PCB設(shè)計優(yōu)化丨布線布局必須掌握的檢查項

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

而在PCB設(shè)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(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，所以本文將重點介紹其相關(guān)檢查項概述。

一、布局檢查

?1、導(dǎo)入網(wǎng)表

最新的原理圖生成的網(wǎng)表導(dǎo)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(qū)、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(qū)已在PCB上體現(xiàn)。

3、布局

●數(shù)字電路和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(yīng)放在信號的驅(qū)動端，其他端接方式的應(yīng)放在信號的接收端）。

● IC器件的去耦電容數(shù)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TVS、PTC）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(shè)計指南或參考成功經(jīng)驗放置可能影響EMC實驗的器件，如：面板的復(fù)位電路要稍靠近復(fù)位按鈕。

●較重的元器件，應(yīng)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(tài)介質(zhì)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(nèi)，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(cè)。

●在PCB上軸向插裝較高的元件，應(yīng)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(dǎo)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(yīng)，位置對應(yīng)，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(shè)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(yīng)垂直于波峰焊時PCB 傳送方向。

●波峰焊面，陰影效應(yīng)區(qū)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(shè)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(nèi)端余量約0.4mm，寬度不應(yīng)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(qū)分。

●是否已更新封裝庫（用viewlog檢查運行結(jié)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(wǎng)、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(xiàn)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(nèi)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(yīng)無孤島、通道狹窄現(xiàn)象。

● PCB上的工作地（數(shù)字地和模擬地）、保護地、靜電防護與屏蔽地的設(shè)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(yīng)有可能引起短路的走線、銅皮和過孔。若有結(jié)構(gòu)圖，參考結(jié)構(gòu)圖即可；若無結(jié)構(gòu)圖，向結(jié)構(gòu)師確認需留多大的空間。

●信號線上不應(yīng)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(zhí)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(zhí)行了3W原則。

●差分對之間是否盡量執(zhí)行了3W原則。

●差分對的線間距要根據(jù)差分阻抗計算，并用規(guī)則控制。

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

●銅皮和線到板邊，推薦大于2mm，最小為0.5mm。

●內(nèi)層地層銅皮到板邊1-2mm，最小為0.5mm。

●內(nèi)層電源邊緣與內(nèi)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shè)計在焊盤上。正常開窗的過孔與焊盤的間距應(yīng)大于0.5mm（20mil），綠油覆蓋的過孔與焊盤的間距應(yīng)大于0.15mm（6mil），方法：將Same Net DRC打開，查DRC，然后關(guān)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(qū)

●金屬殼體器件和散熱器件下，不應(yīng)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(yīng)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(yīng)用網(wǎng)格銅（單板用斜網(wǎng)，背板用正交網(wǎng)，線寬0.3mm（12mil）、間距0.5mm（20mil））。

●大面積銅箔區(qū)的元件焊盤，應(yīng)設(shè)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(yīng)該盡量避免出現(xiàn)沒有網(wǎng)絡(luò)連接的死銅。

●無孤島銅皮。

●動態(tài)銅皮確保處于smooth狀態(tài)（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(dǎo)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(shè)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(yīng)先設(shè)置成推薦的距離，檢查DRC，若仍有DRC存在，再用最小距離設(shè)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(yīng)在元件對角線附近位置設(shè)置光學定位點。

●周圍10mm無布線的孤立光學定位符號，應(yīng)設(shè)計為一個內(nèi)徑為3mm環(huán)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(yīng)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(yīng)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(jù)板卡密度，可適當調(diào)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(dǎo)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(shù)、絲印的顏色、翹曲度，以及其他技術(shù)說明是否正確。

●疊板圖的層名、疊板順序、介質(zhì)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(yīng)。

●工藝反饋的問題是否已仔細查對。

以上是PCB工程師在設(shè)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(jīng)驗不足出現(xiàn)漏檢情況，也推薦大家使用專業(yè)的可制造性設(shè)計分析軟件——華秋DFM，它可以幫助工程師在設(shè)計初期，就避免很多因設(shè)計不當導(dǎo)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(guī)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(shè)計是否合理。

●布線方面

能夠?qū)﹄娐钒迳系膶?dǎo)線寬度、間距、過孔到導(dǎo)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。

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