PCB Layout基础知识VIP

.,PCBLayout基础知识,.,2,一PCB的基本概念,1.PCBPrintedCircuitBoard2.印刷电路在绝缘基材上按预定设计制成印刷线路印刷组件或两者结合而成的导电图形。3.印刷线路在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形。4.印刷板印刷电路或者印刷线路的成品板称为印刷电路板或者印刷线路板。5.按照导体图形的层数可以分为单面双面多层印刷板。电子设备采用印刷板后由于同类印刷板的一致性从而避免了人工接线的差错并可实现电子元器件自动插装或贴装自动焊锡自动检测保证了电子设备的质量提高了劳动生产率降低了成本便于维修。印刷板从单层发展到双面多层并且仍旧保着各自的发展趋势。由于不断地向高精度高密度和高可靠性方向发展不断缩小体积减轻成本使得印刷板在未来电子设备的发展过程中仍然保持强大的生命力。,.,3,6.PC板一般材质特性尿素纸板特性为颜色为淡黄色常用于单面板但由于是用尿素纸所制在阴凉潮湿的地方容易腐烂故现已不常用。CEM-3板特性为颜色为乳白色韧性好具有高CTI(600V)二氧化碳排出量只有正常的四分之一现在较为常用于单面板。FR4纤维板特性为用纤维制成韧性较好断裂时有丝互相牵拉常用于多面板其热膨胀系数为13(16ppm/c)本厂用的主板是用此板所制。软板特性为材质较软透明常用于两板电气连接处便于折迭。例如手提计算机中LCD与计算机主体连接部分。其它随着个人计算机移动电话等多媒体数字化信息终端产品的普及PCB也变的得越来越轻薄短小。在国外一些大的集团公司先后研制出更多的PCB板材例如无卤（卤）无锑化环保产品高耐热高Tg板材低热膨胀系数低介电常数低介质损耗板材。其代表产品有FR-5Tg200板PEE板PI板CEL-475等等。只是现在在国内还没有普及。,.,4,7.印刷电路在电子设备中的功能(1)提供集成电路等各种电子元器件固定装配的机械支撑(2)实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电器连接或电绝缘(3)提供所要求的电器特性如特性阻抗等(4)为自动焊锡提供阻焊图形为组件插装检查维修提供标识符元和图形8.PCB发展简史印刷电路基本概念在本世纪初已有人在专利中提出过1947年美国航空局和美国标准局发起了印刷电路首次技术讨论会当时列出了26种不同的印刷电路制造方法。并归纳为六类涂料法喷涂法化学沉积法真空蒸发法模压法和粉压法当时这些方法都未能实现大规模工业化生产。直到五十年代初期由于铜箔和层压板的粘合问题得到解决覆铜层压板性能稳定可靠并实现了大规模工业化生产铜箔蚀刻法成为印制板制造技术的主流一直发展至今.六十年代孔金属化双面印刷和多层印刷板实现了大规模生产七十年代由于大规模集成电路和电子计算器的迅速发展八十年代表面贴装技术和九十年代多芯片组装技术的迅速发展推动了印刷电路板生产技术的继续进步一批新材料新设备新测试仪器相继涌现印刷电路生产技术进一步向高密度细导线多层高可靠性低成本和自动化连续生产的方向发展。,.,5,二Layout的一些基本朮语,1.SolderMask止焊膜面印刷电路板上面之防焊漆常使用绿色因此又称为绿漆。2.Pin指电路板上之金属焊垫在此焊垫上组件脚藉由焊锡焊接到电路板。,Rat是一条Net中未连接起来的两个Pin的直线当它连接后Rat就会消失它是走线的辅助工具。4.Cline指Rat连接起来之后的线。,.,6,5.ViaVia或ViaHole(贯穿孔)作为电路板上面之线路从一层换到另一层之贯穿连接之用它可分为三种：(1)ThroughVia：最常见之贯穿孔它是贯穿整个板子的。(2)BlindVia：盲孔该孔有一边是在板子之一面然后通至板子之内部为止。(3)BuriedVia：埋孔该孔之上下两面都在板子之内部层换句话说是埋在板子内部的。,PTHPlatedThroughHole为电镀贯穿孔之意思。Non-PTH或NPTHNon-PlatedThroughHole为非电镀贯穿孔。在电路板(单面板除外)上面之钻孔大部份是PTH孔以便组件脚或是各层线路能够导通。单面板则百分之百为NPTH孔因它的线路只有一层不需换层。,.,7,7.CompSide(TopSide)零件面大多数零件放置之面又称为正面。8.SoldSide(BottomSide)焊锡面与CompSide相反之面又称为反面。9.PositiveLayer单双层板的各层线路多层板的上下两层线路以及内层走线层均属又称正面层。10.NegativeLayer通常指多层板的电源层又称负面层。例如一个六层的板子迭板结构如下图,.,8,11.FiducialMark(基准点)FiducialMark或FiducialDot是作为SMTPickandPlace机器摆放SMD组件所使用之光学定位点其形状依SMT机器有所不同并且又分为整块板子用户以及单独组件(例如QFP或其他细脚距组件)用户。所有PCB上的Mark点(包括QFP旁边的辅助光学点)形状大小须一致可以是圆形或方形。放置FiducialMark时要距离板边至少5mm且每两个FiducialMark不能在同一直在线。,.,9,12.TearDrop又叫做泪珠为Pin的一种特殊设计防止孔偏位时崩孔,13.VBPViaBetweenPad,14.VIPViaInPad,.,10,15.GoldFinger称为金手指是指某些电路板(例如网络卡适配卡)上板边的一根根镀金线因其形状类似手指故称之为金手指。它通常是插在另一片电路板的连接器组件插槽(Slot)上以作为两片电路板线路的连接。金手指在电路板的制作上一般先镀低应力镍0.00015“以上再镀金。有些板子为了省成本改为镀锡如此便称之为锡手指。,GoldFinger,.,11,16.InnerPad多层板的PositiveLayer内层的Pad。Anti-Pad多层板内NegativeLayer上所使用的绝缘范围不与零件脚相接的Pad。ThermalPad多层板内NegativeLayer上必须接零件脚时所使用的Pad一般用作散热或导通的。,.,12,17.各项标示(1)UL(美国保险商实验室)UnderwritersLaboratoriesINC板材耐燃性实验执行及认可(2)防火等级(94V-0V-1)(3)制造日期一般是年号周数如0237就表示02年第37周(4)厂商识别,.,13,三与PCBLayout相关的部门,1.产品的设计时间EVTEngineeringValueTest工程价值评估阶段DVTDesignVerificationTest产品设计测试阶段PVTProcessVerificationTest批量生产阶段MPMassProduction量产阶段PCBLayout的最终目的是要让R&D设计的线路图转变成实际的PCB并能实现预期的功能且工作正常因此需与相关的部门共同合作经常会与相关的人员讨论R&D线路零件布局相关走线规则ME机构确认尺寸误差讨论PE生产线生产时须注意事项TE测试点摆放规则讨论EMI讨论零件布局相关走线和电磁干扰静电安全规则PC板厂PC板厂制造能力制造时间控管,.,14,PCBLayout流程图,.,15,四工程委托评估并提供相关数据,1.客户提供进度表(Schedule),对Schedule进行讨论合理安排Layout的时间以免延误工作。,.,16,2.RD提供迭板结构(StackUp),.,17,3.RD提供GuidelinePlacementGuidelineRoutingGuideline,.,18,4.RD提供电路图(Schematic)电路图表示设计之电路连接图形它由组件电气线以及其他电子符号组成还包括图框标题区(titleblock)文字说明及其他符号。确定Schematic中的零件是否零件库中都有否则要新建零件。,.,19,5.ME提供机构图(MEOutline)Check机构图是否完整正确板子尺寸固定零件的位置限高区机构孔螺丝孔Connector等重要零件的位置。,.,20,五电路图的导入与核对,原理图(Schematic)的产生一般视为PCB生产过程的第一步它也是电子工程技术人员对产品设想的具体实现是由许多逻辑组件(如各种IC的门电路电阻电容等)通过不同的逻辑连接而组成。做一个原理图它的逻辑组件的来源是有的CAD软件含有的一个庞大的逻辑组件库而有的CAD软件除了逻辑组件库外还可以由用户自己增加建立新的逻辑组件(如CadenceMentor等)用户可以用这些逻辑组件来实现所要设计的产品的逻辑功能。1.建立逻辑组件逻辑组件是提供一种逻辑功能的部件(如一个LSOO门一个触发器或一个ASIC电路)。(1)逻辑组件型号的定义(或称组件名)(2)逻辑组件管脚的封装形式(3)逻辑组件管脚的描述(4)逻辑组件的外形及符号尺寸的定义2.逻辑组件的功能特性描述需对逻辑电路进行仿真就要对每个逻辑组件的功能特性进行描述如逻辑组件的时序关系初始态上升沿(Rise)下降沿(Fall)延迟时间还有驱动衰量衰减时间等。,.,21,3.关于逻辑组件库的说明由于逻辑组件很多都建在一个库下容易造成混乱不好管理所以一般把功能特性相似的逻辑组件放于一个库下按功能特性来管理如A/DD/A转换器件CMOS器件存贮器件TTL器件线性器件运放器件比较器件等都各自放在同类库下。同样也可以按公司厂家分类如MOTOROLANECINTEL等。4.Check电路图与产生相关数据文件RunDRCDRCDesignRuleCheck报告与标注违反电气规则或其他设计限制之处包括相同的组件编号未连接的电气对象组件型式不匹配不在格点上之组件等等。(2)产生相关File.NET:网络表-表示信号与接脚之逻辑连接.CMPNetin时为了对应抓取零件库中零件Footprint的顺序表.BOM:材料列表-为一个格式化的电气组件与其他对象之报表.XRF交互参考表-报告每张电路图与组件位置,.,22,NetList电路导入时需要的数据数据文件包括*.CMP和*.NET两个文檔。Footprint指PCBLayout上各种组件之实体形状包括焊垫SolderMask钻孔文字印刷等等。5.Netin指电路图的导入6.导入机构图档(*.dxf)与创建板框(BoardOutline)(1)导入DXF注意单位之变换(2)根据机构图来确定板框的大小板框左下角为原点为(00)点板框线宽一般为5mil。(3)CreateBoardOutlineAttribute(建立板框属性)A.RoutingKeepin线宽为0milC.PackageKeepin线宽为0mil一般要求距离板框为2mm(4)设置板子的迭板结构包括板厚。,.,23,六Placement与核对,Placement不只关系到往后走线的难易更关系到各项认证生产良率。平常在作此动作时尽量会同工程部R&D相关人员参与布局。一个产品的成功与否一是要注重内在质量二是兼顾整体的美观两者都较完美才能认为该产品是成功的因此在Placement时要注意下列事项按机构图摆放固定位置的零件按placementGuideline摆放零件按电路图来摆放零件要注意机构图的限高区注意可插零件四周空间是否妨碍人工插件及辅助工具插拔有极性的零件要放同一方向SMT组件要距板边3mm以上零件要距金手指3mm以上摆放零件时要考虑Routing的区域和切割Plane的完整性EMI考虑散热考虑要与RDEMIPEME人员商量并且Check,.,24,七Routing与核对,1.设定走线环境与规则(1)根据Guideline设定走线规则(2)设定走线环境2.依GuidelineLay走线顺序(1)根据Guideline及设计人认为较重要的线先lay(CLKBus)(2)走线的顺序(一般CPUNorthBridgeDDRSouthBridge)3.特殊走线(1)蛇形线(2)DifferentialTrace(差分信号线)(3)VIP(4)盲埋孔(5)在Power层走线,.,25,4.依案子大小每13天请RD人员Check(1)布线是否符合Guideline(2)是否注意走线禁止区(3)相邻层的布线不能完全重合(4)注意跨Plane的问题(5)注意生产工艺需求,.,26,八加测点,当布线完成后则要测试信号的Function测试点即是配合测试部门所需的一个步骤。测试点加的好不好对测试方便与否有很大的关系所以加测试点时则要遵循一些规则1.加SMTPad作测点(1)选择测点的类型(2)尽量加在同一面(零件少的那面)一般以SolderSide为优先(3)符合测点的SPEC(距离Power测点数)*尽量使测点平均分布在PCB板并保持测点相距在68mil以上*螺丝孔边距测点至少125mil*基准点距测点至少7mm*3mm以下高度的零件距测点至少50mil*3mm6mm高度的零件距测点至少130mil*6mm以上高度的零件距测点至少150mil2.贯穿孔作测点重要的信号线一般都需要绕蛇形线在绕线之前必须先加测点加测点时如果有表层走线就加在表面层否则就用Via变为测点不能用牵线加测点这样会影响信号其它线尽量加在表层迫不得已才用Via变为测点。,.,27,除了特殊要求以外一般要求一条信号线加1个测点需要切割的Power信号至少要加4个GND至少6个并且要均匀分布在Plane上。4.Fly-ProbeFly-Probe称为飞针为一种ATE测试之方式。,.,28,九切割Plane,因应PCBPower种类繁多的需求故需将Power进行分割。1.MoatMoat就是Plane层(NegativeLayer)上面两种不同电源(Ground)间之壕沟(绝缘区域)若是在同一电源(Ground)内部之隔离线也称为Moat此外Plane层与板边之绝缘区域也称为Moat。不同电源(Ground)间之Moat之宽度一般以20mil较理想但有些考虑EMI情况要求此宽度加大。Plane层与板边之绝缘区域为50mil特殊情况可降到30mil。,Moat,.,29,2.设置切割线宽及相关规则(1)设定相关规则*切割的Moat线宽一般设为20mil.*选定切割层面(2)安排切割PowerPlane的先后顺序(3)注意Plane的完整不能有尖角菱角不要太多(4)注意实际的电气导通性能3.请RD参与Power的切割并Check(CheckPowerFill),.,30,十CheckList与DRC,1.CheckList(1)RD工程师Checka.重要线的长度（CLKDDR)b.特殊线的走法（DifferentialPair)c.Power部分的走线（线宽)(2)TE工程师Check测点距离是否符合要求(3)PE工程师Checka.Placement是否符合制造要求(零件的方向距离)b.Routing是否符合制造要求(线宽线距)(4)EMI工程师Check2.DRCDesignRuleCheck设计规则检查。在PCBLayout之DRC通常是检查PadVia与Trace互相之间距是否足够。DRC是CheckLayout的重要环节是整个流程的必经之途必须反复的执行直到其中的Error全部排除允许错误除外。(1)设定DRC条件(2)允许的错误a.改属性下完成的走线b.非法Placement零件的走线,.,31,布线设计完成后需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求一般检查有如下几个方面(1)线与线线与组件焊盘线与贯通孔组件焊盘与贯通孔贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理是否满足生产要求。(2)电源线和地线的宽度是否合适电源与地线之间是否紧耦合(低的波阻抗)在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。(3)对于关键的信号线是否采取了最佳措施如长度最短加保护线输入线及输出线被明显地分开。(4)模拟电路和数字电路部分是否有各自独立的地线。(5)后加在PCB中的图形(如图标注标)是否会造成信号短路。(6)在PCB上是否加有工艺线？阻焊是否符合生产工艺的要求阻焊尺寸是否合适字符标志是否压在器件焊盘上以免影响电装质量。(7)多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小如电源地层的铜箔露出板容易造成短路。,.,32,十一排文字面,1.选定层面设定参数文字一般设为Height0.04线宽0.006根据需要的字体大小自行调整参数。2.有方向的零件应标示脚位元和极性*极性零件应标示“+”字于正端*Connector应标示四周的脚号*3-PinJumper应标示1或3脚号*金手指应标示前后的脚号*晶体管应标明各脚位*PowerConnector应标示各脚的电源名称及前后脚号*QFPPLCCPGABGA等四边有Pin的零件应标示各角边的脚号*100Pin以上的QPF每10Pin处作一短线(长度40mil左右)以方便脚号计数*二极管不必标示脚号但其零件图形应清楚表示极性方向*Fuse(保险丝)必须加RatedVoltageRatedCurrent及FuseType,.,33,3.文字不能放在零件里面距离板边至少10mil文字符号图形不可碰到零件的Pad测点Drill_hole也尽量不要碰到Via有些文字可以不用排如泪滴DefaultShort等。4.每一个零件应把Reference放在该零件附近并使不与其他零件造成混淆为原则但如果零件太密无法标示每个零件时可依如下方法(1)一排电阻或电容可示以RmmRnn或CmmCnn(2)将Reference放在稍远的空地方并以箭头符号指到该零件或以其他方式表示于板上但必须易于辨别。5.加板名组装号码Logo料号,.,34,1.Gerber顾名思义为艺术工作因为早期之PCBLayout是在Mylar(聚脂薄膜)透明片上进行点线等之贴图工作除了线路正确性外又要讲求美观，因此称之为艺术工作。现今之PCBLayout都是在计算机上完成GerberFile在雷射绘图机Laserplotter雷射曝光其成品为底片故我们将其称为底片。,Gerber包括下列层面图零件面(CompSide)焊锡面(SolderSide)多层板的各内层面(Inner与Power)文字面(Silkscreen)止焊膜面(SolderMask)Drill图一张当有盲埋孔时每一种盲埋孔的组合也要作钻孔图当有SMC时要作Paste_mask,十二GerberOut,.,35,2.GerberOutGerberFile为一种标准之图案格式用来记录印刷电路板之各项资讯例如Pad大小坐标Trace宽度坐标等等。它由GerberScientificInstrument(GSI)公司所发展出来。(1)Gerberfile的两种格式*RS-274(D)不含ApertureFile(描述实际图形形状及大小)*RS-274XGerberFile中已经有定义ApertureFile(2)具体形式视不同的tool不同*Mentor*.gbr*Allegro*.art*PowerPCB*.Pho(3)底片种类*正片*负片,.,36,Aperture是光学绘图机上面之一种图形开口光线透过此开口在底片上曝光因此简称Aperture为镜头。D-Code每个Aperture的Station对应的号码。,.,37,3.转出CADData检视FidicualMark的坐标是否正确CADData指PCBLayout完成后产生之SMC组件坐标位置数据以提供给工厂SMT生产线作业之用。,.,38,1.所需资料(1)GerberFile(*.art)(2)ApertureFile(3)DrillHoleFile为钻孔坐标档案有PTH&NPTH之分有时会存在与线路位置偏移之状况需确认以哪一层面为基准进行对位。(4)FABDrawing提供机构图将对厂商带来以下之方便*外围尺寸制作时准确有据可依*工作Panel尺寸准确无偏差*与其他制具之尺寸吻合(5)VSSFile是给TE部门用于测试的File,十三Tapeout,.,39,(7)FabricationNoten机构说明图定义PCB之特殊制作规范(8)CADData零件列表,(6)ASSFile用于给生产线组装零件所用的图文件,.,40,十四排版,排版的好坏关系到板材的利用成本的问题1.板边处理(1)V-CutV-Cut为电路板成型方法之一系在板子上下两面相同位置各割出一直线但不