中心距应等于相邻焊端或引线间中心距；

②两端焊盘应对称，以保证熔融焊锡表面张力平衡；

③元件焊端或引脚与焊盘搭接后的剩余尺寸应确保焊点能够形成弯月面；

④两个或两个以上元器件不允许共用一个焊盘；

●通孔分立器件安装孔尺寸与间距设计原则

印制电路板元器件的安装孔径（金属化后的孔径）与元器件引脚直径应保持0.3～0.4mm的合理间隙；

导线的连接焊孔直径应以导线剥头搪锡后的直径计算，一般保持0.3～0.4mm的间隙；

通常情况下，分立元件的安装孔间距尺寸最小应以分立元件本体根部（或熔接点）外延2mm，如图3所示。

图3分立元件安装孔的间距

●常用表面组装元器件焊盘图形及尺寸设计符合GJB3243中5.1条的要求；

●自成形引线的焊盘长度应符合如下要求：

①焊盘内沿一般应大于引线脚后跟0.5～0.8mm，焊盘外延一般应大于引线脚趾0.5～1mm；

②焊盘内沿不应伸入至器件本体的底部，最多与器件本体平齐。

●BGA焊盘设计原则

①印制板焊盘中心与BGA底部相对应的焊球中心相吻合；

②印制板焊盘图形为实心圆，导通孔不得设置在焊盘上；

③焊盘最大直径等于BGA底部焊球的焊盘直径，最小直径等于BGA底部焊盘直径减去贴装精度；

●钻孔孔径：

金属化成孔孔径要比钻孔孔径小。

PCB设计时，器件安装孔和导通孔均给出的是成孔尺寸，钻孔尺寸由印制板生产部门根据自己的工艺水平和加工能力来确定。

c.检查物理元素的正确性和完整性；其中物理封装的类型，1腿位置及电源定义需由设计师书面说明；

5.3.3对设计进行打包

a.检查有无空门及单点one-pin-net，做好记录并由设计师给出处理意见；

b.对逻辑图进行反标注；

c.打印带有反标信息的逻辑图及连线表，交设计师进行正确性检查。

5.3.4布局

布局可以参照硬件设计师提供的原理图和大致布局，无特殊要求的，自行布局，布局完成再交设计师审查，认可后方可布线。

5.3.4.1布局基本规则

a.首先按照印制板外形图确定机械尺寸，确定印制板外形、禁止布局区、禁止布线区等；

b.优先放置有定位要求及与板外有连接关系的元器件，如：

接插件、调试器件等；

c.以电路功能块为单元，放置其核心元件及体积较大的元件，再以核心元件为中心摆放周围电路的元件；

d.热敏元件应远离发热元件，功率大的元器件应摆放在利于散热的位置上，如采用风扇散热，放在空气的主流通道上；若采用传导散热，应放在靠近机箱导槽的位置；

e.质量大的器件应尽量靠近板的下方；

f.元件的放置要便于调试和维修，需要调试的元件周围应有足够的空间（如：

跳线、仿真头、电位器等）,带高电压的元器件应尽量放在调试时手不易触及的地方；

g.对于数字和模拟混合电路设计，应使其按区域分开放置；

h.有高频连线的元件应尽量靠近放置，以减少干扰；

i.对于多电源的设计，布局时应尽量考虑电源层各类电源的连通性和电气性；

j.需做散热网的设计，布局时要考虑保持散热网的连通性及保证最佳的散热效果；

k.去耦电容应在元件电源输入管脚不大于5mm的距离内布放；

l.晶体或晶体振荡器应尽量靠近主芯片器件；

m.布局在原则上应均匀、整齐、紧凑，同时考虑后续布线的空间和难易程度。

5.3.4.2三合一约束阻尼散热网（水切割工艺）的设计原则

a.在进行散热板设计时要考虑如下因素：

①元器件的布局应利于散热板的通过；

②尽量保留功耗较大元器件周围的散热条；

③散热板的安装面（即正面或背面）；

④结构或逻辑设计上有无特殊要求，必要时可与结构设计师协商。

b.散热板具体的设计方法如下：

①散热板图形应采用0.001mm的线宽画出；

②散热板外框沿板中心线画出；

③对于0.3inch间距的通孔窄器件，散热条设计时沿距焊盘中心7个栅格，在器件内沿（即肚皮下）画出，而在器件外沿及两头各为9个栅格（按0.3175mm的栅格），如图4所示；

图40.3”inch间距的通孔器件散热条画法

④对于大于0.4inch间距的通孔宽器件，散热条设计时沿距焊盘中心各9个栅格，在器件内沿（即肚皮下）、外沿及两头画（按0.3175mm的栅格），如图5所示；

图50.4和0.6inch间距的通孔器件散热条画法

⑤散热条的拐弯处处理成圆弧形，圆弧半径一般为1.5mm；

⑥对于表贴器件散热条距元器件实际外形应大于2mm；

⑦散热条宽度一般不小于3mm；

⑧安装孔按实际尺寸加圆；

⑨单独焊盘应加一个外扩于焊盘形状2mm的圆；

⑩散热板在印制板粘接面有效区域内左上角加2.54mm高的字符J；

散热板在印制板非粘接面有效区域内左上角加2.54mm高的字符F。

5.3.5布局应遵循的工艺要求

5.3.5.1元件放置的方向性（orientation）

a.元器件放置方向考虑布线，装配，焊接和维修的要求后，尽量统一,在PCB板上的元件尽可能要求有统一的方向，有正负极型的元件也要有统一的方向;

b.对于波峰焊工艺，元件的放置方向要求如图6所示;

图6波峰焊元件的放置

由于波峰焊的阴影效应，因此元件方向与焊接方向成90°，波峰焊面的元件高度限制为4mm;

c.对于双面都有元件的PCB，较大较密的IC，如QFP，BGA等封装的元件放在板子的顶层，插件元件也只能放在顶层，插装元件的另一面（底层）只能放置较小的元件和管脚数较少且排列松散的贴片元件。

5.3.5.2布局的安装要求

a.一般器件距板边禁止布局区、相邻金属壳元器件之间应不小于2mm；

b.印制板元器件分布应尽可能均匀，元器件排列应整齐有序，元器件的方向应尽量保持一致；

c.任何两元器件的焊盘之间边缘距离应不小于0.5mm，与印制板边缘的距离一般应不小于5mm（考虑工艺夹持边和机械加强条）；

d.安装孔附件最少5mm内不得布表贴器件，靠近安装孔的表贴器件应按图7放置；

图7靠近安装孔的表贴器件的放置

e.大型元器件四周应留有一定的维修空隙，以流出SMD返修设备操作及局部网板的工作，一般在该元器件单边5mm范围内不设置其它元器件；

f.垂直板面对插或压接的电连接器，附近布表贴元器件时应考虑印制板的强度和形变量，若布表贴器件应距离上述位置最少3mm，精细间距表贴器件最少5mm，且应按图8进行布放；

图8

g.表贴元器件不应布放在印制板的角、边缘、槽、拼板的切割、豁口和拐角处，以上这些位置是印制板的高应力区，容易造成焊点和元器件的开裂或裂纹；若布表贴器件应距离上述位置最少5mm；

h.大型表贴器件应尽量在印制板的一面进行布局，当无法满足时，顶层的大型表贴器件与底层的表贴器件不得重叠；

i.若印制板的框架为铆接结构，考虑器件的可维修性，大型表贴器件的焊盘应与框架的距离至少为框架的高度。

5.3.6孔间距

a.任意两个相邻的机械安装孔的边缘之间的最小距离应大于印制板厚度；

b.孔边缘与印制板板边缘的最小距离应大于印制板厚度。

5.3.7设置布线规则

5.3.7.1设置布线层数

a.依据连线密度、元器件类型、电源和地层及特殊布线等要求，确定信号层、地层和电源层的层数；

b.根据需要设置合理的层叠顺序；

c.可以根据需求设置几个阻抗层；

d.注意参考层的选择；

e.将所有有阻抗要求的信号安排在阻抗层上面；

f.布线层数一般应采用偶数层：

2，4，6，8，10，12….

5.3.7.2层间分布顺序建议采用的模板

a.4层板：

2层电源,2层信号S1,G,P,S2；

b.6层板：

2层电源,4层信号S1,G1,S2,S3,P1,S4；

4层电源,2层信号S1,G1,P1,P2,G2,S2；

c.8层板：

2层电源,6层信号S1,G1,S2,S3,S4,S5,P1,S6；

S1,S2,G1,S3,S4,P1,S5,S6；

4层电源,4层信号S1,G1,S2,P1,P2,S3,G2,S4；

G1,S1,P1,S2,S3,P2,S4,G2；

d.10层板:

4层电源,6层信号S1,G1,S2,P1,S3,S4,P2,S5,G2,S6；

S1,G1,S2,S3,P1,P2,S4,S5,G2,S6；

5层电源,5层信号S1,P1,P2,S2,P3,S3,P4,S5,P5,S6；

S1,P1,P2,S2,S3,P3,S4,P4,P5,S6；

S1,P1,S2,P2,P3,S3,P4,S4,P5,S6；

6层电源,4层信号S1,P1,P2,S2,P3,P4,S3,P5,P6,S4；

S1,P1,S2,P2,P3,P4,P5,S3,P6,S4；

S1,P1,P2,P3,S2,S3,P4,P5,P6,S4；

e.12层板：

4层电源，8层信号S1,S2,P1,S3,S4,P2,P3,S5,S6,P4,S7,S8；

5层电源，7层信号S1,P1,S2,S3,P2,P3,S4,P4,S5,S6,P5,S7；

6层电源，6层信号S1,P1,S2,P2,S3,P3,P4,S4,P5,S5,P6,S6；

S1,P1,P2,S2,P3,S3,S4,P4,S5,P5,P6,S6；

P1,S1,P2,S2,S3,P3,P4,S4,S5,P5,S6,P6；

S1,P1,S2,P2,S3,P3,S4,P4,S5,P5,P6,S6；

5.3.7.3线宽和线间距的设置

a.一般信号线的宽度应按其实际电流值来考虑，可按0.3mm承载300mA电流量的比例来计算；

b.一般信号线的线宽建议采用0.2-0.3mm，对于密度大的设计可减小线宽至0.15mm；

c.对于一般信号线在考虑印制板加工能力和工艺水平的情况下，应满足以下要求：

器件焊盘（pad）与过孔（via）之间的间距不小于0.3mm；

器件焊盘（pad）与印制线（trace）之间的间距应不小于0.3mm；

过孔（via）与印制线（trace）之间的间距应不小于0.3mm；

印制线（trace）与印制线（trace）之间的间距应不小于0.2mm。

d.对于含有高密度器件或布线密度大的设计，可以根据实际情况减小或局部减小线宽和以上间距。

5.3.7.4对特殊信号进行设置

a.对有阻抗要求的信号进行设置

微带线阻抗近似计算公式为：

图9微带线

其中：

ZO为微带线的特征阻抗；εr为电介质的介电常数；t为传输线的厚度；ω为传输线的宽度；h为电介质绝缘层的厚度。

带状线阻抗近似计算公式为：

图10带状线

其中：

ZO为带状线的特征阻抗；εr为电介质的介电常数；t为传输线的厚度ω为传输线的宽度；h为电介质绝缘层的厚度。

根据该特征阻抗值可以计算出有阻抗要求信号线的线宽,也可以根据厂商提供的模板，直接采用推荐的线宽。

b.差分线对的设置

Zdiff=2*Z0（1-0.48*e-0.96*S/H）微带线

Zdiff=2*Z0（1-0.347*e-2.9*S/H）带状线

其中，Zdiff为差分线对的差分阻抗；ZO为特征阻抗；S为差分线对的间距；h为电介质绝缘层的厚度。

根据差分线对的特征阻抗和差分阻抗值可以计算出线对的线宽和线间距,也可以根据厂商提供的模板，直接采用推荐的线宽和线间距。

5.3.7.5过孔设置

过孔焊盘与孔径的设置可以参照表1。

表1过孔焊盘与孔径的设置表

成孔孔径（mm）

0.25

0.36

0.5

焊盘直径（mm）

0.64

0.76

1.02

阻焊直径（mm）

0.89

1.02

1.27

隔离盘直径（mm）

1.1

1.27

1.5

BGA表贴焊盘、过孔焊盘、过孔孔径可以参照表2。

表2BGA表贴焊盘、过孔焊盘、过孔孔径的设置表

BGA间距（mm）

1.27

1.0

0.8

0.7

BGA焊盘直径（mm）

0.64

0.5

0.42

0.35

过孔孔径（mm）

0.254

0.2

0.2

0.15

过孔焊盘直径（mm）

0.64

0.45

0.45

0.35

线宽/线间距（mm）

0.2/0.2

0.15/0.2

0.1/0.125

0.1/0.125

5.3.8布线

5.3.8.1布线基本原则

a.为减小翘曲，布线应力求合理、均匀，各信号层上的导电面积应均衡；

b.相邻两层导线应相互垂直布设，以减少层间信号干扰；

c.保持最短走线，尽量避免较长的相互平行线；

d.布线密度较低时，应适当加宽导线的宽度和间距；

e.布线应避免锐角、直角，采用45º布线,当导线拐弯夹角小于90°时，导线应作成圆弧形，避免尖角。

如图11所示;

f.高速信号的布线宽度应均匀，以免引起特性阻抗的不连续；

g.当过孔处有分叉线时，应使分叉点在过孔处，而避免在导线上，如图12所示；

h.对于间距较小的通孔器件（如：

1.27mm）、表贴器件以及CMOS器件空门处理处的布线，焊盘处的布线若有分叉线，分叉点可以在导线上，如图13、图14、图15所示；

i.表贴元器件（包括BGA器件）的焊盘上禁止打孔。

采用不采用

图11导线拐弯的形状

采用不采用

图12过孔处的布线

采用不采用

图13间距较小的通孔器件（1.27mm）的布线

采用不采用

图14表贴器件处的布线

采用不采用

图15CMOS器件空门处理测布线

5.3.8.2电源线布线原则

a.对于电源和地的布线，应尽量粗而短；

b.电源线的宽度可按1mm承载1A的电流值来计算；

c.若电源和地线需要打孔，孔径应大一些，以承载较大的电流；

d.电源和地构成的环路尽量小，以减小噪声；

e.模拟和数字电路的两种地线系统和供电系统分开，避免干扰；

f.数字电路的地线应闭合成环路，以提高抗噪声能力；（如图16）

图16电源和地的布线

g.对于去耦电容的布线应做到先进入电容管脚，再进入器件管脚（如图17）；

图17电源去藕布线示意图

h.对于多电源设计，应注意布线、打孔和在电源层中埋线时应防止在电源层上各类电源出现孤岛和断连；

i.电源层、地层上有多种电源时，两种相邻电源隔离带的宽度不小于0.5mm。

5.3.8.3特殊信号布线原则

5.3.8.3.1高速信号布线规则

a.为关键信号（如：

时钟、高速信号、同步信号等）设置专门的布线层，并保证最小的回路面积；

b.对于时钟线和高频信号线要根据其特性阻抗要求计算线宽，做到阻抗匹配；

c.高频信号尽可能短；

d.为减小串绕，高速数字信号应尽量远离其他信号（特别是模拟信号和高速信号）,应遵循“3W”规则：

即相邻连线的中心间距应大于3倍的线宽，如图18所示；

图18“3W”规则

e.高速数字信号应避免跨越电源隔离区域，如果不可避免跨越电源分割区，则每3~4根信号线需要在两个电源之间增加1个桥接电容；

f.对重要信号可采取地线屏蔽或区域覆铜。

5.3.8.3.21553B通讯总线的布线规则

a.1553模块与隔离变压器之间以及隔离变压器与边缘接插件之间的布局尽量的靠近；

b.晶振要尽量离CLOCKIN管脚近；

c.在1553模块的电源、地管脚之间尽可能近的地方加一个10uF的钽电容及一个0.1uF的陶瓷电容；

d.与隔离变压器的输入、输出管脚相连的发送、接收信号尽量的短而粗（0.5mm以上），避免在该印制线附近平行走其它高速信号线；

e.与隔离变压器的输入、输出管脚相连的发送、接收信号布线区域和变压器肚皮下，要将印制板的电源、地层挖空；

5.3.8.3.3差分线对的布线规则

a.为差分线对设置布线层，注意使其邻近参考平面；

b.根据差分线对的差分阻抗，为差分线对设置合理的线宽、线间距（可采用计算公式或套用厂商现成的模板）；

c.布线时应遵循“等长、等距、对称”的原则；

d.尽量加大差分线对与其它信号特别是高速信号的间距；

e.差分线对所对应的地平面应尽量保持完整；

f.差分线对应尽量避免使用过孔,以保持阻抗的连续性。

5.3.8.3.4基本运放电路的布线规则

a.依据原理图确认信号的流向、关键网络、运算∑点；

b.依据原理进行合理布局，与∑点相关的核心元器件要靠近运放管脚放置，其它无关器件可以适当远离；

c.布线时注意模拟信号线尽可能短而粗，大电流信号要留布线通道，若有空间做地覆铜处理；

d.∑点的布线最好有完整的地参考平面，其它无关信号线不要穿越∑点。

5.3.8.3.5数、模混合信号布线规则

a.模拟信号与数字信号分区布线；

b.模拟信号只能在模拟部分布线，数字信号只能在数字部分布线；

c.模拟、数字信号的布线都应避免跨越电源分割；

d.可根据需要将模拟信号屏蔽，以提高其抗干扰能力。

5.3.8.3.6需作散热考虑的元器件布线要求

对于需作散热考虑的元器件（如带有heatsink等）的布线要求如下：

a.在该器件元件面下做散热铜皮，使之与器件焊接；

b.除地线外，器件元件面下不能布线；

c.器件元件面下的铜皮应对阻焊做开窗处理；

d.若板上有足够的布线空间，可将铜皮按“工”字形处理；

e.若板上的布线空间很小，可在器件元件面下的散热铜皮中央均匀地放置地孔，地孔的间距为1.0mm-1.2mm，地孔孔径为0.2mm-0.3mm；为防止漏锡，接地孔在器件背面阻焊层上应做堵塞处理。

5.3.8.3.7其它规则

a.对于晶振或对噪声敏感的器件，其元件面下方应尽量不布线；

b.CMOS器件的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对未使用端要接地或接电源处理。

5.3.9布线应遵循的工艺要求

a.表贴器件的相邻两焊盘相连时，应避免桥连；SMT焊盘引线应从两端引出，避免从中部相连；如图19所示；

不推荐推荐

图19

b.对于板上及器件的安装孔周围在内层覆铜层的隔离距离应大于0.5mm，如图20所示；

图20

c.表贴器件焊盘处的阻焊间距应避免过细，而造成阻焊开窗。

阻焊间距应大于0.15mm，如图21所示；

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图21

d.对于大的导电面积，应局部开窗口，若有焊接点，应在其焊接部位保持其导体连续性的基础上，作出热隔离处理，以防止散热太快，降低可焊性，如图22所示；

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图22

e.覆铜箔上多电源隔离应避免孤立铜区，如图23所示；

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图23

f.丝印层数据（字符和标识等）应避免上焊盘，如图24所示。

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图24

5.3.10生产制造数据的整理和生成

a.在印制板上有效区域添加字符标识：

板名称、板号及八位日期；

一般字符高度：

2.0-2.5mm；字符线宽：

0.2-0.254mm；

b.元器件位号（丝印层）的排序，按照从上到下，自左到右的顺序；一般位号高度：

1.0-2.0mm,位号线宽：

0.2-0.254mm；

c.在印制板各布线层上的依次编号，元件面为第一层，焊接面为最后一层，层号应清晰、正确；

d.工艺边（夹持边）设计

当印制板板边缘5mm范围内必须有印制导线或焊盘时，必需设计工艺夹持边，便于设备夹持。

一般沿PCB焊接传送方向两条边留出4～10mm的夹持边，在这个范围内不允许布放元器件和焊盘。

如下图所示：

图25

遇有高密度组装板无法留出夹持边或当PCB为不规则形状时（非矩形）应可设计另外的工艺边或采用拼板形式焊接组装后切去。

d.生成光绘数据；

e.生成数控钻数据和打孔文件。

5.3.11设计检查

a.设计完成后，CAD设计师需对整个PCB设计数据进行自查和互检，参照本指南、《PCB设计自查项目》和《PCB设计互检管理办法》执行；

b.硬件设计师需对PCB布线图、原理图和连线表再次进行检查；

c.数据投产前，工艺师应对布线图进行工艺审查；

d.结构设计师应对PCB结构尺寸（包括外形、安装孔位置及大小、接插件的位置等）进行审查；

5.3.12PCB生产数据的传输

PCB设计的生产数据由CAD设计师本人确认，传输数据及压缩数据包传输时按《PCB文件传输管理办法》由CAD设计师二人互检确认后方能传输。

5.3.13PCB加注版本标识

PCB完成后，CAD设计师应按照硬件设计师提供的“PCB产品版本标识”在印制板的元件面和焊接面丝印层双面标识版本信息（对于单面安装印制板只加单面），同时应注意避开印制板框架、锁紧条、导热板、安装孔、导通孔等以便查验；