DFM的第一步:PCB電路板布線的可靠性設計
印制導線寬度和間距是重要的設計參數,既影響PCB的電氣性能和電磁兼容性,又影響PCB的可制造性和可靠性。印制導線的寬度由導線的負載電流,允許溫升和銅箔的附著力決定。導線的寬度和厚度決定導線的截面積,導線的截面積越大,載流量就越大,但是電流流過導線會產生熱量并引起導線溫度升高,溫升的大小受電流和散熱條件影響,而允許的溫升是由電路的特性、元器件的工作溫度要求和整機工作的環(huán)境要求等因素決定的,所以溫升必須控制在一定的范圍之內。印制導線附著在絕緣基材上,過高的溫度會影響導線對基材的附著力,所以設計導線寬度時應考慮在選定銅箔厚度的基材基礎上,在導線需要的負載電流、導線允許的溫升和銅箔的附著力都能滿足要求的情況下確定印制導線的寬度。比如對于導線寬度不小于0.2mm,厚度為35um以上的銅箔上,當其負載電流為0.6A時,溫升一般不會超過10℃。由于SMT印制板和高密度的信號導線其負載電流很小,導線寬度可以達到0.1mm,但導線越細其加工難度就越大,負載電流能力也越小。所以在布線空間允許的情況下,應適當選擇寬一些的導線,一般接地線和電源線應設計得較寬,這樣既有利于降低導線的溫升,又有利于制造。
印制導線的間距由絕緣電阻、耐電壓要求和電磁兼容性以及基材的特性決定,也受制造工藝的限制,印制板表面層導線間的絕緣電阻是由導線間距、相鄰導線平行段的長度、絕緣介質(包括基材和空氣)、印制板的加工工藝質量,溫度、濕度和表面的污染等因素所決定的。一般來說,絕緣電阻和耐電壓要求越高,其導線間距就應適當加寬。當負載電流量較大時,導線間見距小則不利于散熱,導線間距小的印制板溫升也比導線間距大的板高,所以在設計時,對負載電流較大的導線和電位差較大的相鄰導線,在布線空間允許的情況下,應適當加大導線間距,這樣既有利于制造,也有利于降低高頻信號線的相互干擾。一般地線、電源線的導線寬度和間距都大于信號線的寬度和間距??紤]到電磁兼容性要求,對高速信號傳輸線其相鄰導線邊緣間距應不小于信號線寬度的兩倍,這樣可以大大降低信號線的串擾,也有利于制造。
在設計印制電路板時,應根據信號質量,電流容量及PCB廠家的加工能力,選擇合適的走線寬度及走線間距,同時應考慮以下的工藝可靠性要求:
1.根據目前大多數pcb廠家的加工能力,一般要求線寬/線距不小于4mil;
2.走線拐彎處不允許有直角轉折點;
3.為避免兩條信號線之間的串擾,平行走線時應拉開兩線距離,最好采取垂直交叉方式或在兩條信號線之間加一條地線;
4.板面布線應疏密得當,當疏密差別太大時應以網狀銅箔填充;
5.SMT焊盤引出的走線,盡量垂直引出,避免斜向拉線;
6.當從引腳寬度比走線細的SMT焊盤引線時,走線不能從焊盤覆蓋,應從焊盤末端引線。
7.當密間距的SMT焊盤引線需要互聯時,應在焊盤外部進行連接,不允許在焊盤中間直接連接。
8.應盡可能避免在細間距元器件焊盤之間穿越連線,確需在焊盤之間穿越連線的,應用阻焊對其加以可靠的遮蔽。
9.在有金屬殼體直接與PCB接觸的區(qū)域不允許有走線,如散熱器和臥裝電壓調整器等金屬體不能與布線接觸,各種螺釘和鉚釘安裝孔的禁布區(qū)范圍內嚴禁布線,以免造成短路隱患。