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PCB设计的布线规则

在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定高，技巧细、工作量大。

PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。

自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定， 包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般行探索式布经线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。并试着重新再布线，以改进总体效果。

对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了，它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用，还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，才能得到其中的真谛。



1. 电源、地线的处理

既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到低限度，以产品的质量。

对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因， 现只对降低式抑制噪音作以表述：

（1）众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。
（2）尽量加宽电源、地线宽度，好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5mm对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)

（3）用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。


2. 数字电路与模拟电路的共地处理

现在有许多PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。

数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整人PCB对外界只有一个结点，所以在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）。数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。



3. 信号线布在电（地）层上

在多层印制板布线时，由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加了，为解决这个矛盾，可以考虑在电（地）层上进行布线。应考虑用电源层，其次才是地层。因为好是保留地层的完整性。


4. 大面积导体中连接腿的处理

在大面积的接地（电）中，常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进行综合的考虑，就电气性能而言，元件腿的焊盘与铜面满接为好，但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如：①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。

所以兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘，称之为热隔离（heat shield）俗称热焊盘（Thermal），这样，可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电（地）层腿的处理相同。



5. 布线中网络系统的作用

在许多CAD系统中，布线是依据网络系统决定的。网格过密，通路虽然有所增加，但步进太小，图场的数据量过大，这必然对设备的存贮空间有更高的要求，同时也对象计算机类电子产品的运算速度有的影响。而有些通路是无效的，如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏，通路太少对布通率的影响。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。

标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。



6. 设计规则检查（DRC）

布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查有如下几个方面：

（1）线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。
（2）电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合（低的波阻抗）在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。
（3）对于关键的信号线是否采取了佳措施，如长度短，加保护线，输入线及输出线被明显地分开。
（4）模拟电路和数字电路部分，是否有各自立的地线。
（5）后加在PCB中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。
（6）对一些不理想的线形进行修改。
（7）在PCB上是否加有工艺线？阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。
（8）多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。



7. 检查是否有锐角、阻抗不连续点等

（1）对于高频电流来说，当导线的拐弯处呈现直角甚至锐角时，在靠近弯角的部位，磁通密度及电场强度都比较高，会辐射较强的电磁波，而且此处的电感量会比较大，感抗便也比钝角或圆角要大一些。

（2）对于数字电路的总线布线来说，布线拐弯呈现钝角或圆角，布线所占的面积比较小。在相同的线间距条件下，总的线间距所占的宽度要比直角拐弯的少0.3倍。

8. 检查3W、3H原则

（1）时钟、复位、100M以上信号以及一些关键的总线信号等与其他信号线布线满足3W原则，同层和相邻层无较长平行走线，且链路上过孔尽量少。

（2）高速信号的过孔数量问题，有些器件指导书上一般对高速信号的过孔数量要求比较严格，咨询互连的原则的是除了的管脚fanout过孔外，严禁在内层打多余的过孔，他们布过8G的PCIE 3.0的走线，也打过4个过孔，没有问题。

（3）同层时钟及高速信号中心距需严格满足3H（H为走线层到回流平面间距）；相邻层的信号严禁重叠，建议也满足3H的原则，关于上述的串扰问题，有工具可以检查的。


深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年，公司由多名电路板行业的级人士创建，是国内的PCB/FPC快件服务商之一。公司成立以来，一直专注样品，中小批量领域。快速的交付以及过硬的产品品质赢得了国内外客户的信任。公司是广东电路板行业协会会员企业，是深圳高新技术认证企业。拥有完善的质量管理体系，先后通过了ISO9001、ISO14000、TS16949、UL、RoHS认证。公司目前拥有员工300余人，厂房面积9000平米，月出货品种6000种以上，年生产能力为150000平方米。为了满足客户多样化需求，2017年公司成立了PCBA事业部，自有SMT生产线，为客户提供PCB+SMT一站式服务。 公司一直致力于“打造中国的PCB制造企业”。注重人才培养，倡导全员“自我经营”理念，拥有一支朝气蓬勃、敬业、经验丰富的技术、生产及管理队伍；专注于PCB的工艺技术的研究与开发，努力提升公司在PCB领域内的技术水平和制造能力.

      公司产品广泛应用于通信、工业控制、计算机应用、航空航天、、医疗、测试仪器、电源等各个领域。我们的产品包括：高多层PCB、HDI PCB、PCB高频板、软硬结合板、FPC等特种高难度电路板，专注于多品种，中小批量领域。我们的客户分布各地，目前外销订单占比70%以上。

为了PCB板的生产质量，厂家在生产的过程中经过了多种检测方法，每种检测方法都会针对不同的PCB板的瑕疵。主要可分为电气测试法和视觉测试法两大类。


电气测试通常采用惠斯电桥测量各测试点间的阻抗特性的方法，来检测所有通导性（即开路和短路）。视觉测试通过视觉检查电子元器件的特征以及印刷线路的 特征找出缺陷。电气测试在寻找短路或断路瑕疵时比较准确，视觉测试可以更容易侦测到导体间不正确空隙的问题，并且视觉检测一般在生产过程的早期阶段进行， 尽量找出缺陷并进行返修，以高的产品合格率。


PCB板常用检测方法如下：


1、PCB板人工目测

使用放大镜或校准的显微镜，利用操作人员视觉检查来确定电路板合不合格，并确定什么时候需进行校正操作，它是传统的检测方法。它的主 要优点是低的预先成本和没有测试夹具，而它的主要缺点是人的主观误差、长期成本较高、不连续的缺陷发觉、数据收集困难等。目前由于PCB的产量增 加，PCB上导线间距与元件体积的缩小，这个方法变得越来越不可行。


2、PCB板在线测试

通过对电性能的检测找出制造缺陷以及测试模拟、数字和混合信号的元件，以它们符合规格，己有针床式测试仪和飞针测试仪等几种测试方 法。主要优点是每个板的测试成本低、数字与功能测试能力强、快速和的短路与开路测试、编程固件、缺陷覆盖率高和易于编程等。主要缺点是，需要测试夹 具、编程与调试时间、制作夹具的成本较高，使用难度大等问题。


3、PCB板功能测试

功能系统测试是在生产线的中间阶段和末端利用的测试设备，对电路板的功能模块进行全面的测试，用以确认电路板的好坏。功能测试可以 说是早的自动测试原理，它基于特定板或特定单元，可用各种设备来完成。有终产品测试、新实体模型和堆砌式测试等类型。功能测试通常不提供用于过程改 进的脚级和元件级诊断等深层数据，而且需要设备及设计的测试流程，编写功能测试程序复杂，因此不适用于大多数电路板生产线。


4、自动光学检测

也称为自动视觉检测，是基于光学原理，综合采用图像分析、计算机和自动控制等多种技术，对生产中遇到的缺陷进行检测和处理，是较新 的确认制造缺陷的方法。AOI通常在回流前后、电气测试之前使用，提高电气处理或功能测试阶段的合格率，此时纠正缺陷的成本远远低于终测试之后进行的成 本，常达到十几倍。


5、自动X光检查

利用不同物质对Ｘ光的吸收率的不同，透视需要检测的部位，发现缺陷。主要用于检测超细间距和密度电路板以及装配工艺过程中产生 的桥接、丢片、对准不良等缺陷，还可利用其层析成像技术检测IC芯片内部缺陷。它是现时测试球栅阵列焊接质量和被遮挡的锡球的方法。主要优点是能够检 测BGA焊接质量和嵌人式元件、无夹具成本；主要缺点是速度慢、高失效率、检测返工焊点困难、高成本、和长的程序开发时间，这是较新的检测方法，还有待于 进一步研究。


6、激光检测系统

它是PCB测试技术的新发展。它利用激光束扫描印制板，收集所有测量数据，并将实际测量值与预置的合格极限值进行比较。这种技术 己经在光板上得到证实，正考虑用于装配板测试，速度己足够用于批量生产线。快速输出、不要求夹具和视觉非遮盖访问是其主要优点；初始成本高、维护和使用问 题多是其主要缺点。


7、尺寸检测

利用二次元影像测量仪，测量孔位，长宽，位置度等尺寸。由于PCB属于小薄软类型的产品，接触式的测量，很容易产生变形以致于造成测量不准确，二次元影像测量仪就成为了佳的尺寸测量仪器。思瑞测量的影像测量仪通过编程之后，能实现全自动的测量，不仅测量精度高，还大大的缩短测量时间，提高测量效率。

 深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年，公司由多名电路板行业的级人士创建，是国内的PCB/FPC快件服务商之一。公司成立以来，一直专注样品，中小批量领域。快速的交付以及过硬的产品品质赢得了国内外客户的信任。公司是广东电路板行业协会会员企业，是深圳高新技术认证企业。拥有完善的质量管理体系，先后通过了ISO9001、ISO14000、TS16949、UL、RoHS认证。公司目前拥有员工300余人，厂房面积9000平米，月出货品种6000种以上，年生产能力为150000平方米。为了满足客户多样化需求，2017年公司成立了PCBA事业部，自有SMT生产线，为客户提供PCB+SMT一站式服务。 公司一直致力于“打造中国的PCB制造企业”。注重人才培养，倡导全员“自我经营”理念，拥有一支朝气蓬勃、敬业、经验丰富的技术、生产及管理队伍；专注于PCB的工艺技术的研究与开发，努力提升公司在PCB领域内的技术水平和制造能力.

      公司产品广泛应用于通信、工业控制、计算机应用、航空航天、、医疗、测试仪器、电源等各个领域。我们的产品包括：高多层PCB、HDI PCB、PCB高频板、软硬结合板、FPC等特种高难度电路板，专注于多品种，中小批量领域。我们的客户分布各地，目前外销订单占比70%以上。

软硬结合板的涨缩问题：
涨缩产生的根源由材料的特性所决定，要解决软硬结合板涨缩的问题，先对挠性板的材料聚酰亚胺（Polyimide）做个介绍：

（1）聚酰亚胺具有优良的散热性能，可承受无铅焊接高温处理时的热冲击；

（2）对于需要更强调讯号完整性的小型装置，大部份设备制造商都趋向于使用挠性电路；

（3）聚酰亚胺具有较高的玻璃转移温度与高熔点的特性，一般情况下要在350 ℃以上进行加工；

（4）在有机溶解方面，聚酰亚胺不溶解于一般的有机溶剂。
挠性板材料的涨缩主要跟基体材料PI和胶有关系，也就是与PI的亚胺化有很大关系，亚胺化程度越高，涨缩的可控性就越强。

按照正常的生产规律，挠性板在开料后，在图形线路形成，以及软硬结合压合的过程中均会产生不同程度的涨缩，在图形线路蚀刻后，线路的密集程度与走向，会导致整个板面应力重新取向，终导致板面出现一般规律性的涨缩变化；在软硬结合压合的过程中，由于表面覆盖膜与基体材料PI的涨缩系数不一致，也会在一定范围内产生一定程度的涨缩。

从本质原因上说，任何材料的涨缩都是受温度的影响所导致的，在PCB冗长的制作过程中，材料经过诸多 热湿制程后，涨缩值都会有不同程度的细微变化，但就长期的实际生产经验来看，变化还是有规律的。


如何控制与改善？


从严格意义上说，每一卷材料的内应力都是不同的，每一批生产板的过程控制也不会是完全相同的，因此，材料涨缩系数的把握是建立在大量的实验基础之上的，过程管控与数据统计分析就显得尤为重要了。具体到实际操作中，挠性板的涨缩是分阶段的：

是从开料到烘烤板，此阶段涨缩主要是受温度影响所引起的：

要烘烤板所引起的涨缩稳定，要过程控制的一致性，在材料统一的前提下，每次烘烤板升温与降 温的操作一致化，不可因为一味的追求效率，而将烤完的板放在空气中进行散热。只有这样，才能大程度的消除材料的内部应力引起的涨缩。

第二个阶段发生在图形转移的过程中，此阶段的涨缩主要是受材料内部应力取向改变所引起的。

要线路转移过程的涨缩稳定，所有烘烤好的板就不能进行磨板操作，直接通过化学清洗线进行表面前处理，压膜后表面须平整，曝光前后板面静置时间须充分，在完成线路转移以后，由于应力取向的改变，挠性板都会呈现出不同程度的卷曲与收缩，因此线路菲林补偿的控制关系到软硬结合精度的控制，同时，挠性板的涨缩值范围的确定，是生产其配套刚性板的数据依据。

第三个阶段的涨缩发生在软硬板压合的过程中，此阶段的涨缩主要压合参数和材料特性所决定。

此阶段的涨缩影响因素包含压合的升温速率，压力参数设置以及芯板的残铜率和厚度几个方面。总的来说，残铜率越小，涨缩值越大；芯板越薄，涨缩值越大。但是，从大到小，是一个逐渐变化的过程，因此，菲林补偿就显得尤为重要。另外，由于挠性板和刚性板材料本质的不同，其补偿是需要额外考虑的一个因素。