PCB設(shè)計(jì)成敗應(yīng)該要注意的問(wèn)題

?在PCB設(shè)計(jì)中，Design Rule設(shè)計(jì)規(guī)則是關(guān)系到一個(gè)PCB設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。所有設(shè)計(jì)師的意圖，對(duì)于設(shè)計(jì)的功能體現(xiàn)都通過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)則這個(gè)靈魂來(lái)驅(qū)動(dòng)和實(shí)現(xiàn)。精巧細(xì)致的規(guī)則定義可以幫助設(shè)計(jì)師在PCB布局布線的工作中得心應(yīng)手，節(jié)省工程師的大量精力和時(shí)間，幫助設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)意圖，大大方便設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行。

?

?

? ? ? ?在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)從原理圖階段轉(zhuǎn)移到PCB設(shè)計(jì)階段之后，進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)布局布線時(shí)，就需要提前定義好設(shè)計(jì)規(guī)則Design Rule。后續(xù)的整個(gè)PCB設(shè)計(jì)都需要遵守規(guī)則定義。包括最基本的電氣規(guī)則（間距，短路斷路），布線規(guī)則（線寬，走線風(fēng)格，過(guò)孔樣式，扇出等），平面規(guī)則（電源地平面層連接方式，鋪銅連接方式）；以及其他常用的輔助規(guī)則如布局規(guī)則，制造規(guī)則，高速設(shè)計(jì)規(guī)則，信號(hào)完整性規(guī)則等等。在規(guī)則驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)完成之后，還可以進(jìn)行規(guī)則檢查Design Rule Check來(lái)重新審視您的設(shè)計(jì)，看看有無(wú)違反規(guī)則的情況發(fā)生并加以改進(jìn)和完善。最終設(shè)計(jì)出完全符合規(guī)則定義并滿足設(shè)計(jì)意圖的優(yōu)秀作品。

???????相對(duì)于PCB制造相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)則尤其具有現(xiàn)實(shí)意義。倘若設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置的不符合PCB工藝制造的要求，將不僅僅是影響產(chǎn)品功能那么簡(jiǎn)單，甚至?xí)o(wú)法加工無(wú)法實(shí)現(xiàn)工程師的設(shè)計(jì)意圖。因此，在定義設(shè)計(jì)規(guī)則的時(shí)候，了解下下游制造方對(duì)設(shè)計(jì)的工藝制造要求是至關(guān)重要的。

PCB加工的制造工藝有哪些精度方面的要求？

???????如下圖所示為某家PCB制版生產(chǎn)廠家的工藝要求。包括電路板層數(shù)，厚度，孔徑，最小線寬線距，銅厚等基本參數(shù)要求；也包括板材類型，表面處理，特殊加工等特別要求。一般在PCB加工的時(shí)候，分測(cè)試用的打樣加工，以及最終成型的批量產(chǎn)品加工。對(duì)于設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，有實(shí)際意義并需要嚴(yán)格遵守的是批量產(chǎn)品加工的工藝要求。

???????而對(duì)于制造精度相關(guān)的工藝要求來(lái)說(shuō)，最基本最重要的是線寬線距和最小孔徑。也即加工廠能處理最小多細(xì)的線寬以及最小多大的孔。如果線寬在設(shè)計(jì)中沒(méi)有達(dá)到要求，太細(xì)的話是無(wú)法正確加工出來(lái)的。線寬線距精度同樣影響到絲印層上的文字圖案是否清晰。而孔徑太小的話也是沒(méi)有相應(yīng)的鉆頭支持的。最小孔徑所對(duì)應(yīng)的鉆頭尺寸同樣影響到機(jī)械孔，安裝孔等各種類型板形剪切的公差精度。

線寬線距與孔徑規(guī)則設(shè)置注意事項(xiàng)

???????本文帶您了解如何根據(jù)PCB生產(chǎn)制造工藝要求，在PCB制造精度方面，設(shè)置合乎要求并且滿足設(shè)計(jì)意圖的線寬線距與孔徑規(guī)則.

1. 最小線寬/間距4mil

??????在PCB設(shè)計(jì)中，批量加工所能支持的最高精度為線寬線距4mil。即布線寬度必須大于4mil，兩條線之間的間距也需要大于4mil。當(dāng)然只是線寬線距的最低極限值。在實(shí)際的工作中線寬需要按照設(shè)計(jì)需要定義為不同的值。比如電源網(wǎng)絡(luò)定義寬一些，信號(hào)線定義細(xì)些。這些不同的需求都可以在規(guī)則Design - Rules - Routing - Width 里定義不同網(wǎng)絡(luò)不同的線寬值，然后根據(jù)重要程度設(shè)置規(guī)則應(yīng)用優(yōu)先級(jí)。同樣，對(duì)于線距來(lái)說(shuō)，在規(guī)則頁(yè)面Design - Rules - Electrical - Clearance 里定義不同網(wǎng)絡(luò)之間的電氣安全間距，當(dāng)然也包括線距。

??????另外有一種特殊情況。對(duì)于高密度管腳的元器件來(lái)說(shuō)，器件內(nèi)焊盤之間的間距一般很小，比如6mil，雖然滿足最小線寬或間距大于4mil的制造方面的要求，但作為設(shè)計(jì)PCB來(lái)說(shuō)可能不符合規(guī)則設(shè)計(jì)要求。如果整個(gè)PCB的最小安全間距設(shè)置是8mil，那么元器件焊盤的間距明顯違反了規(guī)則設(shè)置。在規(guī)則檢查時(shí)或在線編輯時(shí)會(huì)一直綠色高亮來(lái)顯示違規(guī)。這種違規(guī)顯然是不需要處理的，我們應(yīng)該修正規(guī)則設(shè)置來(lái)消除綠色高亮顯示。在原來(lái)的處理辦法中，是用query語(yǔ)言單獨(dú)為這個(gè)器件定義不同的安全間距規(guī)則，并設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)。在新的版本中，只需要簡(jiǎn)單的勾選選項(xiàng)即可解決這個(gè)問(wèn)題，即忽略封裝內(nèi)的焊盤間距Ignore Pad to Pad clearance within a footprint。如下圖所示。

???????用此選項(xiàng)勾選非常簡(jiǎn)便。不需要原來(lái)那樣用Query語(yǔ)句InComponent('U1') ，然后設(shè)置其最小安全間距為6mil，并設(shè)為最高間距優(yōu)先級(jí).

??????2. ??最小機(jī)械孔徑0.2mm（8mil）最小鐳射孔徑4mil ?

??????PCB設(shè)計(jì)中不可避免要用到鉆孔。而在設(shè)計(jì)規(guī)則的設(shè)置方面，甚至具體的鉆孔操作方面，具體要鉆怎樣的孔（通孔，盲孔，埋孔，還是背鉆孔？）以及鉆多大尺寸的孔，您做到心中有數(shù)了嗎？您會(huì)不會(huì)看別人鉆多大孔自己也鉆多大孔，或者隨便填寫個(gè)尺寸以滿足板面布局和走線的方便程度？

??????孔的類型如下圖所示。一般不太復(fù)雜的設(shè)計(jì)，板層疊層不多的設(shè)計(jì)中通常用到通孔。在復(fù)雜的設(shè)計(jì)中，特別是多層板，高速高密設(shè)計(jì)，PCB布線空間要求很高的情況下，可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置盲孔或埋孔。當(dāng)然盲埋孔因?yàn)橹圃旃に嚿媳韧讖?fù)雜，制造成本會(huì)相應(yīng)增高。

機(jī)械鉆孔與鐳射鉆孔的區(qū)別

??????首先了解下鉆孔的過(guò)程。如下圖所示，鉆孔是用不同規(guī)格的鉆頭尺寸來(lái)進(jìn)行的。如果您的設(shè)計(jì)中過(guò)孔孔徑的尺寸與加工廠現(xiàn)有的鉆頭尺寸不相同，那么會(huì)選擇離您的設(shè)計(jì)值最近的鉆頭規(guī)格來(lái)鉆孔。而Entry面板是用來(lái)防護(hù)鉆頭及臺(tái)面，減少毛刺并降低鉆頭溫度的作用。Backup底板是用來(lái)保護(hù)板面防止壓痕，防止打滑導(dǎo)向并減少毛刺的作用。

機(jī)械鉆孔的鉆頭通常有ST型和UC型。一般來(lái)說(shuō)UC型比ST型鉆孔的精度更高。

???????鐳射鉆孔一般用于微通孔。隨著PCB想微型和高密度互聯(lián)的方向發(fā)展，越來(lái)越多制板加工采用導(dǎo)孔的連接方式實(shí)現(xiàn)高密度互連。而傳統(tǒng)機(jī)械鉆孔的小孔能力，幾乎到了極限。隨著盲孔設(shè)計(jì)的發(fā)展，高密度的需求其可靠性也要新的工藝來(lái)改善，鐳射鉆孔應(yīng)運(yùn)而生。如下圖所示為鐳射鉆孔的方法。

???????所以，機(jī)械鉆孔與鐳射鉆孔的區(qū)別如下：

???????鐳射鉆孔的精度會(huì)比機(jī)械鉆孔高出許多。因此最小機(jī)械鉆孔的孔徑在規(guī)則設(shè)置里不得小于0.2mm（8mil）。最小鐳射孔徑在規(guī)則里設(shè)置不能小于4mil。

3. ??孔徑設(shè)置與板層厚度，層數(shù)等關(guān)系 ?

??????孔徑的設(shè)置大小首先在滿足最小工藝要求的情況下，根據(jù)板子要求的精度，板層厚度，疊層數(shù)等共同決定。它們之間的關(guān)系如下：

??????因此，在設(shè)置孔徑尺寸的時(shí)候可以參考上面的表格來(lái)根據(jù)板厚，疊層數(shù)等來(lái)設(shè)置相應(yīng)的符合要求的尺寸。也可通過(guò)如下簡(jiǎn)易的板厚/孔徑比來(lái)大概根據(jù)整個(gè)板厚尺寸來(lái)定義合適的鉆孔孔徑的尺寸。