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PCB設計優化丨布線布局必須掌握的檢查項

PCB學習醬 ? 來源:PCB學習醬 ? 作者:PCB學習醬 ? 2024-02-27 18:22 ? 次閱讀

為確保電路板的性能和制造可行性,一般會通過規范檢查:電氣規則、布線與布局、元器件封裝、機械尺寸與定位,以及生產制造與裝配檢查、EMC/EMI合規性、DFM/DFA評估、文檔完整性等,來降低后期制造缺陷,提高產品的穩定性和可靠性。

而在PCB設計中,布局與布線是決定整個電路板性能、可靠性及制造成本的關鍵環節之一,所以本文將重點介紹其相關檢查項概述。

一、布局檢查

?1、導入網表

最新的原理圖生成的網表導入PCB,保證PCB前后一致。

2、外形尺寸

● 確認外形圖是最新的。

●確認外形圖已考慮了禁止布線區、傳送邊、擋條邊、拼板等問題。

●確認PCB模板是最新的。

●比較外形圖,確認PCB所標注尺寸及公差無誤, 金屬化孔和非金屬化孔定義準確。

●確認外形圖上的禁止布線區已在PCB上體現。

3、布局

數字電路模擬電路是否已分開,信號流是否合理。

時鐘器件布局是否合理。

●高速信號器件布局是否合理。

●端接器件是否已合理放置(串阻應放在信號的驅動端,其他端接方式的應放在信號的接收端)。

IC器件的去耦電容數量及位置是否合理。

●器件布局間距,IC大于1mm、BGA大于3mm。

●保護器件(如TVSPTC)的布局及相對位置是否合理。

電源的整體布局保證電源的流向單一,無迂回。

●是否按照設計指南或參考成功經驗放置可能影響EMC實驗的器件,如:面板的復位電路要稍靠近復位按鈕。

●較重的元器件,應該布放在靠近PCB支撐點或支撐邊的地方,以減少PCB的翹曲。

●對熱敏感的元件(含液態介質電容、晶振)盡量遠離大功率的元器件、散熱器等熱源。

●器件高度是否符合外形圖對器件高度的要求。

●壓接插座周圍5mm范圍內,正面不允許有高度超過壓接插座高度的元件,背面不允許有元件或焊點。

●測試接口、LED燈擺放在方便測試的一側。

●在PCB上軸向插裝較高的元件,應該考慮臥式安裝。留出臥放空間。并且考慮固定方式,如晶振的固定焊盤。

●金屬殼體的元器件,特別注意不要與其它元器件或印制導線相碰,要留有足夠的空間位置。

●母板與子板,單板與背板,確認信號對應,位置對應,連接器方向及絲印標識正確。

●打開TOP和BOTTOM層的place-bound,查看重疊引起的DRC是否允許。

●波峰焊面,允許布設的SMD種類為:0603以上(含0603)貼片R、C、SOT、SOP(管腳中心距≥1 mm)。

●波峰焊面,SMD放置方向應垂直于波峰焊時PCB 傳送方向。

●波峰焊面,陰影效應區域為0.8mm(垂直于PCB 傳送方向)和1.2mm(平行于PCB 傳送方向),鉭電容在前為2.5mm,以焊盤間距判別。

●元器件是否100%放置。

4、器件封裝

●打印1∶1布局圖,檢查布局和封裝,硬件設計人員確認。

●器件的管腳排列順序,第1腳標志,器件的極性標志,連接器的方向標識。

●器件封裝的絲印大小是否合適,器件文字符號是否符合標準要求。

●插裝器件的通孔焊盤孔徑是否合適、安裝孔金屬化定義是否準確。

●表面貼裝器件的焊盤寬度和長度是否合適(焊盤外端余量約0.4mm,內端余量約0.4mm,寬度不應小于引腳的最大寬度)。

●回流焊面和波峰焊面的電阻和電容等封裝是否區分。

●是否已更新封裝庫(用viewlog檢查運行結果)。

二、布線檢查

1、EMC與可靠性

● 布通率是否100%。

● 時鐘線、差分對、高速信號線是否已滿足(SI約束)要求。

●高速信號線的阻抗各層是否保持一致。

●各類BUS是否已滿足(SI約束)要求。

● E1、以太網、串口等接口信號是否已滿足要求。

●時鐘線、高速信號線、敏感的信號線不能出現跨越參考平面而形成大的信號回路。

●電源、地是否能承載足夠的電流(估算方法:外層銅厚1oz時1A/mm線寬,內層0.5A/mm線寬,短線電流加倍)。

芯片上的電源、地引出線從焊盤引出后就近接電源、地平面,線寬≥0.2mm(8mil),盡量做到≥0.25mm(10mil)。

●電源、地層應無孤島、通道狹窄現象。

● PCB上的工作地(數字地和模擬地)、保護地、靜電防護與屏蔽地的設計是否合理。

●單點接地的位置和連接方式是否合理。

●需要接地的金屬外殼器件是否正確接地。

●有極性的鉭電容以上的電容,要保證與電源和地層的充分連接,如需換層連接,需2個以上過孔。

●安裝螺釘或墊圈的周圍不應有可能引起短路的走線、銅皮和過孔。若有結構圖,參考結構圖即可;若無結構圖,向結構師確認需留多大的空間。

●信號線上不應該有銳角和不合理的直角。

●布線過程中盡量減少T型走線的STUB影響。

●差分對之間是否盡量執行了3W原則,打孔過層注意耦合性。

●相鄰兩層信號層走線,盡量垂直走線,確實不能滿足垂直走線的,需符合3W原則。

2、間距

● Spacing rule set要滿足最小間距要求。

●不同的總線之間、干擾信號與敏感信號之間是否盡量執行了3W原則。

●差分對之間是否盡量執行了3W原則。

●差分對的線間距要根據差分阻抗計算,并用規則控制。

●非金屬化孔內層離線路及銅箔間距應大于0.5mm(20mil),外層0.3mm(12mil),單板起拔扳手軸孔內層離線路及銅箔間距應大于2mm(80mil)。

●銅皮和線到板邊,推薦大于2mm,最小為0.5mm。

●內層地層銅皮到板邊1-2mm,最小為0.5mm。

●內層電源邊緣與內層地邊緣是否盡量滿足了20H原則。

3、焊盤的出線

● 對采用回流焊的chip元器件,chip類的阻容器件應盡量做到對稱出線、且與焊盤連接的cline必須具有一樣的寬度。對器件封裝大于0805且線寬小于0.3mm(12mil)可以不加考慮。

●對封裝≤0805chip類的SMD, 若與較寬的cline 相連,則中間需要窄的cline過渡,以防止“立片”缺陷。

●線路應盡量從SOIC、PLCC、QFP、SOT等器件的焊盤的兩端引出。

4、過孔

●鉆孔的過孔孔徑不應小于板厚的1/8。

●過孔的排列不宜太密,避免引起電源、地平面大范圍斷裂。

●在回流焊面,過孔不能設計在焊盤上。正常開窗的過孔與焊盤的間距應大于0.5mm(20mil),綠油覆蓋的過孔與焊盤的間距應大于0.15mm(6mil),方法:將Same Net DRC打開,查DRC,然后關閉Same Net DRC)。

●除散熱大焊盤以外,其他焊盤盡量不打過孔。

5、禁布區

●金屬殼體器件和散熱器件下,不應有可能引起短路的走線、銅皮和過孔。

●安裝螺釘或墊圈的周圍不應有可能引起短路的走線、銅皮和過孔。

6、大面積銅箔

●若Top、bottom上的大面積銅箔,如無特殊的需要,應用網格銅(單板用斜網,背板用正交網,線寬0.3mm(12mil)、間距0.5mm(20mil))。

●大面積銅箔區的元件焊盤,應設計成花焊盤,以免虛焊;有電流要求時,則先考慮加寬花焊盤的筋,再考慮全連接。

●大面積布銅時,應該盡量避免出現沒有網絡連接的死銅。

●無孤島銅皮。

●動態銅皮確保處于smooth狀態(update to smooth)。

●大面積銅箔還需注意是否有非法連線,未報告的DRC。

●小焊盤避免與大銅皮全連接,以免造成銅皮散熱過快導致焊接問題,若有電流要求時,增寬連接線的寬度。

7、測試點

●各種電源、地的測試點是否足夠(每2A電流至少有一個測試點)。

●測試點是否已達最大限度。

Test Via、Test Pin的間距設置是否足夠。

● Test Via、Test Pin是否已Fix。

8、DRC

●更新DRC,查看DRC中是否有不允許的錯誤。

● Test via 和Test pin 的Spacing Rule應先設置成推薦的距離,檢查DRC,若仍有DRC存在,再用最小距離設置檢查DRC。

9、光學定位點

●原理圖的Mark點是否足夠。

● 3個光學定位點背景需相同,其中心離邊≥5mm。

●管腳中心距≤0.5mm的IC,以及中心距≤0.8mm(31mil)的BGA器件,應在元件對角線附近位置設置光學定位點。

●周圍10mm無布線的孤立光學定位符號,應設計為一個內徑為3mm環寬1mm的保護圈。

10、阻焊檢查

●是否所有類型的焊盤都正確開窗。

● BGA下的過孔是否處理成蓋油塞孔。

●除測試過孔外的過孔是否已做開小窗或蓋油塞孔。

●光學定位點的開窗是否避免了露銅和露線。

電源芯片、晶振等需銅皮散熱或接地屏蔽的器件,是否有銅皮并正確開窗。由焊錫固定的器件應有綠油阻斷焊錫的大面積擴散。

11、絲印

● PCB編碼(銅字)是否清晰、準確,位置是否符合要求。

●條碼框下面應避免有連線和過孔;PCB板名和版本位置絲印是否放置,其下是否有未塞的過孔。

●器件位號是否遺漏,位置是否能正確標識器件。

●器件位號是否符合公司標準要求。

●絲印是否壓住板面銅字。

●器件絲印層位號大小建議寬20-25mil,高30-35mil。根據板卡密度,可適當調整。

●器件的絲印層文字方向,頂層為從左到右,從下到上。底層為從右到左,從下到上。

●打開阻焊,檢查字符、器件的1腳標志、極性標志、方向標識是否清晰可辨(同一層字符的方向是否只有兩個:向上、向左)。

●背板是否正確標識了槽位名、槽位號、端口名稱、護套方向。

●生成GERBER文件后,重新導入絲印層單獨檢查,確保絲印層準確無誤。

12、孔圖

● Notes的PCB板厚、層數、絲印的顏色、翹曲度,以及其他技術說明是否正確。

●疊板圖的層名、疊板順序、介質厚度、銅箔厚度是否正確;是否要求作阻抗控制,描述是否準確。疊板圖的層名與其光繪文件名是否一致。

13、其他

●母板與子板的插板方向標識是否對應。

●工藝反饋的問題是否已仔細查對。

以上是PCB工程師在設計過程中需要注意的檢查項,如果覺得逐項檢查比較麻煩,或者怕經驗不足出現漏檢情況,也推薦大家使用專業的可制造性設計分析軟件——華秋DFM,它可以幫助工程師在設計初期,就避免很多因設計不當導致的制造缺陷,提高工作效率。

●布局方面

可以檢查元器件之間的間距、定位精度、極性方向等是否符合DFM規則,以及特殊元件如高密度BGA的封裝周圍布線空間和散熱通路設計是否合理。

●布線方面

能夠對電路板上的導線寬度、間距、過孔到導線的距離、電氣安全間距等進行精確檢測,并且可以評估高速信號線的長度匹配、阻抗控制及串擾等問題。

華秋DFM軟件是國內首款免費PCB可制造性和裝配分析軟件,擁有500萬+元件庫,可輕松高效完成裝配分析。其PCB裸板的分析功能,開發了19大項,52細項檢查規則,PCBA組裝的分析功能,開發了10大項,234細項檢查規則

基本可涵蓋所有可能發生的制造性問題,能幫助設計工程師在生產前檢查出可制造性問題,且能夠滿足工程師需要的多種場景,將產品研制的迭代次數降到最低,減少成本。

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華秋DFM軟件下載地址(復制到電腦瀏覽器打開):

https://dfm.elecfans.com/dl/software/hqdfm.zip?from=fsyzlh


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審核編輯 黃宇
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