PCB布线小原则

印刷导线宽度选择依据: 

     印刷导线的最小宽度与流过导线的电流大小有关: 

1: 线宽太小,刚印刷导线电阻大,线上的电压降也就大,影响电路的性能, 

   线宽太宽,则布线密度不高,板面积增加,除了增加成本外,也不利于小型化. 

   如果电流负荷以20A/平方毫米计算,当覆铜箔厚度为0.5MM时,(一般为这么多,)则1MM(约40MIL)线宽的电流负荷为1A, 

   因此,线宽取1--2.54MM(40--100MIL)能满足一般的应用要求,大功率设备板上的地线和电源,根据功率大小,可适当增加线宽,而在小功率的数字电路上,为了提高布线密度,最小线宽取0.254--1.27MM(10--15MIL)就能满足. 

   同一电路板中,电源线.地线比信号线粗. 

2: 

   线间距:当为1.5MM(约为60MIL)时,线间绝缘电阻大于20M欧,线间最大耐压可达300V, 当线间距为1MM(40MIL)时,线间最大耐压为200V,因此,在中低压(线间电压不大于200V)的电路板上,线间距取1.0--1.5MM (40--60MIL)在低压电路,如数字电路系统中,不必考虑击穿电压,只要生产工艺允许,可以很小. 

3: 焊盘:   对于1/8W的电阻来说,焊盘引线直径为28MIL就足够了, 

           而对于1/2W的来说,直径为32MIL,引线孔偏大,焊盘铜环宽度相对减小,导致焊盘的附着力下降.容易脱落, 引线孔太小,元件播装困难. 

4: 画电路边框:  

        边框线与元件引脚焊盘最短距离不能小于2MM,(一般取5MM较合理)否则下料困难. 

5:元件布局原则:  

     A 一般原则:在PCB设计中,如果电路系统同时存在数字电路和模拟电路.以及大电流电路,则必须分开布局,使各系统之间藕合达到最小在同一类型电路中,按信号流向及功能,分块,分区放置元件. 

     B:   输入信号处理单元,输出信号驱动元件应靠近电路板边,使输入输出信号线尽可能短,以减小输入输出的干扰.  

     C:   元件放置方向: 元件只能沿水平和垂直两个方向排列.否则不得于插件. 

     D:元件间距.对于中等密度板,小元件,如小功率电阻,电容,二极管,等分立元件彼此的间距与插件,焊接工艺有关, 波峰焊接时,元件间距可以取50-100MIL(1.27--2.54MM)手工可以大些,如取100MIL,集成电路芯片,元件间距一般为100--150MIL 

     E: 当元件间电位差较大时,元件间距应足够大,防止出现放电现象. 

     F: 在而已进IC去藕电容要靠近芯片的电源秋地线引脚.不然滤波效果会变差.在数字电路中,为保证数字电路系统可靠工作, 在每一数字集成电路芯片的电源和地之间均放置IC去藕电容.去藕电容一般采用瓷片电容,容量为0.01~0.1UF去藕电容容量的选择一般按系统工作频率F的倒数选择.此外,在电路电源的入口处的电源线和地线之间也需加接一个10UF的电容, 以及一个0.01UF的瓷片电容. 

    G: 时针电路元件尽量靠近单片机芯片的时钟信号引脚,以减小时钟电路的连线长度.且下面最好不要走线.

高速PCB 的过孔设计

时间:2006-09-05   来源:   作者:袁子建，吴志敏，高举 

摘要：在高速PCB 设计中，过孔设计是一个重要因素，它由孔、孔周围的焊盘区和POWER 层隔离区组成，通常分为盲孔、埋孔和通孔三类。在PCB 设计过程中通过对过孔的寄生电容和寄生电感分析，总结出高速PCB 过孔设计中的一些注意事项。

关键词：过孔；寄生电容；寄生电感；非穿导孔技术

    目前高速PCB 的设计在通信、计算机、图形图像处理等领域应用广泛，所有高科技附加值的电子产品设计都在追求低功耗、低电磁辐射、高可靠性、小型化、轻型化等特点，为了达到以上目标，在高速PCB 设计中，过孔设计是一个重要因素。

1、过孔

    过孔是多层PCB 设计中的一个重要因素，一个过孔主要由三部分组成，一是孔；二是孔周围的焊盘区；三是POWER 层隔离区。过孔的工艺过程是在过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成普通的焊盘形状，可直接与上下两面的线路相通，也可不连。过孔可以起到电气连接，固定或定位器件的作用。过孔示意图如图1 所示。

    过孔一般又分为三类：盲孔、埋孔和通孔。

    盲孔，指位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度与孔径通常不超过一定的比率。

    埋孔，指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。

    盲孔与埋孔两类孔都位于线路板的内层，层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。

    通孔，这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以一般印制电路板均使用

    通孔。过孔的分类如图2 所示。

图2 过孔的分类

2、过孔的寄生电容

    过孔本身存在着对地的寄生电容，若过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2，过孔焊盘的直径为D1，PCB的厚度为T，板基材介电常数为ε，则过孔的寄生电容大小近似于：

           C =1.41εTD1/(D2-D1)

     过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度，电容值越小则影响越小。

3、过孔的寄生电感

    过孔本身就存在寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。过孔的寄生串联电感会削弱旁路电容的作用，减弱整个电源系统的滤波效用。若L指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径，

过孔的寄生电感近似于：

           L=5.08h[ln(4h/d)+1]

    从式中可以看出，过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。

4、非穿导孔技术

   非穿导孔包含盲孔和埋孔。

   在非穿导孔技术中，盲孔和埋孔的应用，可以极大地降低PCB的尺寸和质量，减少层数，提高电磁兼容性，增加电子产品特色，降低成本，同时也会使得设计工作更加简便快捷。在传统PCB设计和加工中，通孔会带来许多问题。首先它们占居大量的有效空间，其次大量的通孔密集一处也对多层PCB内层走线造成巨大障碍，这些通孔占去走线所需的空间，它们密集地穿过电源与地线层的表面，还会破坏电源地线层的阻抗特性，使电源地线层失效。且常规的机械法钻孔将是采用非穿导孔技术工作量的20倍。

   在PCB设计中，虽然焊盘、过孔的尺寸已逐渐减小，但如果板层厚度不按比例下降，将会导致通孔的纵横比增大，通孔的纵横比增大会降低可靠性。随着先进的激光打孔技术、等离子干腐蚀技术的成熟，应用非贯穿的小盲孔和小埋孔成为可能，若这些非穿导孔的孔直径为0.3mm，所带来的寄生参数是原先常规孔的1/10左右，提高了PCB的可靠性。

   由于采用非穿导孔技术，使得PCB上大的过孔会很少，因而可以为走线提供更多的空间。剩余空间可以用作大面积屏蔽用途，以改进EMI/RFI性能。同时更多的剩余空间还可以用于内层对器件和关键网线进行部分屏蔽，使其具有最佳电气性能。采用非穿导孔，可以更方便地进行器件引脚扇出，使得高密度引脚器件（如BGA 封装器件）很容易布线，缩短连线长度，满足高速电路时序要求。

5、普通PCB 中的过孔选择

   在普通PCB 设计中，过孔的寄生电容和寄生电感对PCB 设计的影响较小，对1-4层PCB 设计，一般选用0.36mm/0.61mm/1.02mm（钻孔/ 焊盘/POWER 隔离区）的过孔较好，一些特殊要求的信号线（如电源线、地线、时钟线等）可选用0.41mm/0.81mm/1.32mm 的过孔，也可根据实际选用其余尺寸的过孔。

6、高速PCB 中的过孔设计

   通过上面对过孔寄生特性的分析，我们可以看到，在高速PCB 设计中，看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到：

（1）选择合理的过孔尺寸。对于多层一般密度的PCB 设计来说，选用0.25mm/0.51mm/0.91mm（钻孔/ 焊盘/ POWER 隔离区）的过孔较好；对于一些高密度的PCB 也可以使用0.20mm/0.46mm/0.86mm 的过孔，也可以尝试非穿导孔；对于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗；

（2）POWER 隔离区越大越好，考虑PCB 上的过孔密度，一般为D1=D2+0.41；

（3）PCB 上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量减少过孔；

（4）使用较薄的PCB 有利于减小过孔的两种寄生参数；

（5）电源和地的管脚要就近做过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好，因为它们会导致电感的增加。同时电源和地的引线要尽可能粗，以减少阻抗；

（6）在信号换层的过孔附近放置一些接地过孔，以便为信号提供短距离回路。

   当然，在设计时还需具体问题具体分析。从成本和信号质量两方面综合考虑，在高速PCB 设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。在高密度PCB设计中，采用非穿导孔以及过孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无地减小，它受到PCB 厂家钻孔和电镀等工艺技术的，在高速PCB 的过孔设计中应给以均衡考虑。

普通PCB 中的过孔选择

   在普通PCB 设计中，过孔的寄生电容和寄生电感对PCB 设计的影响较小，对1-4层PCB 设计，一般选用0.36mm/0.61mm/1.02mm（钻孔/ 焊盘/POWER 隔离区）的过孔较好，一些特殊要求的信号线（如电源线、地线、时钟线等）可选用0.41mm/0.81mm/1.32mm 的过孔，也可根据实际选用其余尺寸的过孔。 

高速PCB 中的过孔设计

   通过上面对过孔寄生特性的分析，我们可以看到，在高速PCB 设计中，看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到：

（1）选择合理的过孔尺寸。对于多层一般密度的PCB 设计来说，选用0.25mm/0.51mm/0.91mm（钻孔/ 焊盘/ POWER 隔离区）的过孔较好；对于一些高密度的PCB 也可以使用0.20mm/0.46mm/0.86mm 的过孔，也可以尝试非穿导孔；对于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗；

（2）POWER 隔离区越大越好，考虑PCB 上的过孔密度，一般为D1=D2+0.41；

（3）PCB 上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量减少过孔；

（4）使用较薄的PCB 有利于减小过孔的两种寄生参数；

（5）电源和地的管脚要就近做过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好，因为它们会导致电感的增加。同时电源和地的引线要尽可能粗，以减少阻抗；

（6）在信号换层的过孔附近放置一些接地过孔，以便为信号提供短距离回路。

   当然，在设计时还需具体问题具体分析。从成本和信号质量两方面综合考虑，在高速PCB 设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。在高密度PCB设计中，采用非穿导孔以及过孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无地减小，它受到PCB 厂家钻孔和电镀等工艺技术的，在高速PCB 的过孔设计中应给以均衡考虑。