关于PCB板的设计
 杨雨欣 / 2017-07-18 13:50
 

要:电子产品为了满足大存储量、高密度分布、高速运行的需求,PCB板的设计愈发突出。金典精密根据 多年工作经验,结合我国PCB设计状况,本文就PCB设计做一些探讨,希望能够起到积极的推动作用。   

电子产品充斥在我们的工作、生活之中,印制电路板(PCB)设计的是否合理,直接关系到电子产品的使用功效。在接地设计、电磁兼容、电路板尺寸、散热等方面是否能够满足生产与使用的要求,是PCB板设计的重点

   一、PCB板设计要点 
  PCB板的设计是否具有良好的可制造性,是衡量PCB的设计好坏的重要标准,若想做到这一点,首先需要抓住以下几个要点。 
    (一)接地设计中的要点 
  接地系统由模拟地、数字地、机壳地以及系统地等四大部分组成,数字地又称作逻辑地,机壳地又称作屏蔽地。合理的接地设计可以屏蔽掉大多数的干扰,这一点在电气设备中是非常重要的。 
      1.选择合理的接地方式 
  多点接地、单点接地,是两种不同的接地方式,我们要根据实际的现实情况加以选择。当设备的工作频率超过10MHz时候,受电磁辐射影响,地线抗阻数值比较大,直接影响设备的正常运转,此时,应该选择多点接地方式,从而消除不良影响;当设备的工作频率低于1MHz的时候,应该选择单点接地方式,避免电磁环流产生新的干扰;当设备的工作频率处于1-10MHz之间的时候,需要参考电路波长与地线长度的关系来决定接地方式,当波长是地线长度的20倍及以内的时候,选择多点接地,否则采用单点接地。 
      2.分离不同性质的电路 
  电路板上面的电路分布非常复杂,有模拟电路,还有数字电路,正确的方法是把它们分开,避免相互干扰。设计各自独立的接地方式可以有效地避免相互间的电磁干扰。 
      3.接地线的横截面要宽粗 
  选择横截面宽度在3mm以上的接电线,可以避免因电流产生变化而导致接地电位出现不稳定的情况出现,可以有效提升设备的抗噪性能。因此,在条件允许的前提下,尽可能地选择比较宽粗的接地导线。 
    (二)电磁兼容的设计要点 
  电子设备出现最多的问题是电磁干扰,既要保证良好的电磁环境,还要降低相互间的电磁干扰,这就需要认真考虑电磁兼容性方面的相应设计。 
      1.选择正确的布线方式 
  平行走线可以有效地降低导线自身的电感,但是会因为导线间的互感现象加大。采用井字形布线方式可以有效解决这个问题。具体方法是:在印制板的两个层面上,一面选择纵向、另一面选择横向进行布线,通过金属化孔连接两个层面的导线。 
      2.选择正确宽度的导线 
  为了提高抗干扰能力,就要能够有效地控制瞬变电流,也就是控制电感量。根据电感量与导线宽度成反比,与导线长度成正比的原理,选择短而粗的导线,是抑制干扰、提高抗干扰能力的好办法。 
    (三)PCB板尺寸设计要点 
  PCB板尺寸要科学合理,尺寸过大,则势必加大导线长度,使得阻抗增大,抗干扰能力下降,同时增加生产成本;尺寸过小,线路之间容易相互干扰,同时影响散热效果。因此,必须仔细考虑PCB板的尺寸。把易产生噪声的器件相互靠近,便于统一处理干扰;把逻辑电路与这些器件远离,从而减轻线路干扰。 
    (四)PCB板散热设计要点 
  电子设备在工作中会产生大量的热,若不能及时散热,不仅会影响工作性能,更会缩短其使用寿命。从散热角度看,直立安装PCB,间距保持在2cm以上,是比较有效且经济的作法。 
  根据器件的发热量与散热快慢,合理安排它们的具体位置。在通风情况良好的入口处,安排耐热性差的器件(小规模集成电路、电解电容等);在其它位置,安排耐热性高的器件(大规模集成电路、大功率器件等)。对于热敏度较高的器件,应该避开发热器件正上方。对于大功率器件,应该放置在传热路径短捷的位置上,以避免影响其它器件。 
  在通盘考虑安排PCB板整体布局的时候,要认真考虑空气流动问题,以此合理安排器件以及空间的分配。要注意保持整体良好的通风散热性。 
     二、设计的目的是为了制造 
  任何设计都是为生产制造服务的,脱离开这个目的,是无效的设计。PCB板的设计目的也是为了更好地实现生产制造的速度、成本和质量。 
     (一)工艺边、定位孔的设计 
  为了实现生产,必须做好PCB板的排版、布局工作。在PCB板两侧,必须预留不少于5mm的边沿,作为工艺边,定位孔就安排在工艺边上面,起到装配时候的固定作用。如若出现工艺边预留不够的情况,则必须临时增加新的工艺边,待生产完成后可以考虑将其去掉。 
     (二)基准标志的设计 
  基准标志的作用是:在PCB板上,设计一组图形,用于光学定位,保证贴装元器件的准确性。就PCB拼版而言,在整张板子上和各个拼版上,都要有基准标志,以克服拼版之间的间距不统一的问题;对于引脚间距小的单个器件,应该放置局部基准标志,以便准确定位;对于普通的PCB板,基准标志一般放置在对角线或其延长线方向上。 
     (三)焊盘的设计 
  针对不同的器件和连接方式,要考虑不同的焊盘设计。否则容易出现各种问题。比如:焊盘过长,导致焊锡存量过多,出现立碑现象;焊盘过短,直接影响焊接强度;焊盘偏宽,多会产生半边焊现象;焊盘的中心间距不合适,则会产生焊接移位或是出现锡球。所以,PCB板的设计者必须对焊接工艺有专业的技能和具体的工作经验,并且依据统一的设计规范,才能做好焊盘的设计工作,避免出现生产质量问题。 

  三、结束语 
  在电子信息化时代,电子产品的更新换代速度是非常快的,这就意味着电子产品的市场竞争是非常激烈的。为了适应市场竞争,PCB板的设计工作所包含的内容越发丰富,设计标准和难度越发加大。只有把握住设计与生产的统一性,才能相互促进,达到提升市场竞争力的目的 


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