印制电路板PCB设计综述.docx

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印制电路板PCB设计综述

印刷电路板（PCB）设计

1基本原则

在进行印制板设计时，应考虑以下三个基本原则。

1.1电气连接的准确性

印制板设计时，应使用电原理图所规定的元器件，印制导线的连接关系应与电原理图导线连接关系相一致，印制板和电路原理图上元件序号必须一一对应，非功能跳线（仅用于布线过程中的电气连接）除外。

注：

如因结构、电气性能或其它物理性能要求不宜在印制板上布设的导线，应在相应文件（如原理图上）上做相应修改。

1.2可靠性和安全性

印制板电路设计应符合相应电磁兼容和电器安规标准的要求。

1.3工艺性

印制板电路设计时，应考虑印制板制造工艺和电控装配工艺的要求，尽可能有利于制造、装配和维修，降低焊接不良率。

2技术要求

2.1印制板的选用

2.1.1印制电路板板层的选择

家用电器考虑产品的经济性，一般首选单面板，其次双面板。

2.1.2印制电路板的材料

2.1.2.1双面板应采用玻璃纤维板FR-4，单面板应采用半玻纤板CEM-1或者纸质板FR-1。

2.1.2.2印制板材料的厚度选用1.6mm，单面铜层厚度一般为1盎司。

2.1.3印制电路板的工艺要求

双面板原则上应该是喷锡板或镀金板，单面板原则上应该是抗氧化膜工艺的板。

2.2自动插件和贴片方案的选择

双面板尽可能采用贴片设计，单面板一般采用自动插件方案设计；接合pcb的大小、EMC、安全以及批量生产效率的考虑，在有必要时可采用贴片和自动插件方案的混合工艺设计，但需合理考虑插件和贴片的元件数量的分配,一般情况下一块大拼板机插和贴片元件数量均需在25个元件以上（有贴片IC的不受此限制），一般情况下禁止PCB采取同一面既有红胶又有锡膏的工艺。

2.3布局

2.3.1印制电路板的结构尺寸

2.3.2贴片板的尺寸必须控制在长度100mm~300mm之间，宽度在50mm~250mm之间；插件板的尺寸必须控制在长度50mm~330mm之间，宽度在50mm~250mm之间，过大不易控制板的变形，过小要采用拼板设计以提高生产效率。

PCB的外围边框线体线宽统一定为0.127mm。

尺寸小于50mm*50mmPCB应进行拼板。

最佳拼板：

平行传送边方向的V-CUT线数量≤3（对于细长的单板可例外），如下图：

2.3.2.1印制板的两条长边应平行，不平行的要加工艺边，以便于生产加工过程中的设备传输。

对于板面积较大，容易产生翘曲的印制板，须采用加强筋或边框等措施进行加固，以避免在生产线上生产加工或过波峰时变形。

2.3.2.2印制电路板应有数量不小于3个的测试工装用的不对称定位孔，定位孔的直径可选择4mm，直径误差为+0.05/-0mm，孔距的公差要求在±0.08mm之内；定位孔、安装孔周围0.5mm范围内不能有铜箔（防止过波峰时孔内填锡）；放置时应尽量拉开距离，且距离板边缘至少有2mm以上的间距，保证在生产时针床、测试工装等地方便。

2.3.2.3自动插件工艺的印制电路板的定位尺寸应符合自动插件机的工艺要求。

详见附录A。

2.3.2.4自动贴片工艺的印制电路板的定位尺寸应符合自动贴片机的工艺要求。

在有贴片的PCB板上，为提高贴片元件的贴装的准确性，应在贴片层放置两个校正标记（Marks），分别设于PCB的一组对角上，并且不对称；标记直径1mm的焊盘，标记部的铜箔或焊锡从标记中心圆形的4mm范围内应无阻焊区或图案，如下图：

不能有阻焊区和图案

内径与外径比为1：

4

2.3.2.5机插和贴片混合工艺的特殊要求

2.3.2.5.1贴片板为锡膏板

采取先贴片后插件的混合工艺，除了分别满足贴片和机插的工艺要求外,贴片元件需与插件元件焊盘间距有2.5mm以上的距离。

（因插件引脚长度为1.2-1.8mm范围）。

2.3.2.5.2贴片板为红胶板

采取先机插后贴片的混合工艺，除了分别满足贴片和机插的工艺要求外,贴片元件需于插件元件引脚有1mm以上的距离。

2.3.3焊接方向

2.3.3.1一般情况下，印制电路板过波峰焊的方向，应平行于印制电路板的长边，垂直于印制电路板的短边；如下图。

2.3.3.2过波峰方向必须与元件脚间距密（小于2.54mm）的IC及接插座连接线等器件的长边方向一致；容易松动的元器件尽量不要布在波峰方向的尾部。

如下图。

2.3.3.3

PCB过波峰方向应在元件面的丝印层上有明确、清晰的箭头标识；如下图。

过波峰方向

过波峰标识

2.3.4器件的布局

2.3.4.1工艺设备对器件布局的要求

2.3.4.1.1采用自动插件工艺的印制电路板的器件布局应符合自动插件机的工艺要求。

详见附录A。

2.3.4.2元器件的放置需考虑元器件高度，元件布局应均匀，紧凑，美观，重心平衡，并且必须保证安装。

2.3.4.2.1任何元件本体之间的间距尽可能达到0.5mm以上，不能紧贴在一起，以防元件难插到位或不利散热；大功率电阻（1W以上）本体与周边的元器件本体要有2mm以上的间隙，原则上大功率电阻需进行卧式设计。

2.3.4.2.2元器件布局应和板盒装配互相匹配，高个子元器件尤其是插针继电器、风机电容、强电插座、大功率电阻、互感器等在装配进电控盒后，最高处与盒体应有3mm以上的间隙。

2.3.4.2.3元器件布局应考虑重心的平衡，整个板的重心应接近印制电路板的几何中心，不允许重心偏移到板的边缘区（1/4面积）。

2.3.4.3插件、焊接和物料周转质量对器件布局的要求

2.3.4.3.1同类元件在电路板上方向要求尽量保持一致（如二极管、发光二极管、电解电容、插座等），以便于插件不会出错、美观，提高生产效率。

2.3.4.3.2金属外壳的晶体振荡器，为了防震尽可能用卧式设计并加胶固定。

2.3.4.3.3贴片元件（尤其是厚度较高的贴片元件）长轴放置方向应该尽可能垂直于波峰焊前进方向，以尽量避免产生阴影区。

电阻、电容二极管三极管

过波峰方向

2.3.4.3.4贴片元件放置的位置至少离撕板之V槽4mm间距，并且贴片元件必须长轴放置方向平行V槽线。

电阻、电容二极管三极管

V槽线

2.3.4.3.5对于贴片元件。

相邻元器件焊盘之间间隔不能太近，建议按下述原则设计。

对于需波峰焊加工的单板背面器件不形成阴影效应的安全距离已考虑波峰焊工艺（红胶工艺）的SMT器件距离要求如下：

1）相同类型器件距离

相同类型器件的封装尺寸与距离关系

2.3.4.3.6多芯插座、连接线组、脚间距密集（间距小于2.54mm）的DIP封装IC，其长边方向要与过波峰方向平行，并且在该元件的顺波峰方向的最后引脚焊盘上增加假焊盘或加大原焊盘的面积，以吸收拖尾焊锡解决连焊问题；

2.3.4.3.7－根据CHIP大小，把小的部品配置在焊接进行方向前沿，减少SKIP（阴影）现象。

阴影是指被配置在前部的部品的高度所遮挡，配置在后部的CHIP的锡量减少的现象。

2.3.4.3.8大功率发热量较大的元器件必须考虑它的散热效果，一定要放置在散热效果好的位置。

2.3.4.4器件布局应符合电磁兼容的设计要求。

2.3.4.4.1单元电路应尽可能靠在一起。

2.3.4.4.2温度特性敏感的器件应远离功率器件。

2.3.4.4.3关键电路，如复位、时钟等的器件应不能靠近大电流电路。

2.3.4.4.4退藕电容要靠近它的电源电路。

2.3.4.4.5回路面积应最小。

2.4元器件的封装和孔的设计

2.4.1元器件封装库

每个公司一般有自己的标准封装库，对于练习，可采用protel自带的封装库。

2.4.2元器件的脚间距

2.4.2.1对于手插：

色环电阻、二极管类零件脚距统一为在8mm、10mm、15mm。

跳线脚距统一在6mm；8mm；10mm；15mm；

4.4.2.3机插元件：

为提高插件机的效率，卧式元件跨距距必须大于元件本体长度+2.7mm，即元件引线两端留有1.3mm以上长度用来弯脚。

要求跳线长度不得大于25mm，不小于6mm；色环电阻的脚距尽可能统一成1/6W电阻为大于等于8mm，1/4W电阻为大于等于10mm；对于玻璃二极管（1N4148，1N5242稳压管等）的脚距需大于等于6mm；对于塑封二极管（1N4007，1N4749等）的脚距需大于等10mm。

有弯脚带式来料（瓷片电容，热敏电阻等）的脚距统一为5mm。

插件三极管类推荐采用三孔一线，每孔相距2.5mm的封装。

2.4.2.2元件封装外框应不小于安装接插件后的投影区，以保证安装接插件后元件之间有一定的间隙。

2.4.3孔间距

为提高印制板加工的可靠性，相邻元器件的两孔的孔距应保证1.5mm以上。

2.4.3.1孔径的设计如下表1规定

表1元件孔径设计

引线直径

设计孔径（精度：

±0.05）

单面

双面

手插.

机插

手插.

机插

0.5以下

0.75

0.9

0.8

1.0

0.8±0.05

1.0

1.2

1.1

1.25

D（0.9或以上）

D+0.3

不能机插

D+0.3

不能机插

2.4.4金属化孔

2.4.4.1不能用单一的金属化孔传导大电流（0.5A以上）。

2.5焊盘设计

2.5.1焊盘的形状和尺寸

2.5.1.1以PCB标准封装库中元件的焊盘形状和尺寸为准。

2.5.1.2所有焊盘单边最小不小于0.25mm，整个焊盘直径最大不大于元件孔径的3倍。

插件元件每排引脚为较多，以焊盘排列方向平行进板方向布置器件时，当相邻焊盘边缘间距小于1.0mm时，推荐采用椭圆形焊盘或加偷锡焊盘。

2.5.1.3对于插件式的元器件，为避免焊接时出现铜箔断裂现象，且单面的连接盘应用铜箔完全包覆；而双面板最小要求应补泪滴；如图：

2.5.1.4大面积铜皮上的焊盘应采用菊花状焊盘，不至虚焊。

如果印制板上有大面积地线和电源线区，应设计为网格的填充。

如图：

4.5.1.11同一线路中的相邻零件脚或不同PIN间距的兼容器件，要有单独的焊盘孔，特别是封装兼容的继电器的各兼容焊盘之间要连线，如因PCBLAYOUT无法设置单独的焊盘孔，两焊盘周边必须用阻焊漆围住。

4.5.1.12相临焊盘边缘距离小于1mm时，焊盘之间必须加阻焊漆。

3

4

4.1

4.2

4.3

4.4

4.5

4.5.1

4.5.2制造工艺对焊盘的要求

4.5.2.1贴片元器件两端没连接插装元器件的必须增加测试点。

4.5.2.2有电气连接的孔所在的位置必须加焊盘，保证PCB上所有的网络必须有1个以上的测试点。

4.5.2.3单面板若有手焊元件，要开走锡槽，方向与过锡方向相反，宽度视孔的大小为0.3mm到0.8mm；如下图：

过波峰方向

4.5.2.4焊盘大小尺寸与间距要与贴片元件尺寸相匹配。

4.6布线设计

4.6.1网络表

4.6.1.1印制板图纸都必须有完整的网络表以保证可靠的电气连接关系。

4.6.2制造工艺对布线的要求

4.6.2.1为了让线路通过更大的电流，通常会采用宽线路上大面积露铜设计，以便过波峰时上锡。

4.6.2.2为了防止印制电路板焊接工艺时的严重高温变形，铜箔线路的铺设应均匀、对称。

特别是贴片工艺时，贴片元件焊盘的热应力应最小。

贴片元件引脚与大面积铜箔连接时，应增加隔热焊盘以进行热隔离处理，如下图：

热隔离带

错误正确

4.6.2.3贴片IC焊盘间的布线，同一网络排线时,应设计成在外部能用肉眼确认。

4.6.3电气可靠性对布线的要求

4.6.3.1应尽量降低同一参考点的电路的连接导线的导线电阻。

当需要考虑时，可以依照以下原则作一大略的比较估计：

相同长度的导线，导线越宽，电阻越小；导线越厚，电阻越小。

4.6.3.2导线宽度应符合印制导线的电流负载能力要求，并尽可能的留有余量，以提高可靠性。

4.6.3.3每1mm宽的印制导线允许通过的电流为1A（35um的铜箔厚度）

4.6.3.4导线间距应符合4.3.3.4爬电距离、电气间隙的要求。

4.6.4印制板工艺对导线的要求

4.6.4.1单面导线间距至少为0.3mm以上。

双面可减小至0.25mm以上.

4.7丝印设计

4.7.1印制电路板元件顶面必须标识元件代号，元件具体参数值可以根据印制板的具体情况选择是否标识，元件外型和丝印方向与元件实物方向应保持理解一致，不能有引起误解可能，并在印制板上增加机型选择及功能选择说明表。

所有元器件必须有丝印代号且代号不能重复，同时应与电路原理图元件标号保持一致。

附　录　A

A.1　定义

元件本体：

指元件除引脚外的外尺寸。

自动插件机对PCＢ板的要求：

●板厚要求T=1.6±0.15mm

●ＰＣB板外形的公差为±0.05mm.

●板子弯曲度

上弯最大为0.5mm，下弯最大为1.2mm。

如图：

图A.1

●为提高插件机的效率，一个拼板至少应大于25个可插的点。

自动插件机对PCB板孔径的要求

●用自动插件机，元件孔径需加大，最小孔径必须大于0.8mm。

●定位孔：

用于自动插件的PCB板应有两个定位孔，第一个机插定位孔对应的短边在离另一长边8-10mm的距离处不能有缺口，其具体要求如下图：

●插件元件孔中心离板边（导轨内两侧板边）的最小距离为5mm。

如下图：

此处Ａ为元件孔中心到板边之距离，其值不得小于5mm。

此圆形区域不能有缺口

10mm

8mm

A=5mm±0.05mmD=4mm+0.1mmB处宽度不大于板长边的1/3

下面两个Ａ为定位孔到板边缘的距离；Ｄ为定位孔的直径；

自动插件机对元件的要求

●元件本体直径D最大4.4mm，脚径d最大0.8mm（注:

当所插元件跨距P为5mm时，材料本体长度最大为LD=P-1.6即为3.4mm）。

●元件的弯脚长度为1.2mm~1.8mm，弯脚超出焊盘范围，应注意弯脚对电气间隙、爬电距离的影响。

●卧式元件本体之间的间距相邻元件间距H，应符合以下公式，计算值应再加0.2mm余值。

定义如下：

跳线直径：

d；先插元件脚径：

d；先插元件体径：

D1；后插元件体径：

D2公式具体：

轴向元件与轴向元件

轴向元件与跳线（跳线先插）

●立式元件之间，元件直径<3mm的，要求它们在各自的直径3的圆圈范围内不相交；

●本体直径大于3mm的立式元件，其本体与本体直径小于3mm的元件之间，要求它们在各自的直径为3mm范围之间不相交。

●本体直径大于3mm的立式元件相互之间，本体与本体之间应大于1mm，最小不能小0.５mm。

●卧式与立式元件之间：

卧式元件的本体至立式元件孔中心距应大于2mm