PCB设计工艺规范.doc

1 天博信息系统工程公司 质量 文件 PCB 设计规范 编 号: 第 1 版 拟 制: 2015 年 月 日 审 核: 2015 年 月 日 批 准: 2015 年 月 日 部 门会签人/日期部 门会签人/日期 综合部硬件研发部 生产部软件设计部 市场部质量部 文 件 会 签 服务部 1 目录目录 1 目的 1 2 引用/参考标准或资料1 3 PCB 绘制流程图.2 4 规范内容.1 4.1 印制板的板材要求1 4.1.1 PCB 基材 1 4.1.2 PCB 厚度 1 4.1.3 PCB 铜箔厚度种类.2 4.1.4 PCB 表面处理工艺.2 4.2 印刷板的外形尺寸及工艺设计 2 4.3 元件封装设计原则4 4.3.1 通孔插装元件封装设计.4 4.3.2 贴装元件封装设计.5 4.4 印制板一般布局原则6 4.4.1 PCB 布局总体原则.6 4.4.2 PCB 布局具体规则.7 4.4.3 元件间距设计.9 4.5 印制板布线设计10 4.5.1 印制板导线载流量选择.10 4.5.2 印制板过孔设计.10 4.5.3 印制板布线注意事项.11 4.6 印制板测试点设计12 4.6.1 需要设置测试点的位置.13 4.6.2 测试点的绘制要求.13 4.7 印制板文字标识设计14 4.7.1 印制板标识内容及尺寸.14 4.7.2 印制板标识一般要求.14 4.8 印制板的热设计15 4.9 印制板的安规设计16 4.9.1 最小电气距离.16 4.9.2 常规约定.16 4.9.3 高压警示.17 4.10 印制板的 EMC 设计.17 4.10.1 布线常用规则.17 4.10.2 地线的敷设.17 4.10.3 去耦电容的使用.18 4.10.4 PCB 线的接地 19 2 1 目的 规范产品的 PCB 设计，为 PCB 设计提供依据和要求，规定了PCB 设计的相 关参数，使 PCB 设计能够满足可焊接性、可测试性、安规、EMC 等技术规范， 在产品设计中创造工艺、质量、成本等优势。 2 引用 /参考标准或资料 GJB 4057-2000 军用电子设备印制电路板设计要求 IPC-SM-782A-1 表面贴装设计与焊盘图形标准 3 3 PCB 绘制流程图 原理图绘制 编译通过 PCB的导入 布线规则、板层等设置 元器件布局 PCB布线 测试点的添加 器件标识的设置和排列 DRC检测通过 标题栏填写 设计完成 提交 生产step文件 step审核通过（机械设计） 加工工艺文件编制 1 4 规范内容 4.1 印制板的板材要求 4.1.1 PCB 基材 PCB 基材的选用主要根据其性能要求选用。选择时应考虑材料的玻璃转化温度、 热膨胀系数（ CTE） 、热传导性、介电常数、表面电阻率、吸湿性等因素。常见 PCB 基材及其分类如下表 1 所示，典型基材的性能对比如表2 所示。 表 1 常见 PCB 基材及其分类 非非阻阻燃燃型型阻阻燃燃型型(V-0、V-1) 纸基板XPC、XXXPCFR-1、FR-2、FR-3 复合基板CEM-2、CEM-4CEM-1、CEM-3 G-10、G-11FR-4、FR-5 玻纤布基板 PI 板、PTEE 板、BT 板等 刚性板 涂树脂铜箔 (RCC） 、金属基板、陶瓷基板等 柔性板聚酯薄膜挠性覆铜板、聚酰亚胺薄膜挠性覆铜板 表 2 PCB 典型基材性能表 类类型型 最最高高连连续续 温温度度() 说说明明 FR-1，94HB 普通单面纸基板，防火等级为较差的UL94V1，最低档的材料， 模冲孔，不能做电源板，价格便宜，耐温差。高温易变形翘曲。 FR-1，94V0约 80 阻燃单面纸基板，防火等级为UL94V0，模冲孔，能做电源板， 价格便宜。耐温差，高温易变形翘曲。 CEM-1 单面半玻纤板。防火等级为UL94V0，模冲孔，能做电源板， 性能高于 FR1，价格比 FR-1 贵约 30%。 FR-4130 环氧玻璃布层压板，含阻燃剂，防火等级为UL94V0，具有良 好的电性能和加工性能，使用于多层板，广泛应用于电子工业， 具有可取的性价比。一般双面板选用。 FR-5170 即 FR-4 高 Tg 基材，防火等级为 UL94V0，但可在更高的温度 下保持良好强度和电性能。对双面再流焊的板，以及比较精密复 杂的板子可以考虑选用，价格较贵。 推推荐荐选选用用 FR4 环环氧氧树树脂脂玻玻璃璃纤纤维维基基板板。 4.1.2 PCB 厚度 PCB 厚度，指的是其标称厚度，即绝缘层加铜箔的厚度。 常见的 PCB 厚度：0.5mm，0.7mm，0.8mm，1mm，1.5mm，1.6mm， 2 2mm，2.4mm， 3.2mm，4.0mm，6.4mm。 PCB 厚度的选取应该根据板尺寸大小和所安装元件的重要选择。主要保证在加工 过程中使用过程中 PCB 不要因为尺寸太大或者太重而发生较大的形变，导致加工不 良。尺寸较大就选厚一些的，保证刚度。 1.5 毫米厚的印制板在各类电子仪器和设备中广泛使用。因为这种厚度的印制板 足以支撑集成电路、中、小功率晶体管和一般阻容元件的重量。即使印制板面积大到 500500 毫米时也没有问题，大量的插座都是和这种厚度的印制板配套使用的。 电源用的印制板厚度则要厚一些，因为它要支撑较重的变压器、大功率器件等， 一般可用 2.03.0 毫米厚的。至于一些小型电子产品，如电子表、计算器等则没有必 要选用这样厚的板材， 0.5 毫米或更薄一些的就足够了。多层印制板的厚度与它的层 数有关， 8 层或 8 层以下的多层板其厚度可限制在1.5 毫米左右。多于 8 层的厚度 要超过 1.5 毫米。多层板各电路层间的厚度往往还要由电气设计确定。 4.1.3 PCB 铜箔厚度种类 PCB 铜厚一般分为 1oz(35m)、2oz(70m)、3oz(105m)，当然还有更厚的。 铜箔厚度的选择主要取决于导体的载流量和允许的工作温度，常用的铜箔厚度有 1oz、2oz。 一一般般双双面面板板是是 1oz 多层板内层一般是 1/2oz， 1/3oz；外层 1oz， 1/2oz， 1/3oz。 4.1.4 PCB 表面处理工艺 因铜在空气中很容易氧化，铜的氧化层对焊接有很大的威害，很容易形成假焊、 虚焊，严重者元件和焊盘与元器件无法焊接，正因如此，会在焊盘表面涂（镀）覆一 层物质，确保焊盘不被氧化。 公司现主要采用的表面处理工艺有两种： 镍锡工艺；镍金工艺 。 工艺选择原则：一般 PCB 采用镍锡工艺即可；当 PCB 上有细间距器件（如 IC 引脚间距 0.5mm） ，可使用镍金工艺。注意：使用镍金工艺时，必须在PCB 版图 技术要求里说明。 4.1.5 阻焊层厚度 阻焊层就是印刷电路板子上要上绿油的部分，通常为了增大铜皮的厚度，采用阻 焊层上划线去绿油，然后加锡达到增加铜线厚度的效果，还有就是防止焊接时焊锡到 处流，目的就是除开焊盘外的所有地方不允许焊接。 目前，IPC 对绿油厚度没有做明确的定义要求，一般 铜箔上面的阻焊层厚度 C28-10m，表面无铜箔区域的阻焊层厚度C1 根据表面铜厚的不同而不同，当表 面铜厚为 45um 时 C113-15m，当表面铜厚为 70m 时 C117-18m，在用 SI9000 进行计算时，阻焊层的厚度取1/2oz 即可。 4.2 印刷板的外形尺寸及工艺设计 3 在 PCB 设计时，首先要考虑 PCB 外形尺寸。 PCB 的外形尺寸过大阻抗会增加， 抗噪声能力下降；外形尺寸过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰，而且PCB 外形尺寸要符合 SMT 设备的要求。 a) PCB 外形 PCB 一般为矩形，最佳长宽比为3:2 或 4:3，长宽比例较大时容易产生翘曲变形。 建议尽量使 PCB 尺寸标准化，可以简化加工流程，降低加工成本。 b) PCB 尺寸 不同的 SMT 设备对 PCB 尺寸要求不同，在 PCB 设计时一定要考虑 SMT 设备 的 PCB 最大和最小贴装尺寸， 一般尺寸在 5050350250mm(最新的 SMT 设备 PCB 尺寸方面有了较大的提高，例如Universal 的 Genesis GX 最大 PCB 尺寸达到 813610mm)。 c) PCB 工艺边 PCB 在 SMT 生产过程中，是通过轨道传输来完成的，为保证PCB 被可靠固定， 一般在传输轨道边 (长边)预留 5mm 的尺寸以便于设备夹持，在此范围内不允许贴装 器件。无法预留时，必须增加工艺边。对于某些插件过波峰焊的产品，一般侧边 (短边)需要预留 3mm 的尺寸以便加挡锡条。 d) PCB 板板边圆角设计 为了防止 PCB 在机器内传送时出现卡板的现象，要求工艺边的角为圆弧形的倒 角。根据 PCB 板尺寸的大小确定圆弧角的半径（ R2mm ） ，如图 1 所示。拼板和 加有辅助工艺边的 PCB 板在辅助工艺边上做圆弧角。 图 1 PCB 板板边圆角设计 e) PCB 安装孔要求 安装孔：指将印制板固定在机壳内部的孔或印制板上固定大型元器件的孔，安 装孔根据实际需要选取，如无特殊要求一律选择4.5mm，在孔外用丝印层设置平 垫位置， M3 组合螺钉平垫对应外径大小7mm。接地的安装孔要设置为金属化孔。 （参考： M4 组合螺钉的安装孔大小为 4.5mm，平垫大小为 8mm） 1）同时注意平垫边缘到器件边缘的距离不小于1mm，在此范围内不可布设导线、 器件焊盘、过孔；但可设置等电位的地线，如图2 所示。特殊高压板应根据 4 实际情况扩大平垫边缘与器件边缘距离。 图 2 PCB 安装孔设计 2）安装孔距板边及两个安装孔之间距离必须是公制的整数倍。 f)PCB 基准识别点 (Fiducial Mark) 基准识别点也称 Mark，为 SMT 组装工艺中的所有步骤提供共同的可测量点，保 证了组装使用的每个设备能精确地定位电路图案。因此，Mark 点对 SMT 生产至关 重要。Mark 点一般分为整板 Mark、拼板 Mark、局部识别 Mark(脚间距0.5mm)， 一般规定 Mark 点中心的标记点为金属铜箔，直径1.0mm，周围空旷对比区直径 3mm，金属铜箔和周围空旷区域的颜色对比要明显。在3mm 范围内不允许有丝印、 焊盘或 V-Cut 等。Mark 一般位于 PCB、元件、拼板的对角位置，一般整板基准 MARK 点放置 3 个，分别放在左右下角和一个上角，呈 “L”形分布。 Mark 点边缘与 PCB 板边距离至少 5mm。 g) PCB 拼板设计 一般原则：当 PCB 单板的尺寸 5.7mm 时，测试点与器件必须保 持 5mm 以上的距离 ，如图 24 所示： 图 24 测试点位置选择 c） 测试点应尽量远离高电压，以避免测量时发生触电事故； d） 测试点应均匀分布，两个相邻测试点间距要大于5mm，测试点距离板卡边 缘或定位孔的距离应大于 5mm； e） 测试点在绘制时附加线应尽可能短，如图25 所示： 图 25 测试点附加线绘制方式 15 f） 测试点统一采用公司标准封装库中名称为 “TP”的封装，该封装是外径 1.6mm，内径 0.8mm 的圆形焊盘； g） 作为调试或维修等经常使用的测试点需要焊接专用测试端子； h） 测试点应均位于元件面，不能出现在焊接面（即测试点标识和测试端子都位于 元件面） 。 4.8 印制板文字标识设计 4.8.1 印制板标识内容及尺寸 a） 印制板的丝印层上要标注如下信息：印制板的名称、半成品 PN 号、设计日 期、公司名称、元件位号、元件名称（可选）以及必要的警示信息和提示； b） 元件位号和名称的标注大小和方向要一致，同一块线路板上标注的方向不能多 于 2 种； c） 元件位号和名称的丝印字符高度1.02.0mm，线宽 0.150.254mm。在空 间充足的情况下禁止采用字符高度小于1.2 mm 的丝印。 推荐尺寸： 表 8 丝印字符高度和线宽推荐值 字符高度字符高度1.0mm1.2mm1.5mm1.8mm2.0mm 字符线宽字符线宽0.1mm0.12mm0.15mm0.18mm0.2mm 4.8.2 印制板标识一般要求 a)印制板上的公司名称、印制板名称、 半成品 PN 号、设计日期的标识，需用 较大字体标识在 PCB 板醒目位置 ，如图 26 所示； 图 26 印制板标识示例 b)所有元器件必须设置位号（ Designator） 、元件名称（ Comment） 、封装形式 （Footprint）其中元件位号必须在印制板上显示，其余属性依PCB 空间是 否显示可选。各属性值禁止在PCB 设计完全后以一个符号的形式加上去 ； c)丝印标识不能写入器件焊盘和需要搪锡的锡道上，丝印标识之间不应有重叠、 交叉，同时避免过孔造成的丝印残缺。标识符号要求离焊盘边缘距离应大于 0.5mm； 16 图 27 错误设计（ OP07 写入焊盘，造成焊接虚焊） d)有极性元器件其极性在丝印图上标识清楚，如三极管必须在丝印层上标出 e，b，c 脚，如图 28 所示： 图 28 极性元器件其极性在丝印图上标识 4.9 印制板的热设计 高热器件应考虑放于出风口或利于对流的位置。 温度敏感器件应远离热源。 对于自身温升高于 30的热源，一般要求： a) 在风冷条件下，温度敏感器件距热源的距离大于等于2.5mm； b) 在自然冷却条件下，温度敏感器件距热源的距离大于等于4mm； 若因空间原因达不到上述要求，则因通过温度测试确认温度敏感器件的温度变化 在额定范围内； 电解电容与散热器的间隔最小为5.0MM，其它元件到散热器的间隔最小为 2.0MM。 发热器件底部如果要走线必须在发热器件和PCB 之间做绝缘处理。 大面积铜箔要求用隔热带与焊盘相连（通过5A 以上大电流的除外），方便维修， 焊盘和铜箔间用 “十”字或“米”字形相连 。如图 29 所示： 图 29 焊盘和铜箔相连方式 如果 PCB 上铜箔面积比较大 ，应将铜箔走线设计成斜方格形，以降低PCB 过 回流/波峰高温后的变形度 ，如图 30 所示。对覆铜网格的要求：网格间距 12mil， 网格线宽 10mil，网格与焊盘距离 20mil C B E B 17 图 30 铜箔走线方式 为保证搪锡工艺的可行性，锡道宽度不大于等于2mm，锡道边缘间距大于 1.5mm，如图 31 所示： 图 31 锡道宽度及边缘间距示意图 4.10 印制板的安规设计 4.10.1 最小电气距离 在条件允许的情况下尽量加大电气间距，最小间距应该满足下表9 的要求： 查询下表时需要根据导线间电压，导线位置及涂层状况（B1A7）确定电气间 距，表中电压为实际工作电压。对于印制导线和覆铜要同时考虑上述加工工艺因素。 例如：电压差为 15V 的两根涂覆绿油的印制导线间，最小电气间距为 0.05mm（考虑加工工艺因素应取 0.25mm） 注：如果空间较小时，可以在两平面导线之间的PCB 上开通孔槽来增加爬电距 离。 表 9 最小电气间距值 18 4.10.2 常规约定 a） 交流 220V 线中任一线距离低压零件及壳体之间距离应大于6mm。 b） 交流 220V（峰值电压为 308V）未涂覆的接线端子间，最小电气间距为 2.5mm。 c） 交流 380V（有峰值电压为 537V）未涂覆的接线端子间，最小电气间距为 3mm。 d） 印制板上的电源线（ DC 或 AC 峰值超过 300V）距离印制板边缘的最小距离 大于 6 mm。 4.10.3 高压警示 部分高压的裸露元件要在 PCB 上做出明显的警示标识，如 图 32 所示： 图 32 高压警示标识 4.11 印制板的 EMC 设计 4.11.1 布线常用规则 19 a） 3 W 原则：为了减少线间串扰，应尽量加大线间距离，当线中间的距离不小 于 3 倍的线宽时，可以使 70%的电场不互相影响，成为 3W 原则，如图 33 所示；如果要保证 98%的电场不互相影响，则要采用10W 的原则。 图 33 3W 原则示意图 b） 20H 原则：由于电源层和地层之间的电场是变化的，在板的边缘会向外辐射电 磁干扰，称为边缘效应。解决的办法是将电源层内缩，使得电场只在接地层的 范围内传导，以一个 H（电源层和地层之间绝缘介质的厚度）为单位，若内 缩 20H 则可以将 70%的电场限制在接地层边沿内，内缩100H 则可以将 98%的 电场限制在接地层边沿内 ，如图 34 所示： 图 34 20H 原则示意图 4.11.2 地线的敷设 地线布线两原则： a） 争取让每条信号线和电源周围都有各自的地线，可以减少回路面积，因此减少 了对外的辐射； b） 在条件允许的情况下，地线的面积要尽量大，可以减少地线上阻抗； 不同性质的地线要相互隔离 ; 例如光耦两端不同性质的地线之间，需要进行有效的隔离；模拟地和数字地也要 有区分，如有必要连在一起，则做成单点连接，在连接点处焊接欧姆电阻，如图 35 所示： 图 35 地线敷设方式 20 4.11.3 去耦电容的使用 4.11.3.1 去耦电容的作用 集成电路的电源和地之间的去耦合电容的作用主要有两点：一是本集成电路的蓄 能电容，另一方面减少电路噪声对电源的影响。 4.11.3.2 去耦电容的放置 每个集成电路的电源和地之间跨接一个去耦合电容，如果空间不允许，可以为每 4-10 个芯片配置一个 1-10 uF 的钽电容。 4.11.3.3 去耦合电容值的选择 数字电路中典型的去耦合电容值是0.1uF，每 10 片左右集成电路要放置一个充 放电电容，可以选择 10 uF 左右。 去耦合电容的选择并不严格，一般按照C=1/F 的原则进行选取，即 10MHz 取 0.1 uF，100MHz 取 0.01 uF。 在要求高的场合尽量不选择电解电容，它的内部结构使其在高频时表现出一定的 电感性，最好选择钽电解电容。 4.11.3.4 布线和焊接对去耦合电容值的影响 PCB 上走线过长或焊接时引脚过长会使去耦合电容本身发生自共振，影响使用效 果，因此去耦合电容在 PCB 上的位置要紧靠近芯