硬件电路板设计规范标准

硬件电路板设计规范标准硬件电路板设计规范编制日期：审核日期：批准日期：修订记录日期修订状态修改内容修改人审核人批准人目录1概述1.1适用范围本规范适用于硬件电路板的设计。1.2参考标准或资料本规范参考以下标准或资料：-IPC-2221AGenericStandardonPrintedBoardDesign-IPC-2222ASectionalDesignStandardforRigidOrganicPrintedBoards-IPC-2223CSectionalDesignStandardforFlexiblePrintedBoards-IPC-7351BGenericRequirementsforSurfaceMountDesignandLandPatternStandard-IPC-6012BQualificationandPerformanceSpecificationforRigidPrintedBoards-IPC-6013CQualificationandPerformanceSpecificationforFlexiblePrintedBoards1.3目的本规范的目的是确保硬件电路板的设计符合行业标准，并能够满足产品的功能和性能要求。2PCB设计任务的受理和计划2.1PCB设计任务的受理PCB设计任务的受理应包括以下内容：-产品需求和规格说明-PCB设计任务书-PCB设计任务计划-PCB设计任务的其他相关资料2.2PCB设计任务的计划PCB设计任务的计划应包括以下内容：-PCB设计的时间安排-PCB设计的人员安排-PCB设计的质量要求-PCB设计的其他相关要求3PCB设计规范3.1设计原则PCB设计应遵循以下原则：-PCB设计应符合IPC标准-PCB设计应满足产品的功能和性能要求-PCB设计应考虑生产和制造的要求-PCB设计应考虑成本和效益的要求3.2PCB设计要求PCB设计应满足以下要求：-PCB布线应符合信号完整性要求-PCB布局应符合EMC要求-PCB布局应考虑散热和温度控制-PCB布局应考虑机械结构和装配要求3.3PCB设计文件PCB设计文件应包括以下内容：-PCB原理图-PCB布局图-PCB元件清单-PCB工艺文件-PCB测试文件本规范旨在确保硬件电路板的设计符合行业标准，并能够满足产品的功能和性能要求。在PCB设计任务的受理和计划阶段，应包括产品需求和规格说明、任务书、任务计划和其他相关资料。PCB设计应遵循IPC标准，并应满足产品的功能和性能要求、生产和制造的要求以及成本和效益的要求。在PCB设计过程中，应考虑信号完整性、EMC、散热和温度控制、机械结构和装配要求等因素。PCB设计文件应包括原理图、布局图、元件清单、工艺文件和测试文件。3.5.1创建网络表在电路设计的过程中，创建网络表是非常重要的一步。通过网络表，我们可以清晰地了解每个元器件之间的连接关系，以及它们的电气特性。在创建网络表时，需要注意以下几点：-确保每个元器件都有唯一的标识符，以便于在后续的设计中进行识别和操作。-确保每个元器件的引脚标识符与实际器件的引脚标识符一致。-确保每个元器件的电气特性参数正确无误。3.5.2创建PCB板PCB板的设计是电路设计的重要组成部分。在创建PCB板时，需要注意以下几点：-确保PCB板的尺寸与实际应用场景相匹配。-确保PCB板的层数、线宽、线距等参数符合设计要求。-确保PCB板的布局合理，元器件之间的距离适当，且不会发生干扰。-确保PCB板的质量可靠，耐用性好。3.6布局规范在进行电路设计时，布局是一个非常重要的环节。良好的布局可以保证电路的性能稳定，减少干扰和噪声。在进行布局时，需要注意以下几点：3.6.1布局操作的基本原则-确保元器件之间的距离足够，以避免干扰和噪声。-确保高功率元器件与低功率元器件之间的距离足够，以避免高功率元器件对低功率元器件的影响。-确保信号线与电源线之间的距离足够，以避免信号线受到电源线的干扰。-确保信号线与地线之间的距离足够，以避免信号线受到地线的干扰。3.6.2热设计要求在进行电路设计时，热问题是一个非常重要的考虑因素。在进行布局时，需要注意以下几点：-确保高功率元器件的散热良好，以避免温度过高损坏元器件。-确保元器件之间的距离足够，以避免因散热不良导致相邻元器件温度升高。3.6.3基本布局具体要求在进行电路设计时，基本布局是一个非常重要的环节。在进行基本布局时，需要注意以下几点：-确保元器件之间的距离足够，以避免干扰和噪声。-确保高功率元器件与低功率元器件之间的距离足够，以避免高功率元器件对低功率元器件的影响。-确保信号线与电源线之间的距离足够，以避免信号线受到电源线的干扰。-确保信号线与地线之间的距离足够，以避免信号线受到地线的干扰。3.7布线要求在进行电路设计时，布线是一个非常重要的环节。良好的布线可以保证电路的性能稳定，减少干扰和噪声。在进行布线时，需要注意以下几点：3.7.1布线基本要求-确保布线路径尽可能短，以减少信号传输的延迟和损失。-确保布线路径尽可能直，以减少信号传输的干扰和噪声。-确保布线路径不会与其他元器件或线路发生冲突。3.7.2安规要求在进行电路设计时，安规问题是一个非常重要的考虑因素。在进行布线时，需要注意以下几点：-确保布线路径符合安全规范，以避免电击等安全问题。-确保布线路径符合EMC规范，以避免电磁干扰和辐射。3.8丝印要求在进行PCB板设计时，丝印是一个非常重要的环节。良好的丝印可以使PCB板更加易于识别和操作。在进行丝印设计时，需要注意以下几点：-确保丝印文字清晰可读，以方便识别和操作。-确保丝印文字与元器件的位置相对应，以避免混淆。-确保丝印文字与PCB板的颜色对比度足够，以提高可读性。3.9可测试性要求在进行PCB板设计时，可测试性是一个非常重要的考虑因素。良好的可测试性可以方便测试和维护。在进行PCB板设计时，需要注意以下几点：-确保PCB板的测试点数量足够，以方便测试和维护。-确保PCB板的测试点位置合理，以避免测试和维护的困难。-确保PCB板的测试点与元器件的位置相对应，以避免混淆。3.10结束语以上就是电路设计中的布局规范、布线要求、丝印要求和可测试性要求。在进行电路设计时，需要注意以上几点，以保证电路的性能稳定，减少干扰和噪声，方便测试和维护。PCB成板要求3.10.1成板尺寸、外形要求PCB成板尺寸和外形必须符合设计要求，并且应该在成品尺寸范围内加工。在成品尺寸范围内，PCB的边缘应该平整，没有毛刺或者裂口。如果有特殊要求，应该在设计阶段与PCB制造商协商确定。3.10.2固定孔、安装孔、过孔要求固定孔、安装孔、过孔的位置和尺寸必须符合设计要求，且应该在成品尺寸范围内加工。固定孔和安装孔的内径应该与使用的螺钉和插件相匹配。过孔的直径应该符合IPC-A-600F标准。过孔的位置和数量应该符合设计要求，且应该在电路板的边缘附近。PCB存档文件在PCB设计完成后，必须保存相关文件。这些文件应该包括PCB的原始设计文件、PCB的制造文件、PCB的组装文件、PCB的测试文件和PCB的BOM清单。这些文件应该按照规定的格式保存，并且应该能够在需要时进行访问和修改。概述1.1适用范围本规范适用于所有印制电路板的设计。如果之前的相关标准与本规范的规定相抵触，应以本规范为准。1.2参考标准或资料本规范参考了多个标准和资料，包括印制电路板设计和使用、印制电路板CAD工艺设计规范、PCB工艺设计规范、印制板设计、制造与组装术语与定义、印制板的验收条件、IEC60950安规标准和印制板一般检验方法。1.3目的本规范的主要目的是规定PCB设计的流程和设计原则，为PCB设计者提供必须遵循的规则和约定。同时，本规范旨在统一规范产品的PCB设计，规定PCB设计的相关工艺参数，提高PCB设计质量和设计效率，使得PCB的设计满足可生产性、可测试性、可靠性、安规、EMC、EMI等技术规范的要求，在产品设计过程中构建产品的工艺、技术、质量、成本优势，提高竞争力。2.PCB设计任务的受理和计划2.1PCB设计任务的受理当硬件项目人员需要进行PCB设计时，需要提供以下资料：-经过评审的、完全正确的原理图，包括纸面文件和电子件；-正式的BOM表；-PCB结构图，应标明外形尺寸、安装孔大小及定位尺寸、接插件定位尺寸、禁止布线区等相关尺寸；-对于新器件，需要提供厂家产品规格书或封装资料。以上资料必须保证正确性，如有设计更改，设计师应及时通知PCB设计人员，并将相应的更改资料发放。2.2理解设计要求并制定设计计划在进行PCB设计之前，需要仔细审读原理图，理解电路的工作条件，如模拟电路的工作频率、数字电路工作速度等与布线要求相关的要素，以及电路的基本功能在系统中的作用等相关问题。在与原理图设计者充分交流的基础上，确认板上的关键网络，如电源、时钟、高速总线等，了解其布线要求，并理解板上的高速器件及其布线要求。同时，对原理图进行规范性审查，并明确指出原理图中不符合硬件原理图设计规范的地方，并积极协助原理图设计者进行修改。在PCB设计之前需了解项目的进度，根据进度要求制定PCB设计的计划，以期在规定时间之内完成。3.规范内容3.1基本术语定义以下是PCB设计中常用的基本术语定义：-PCB（PrintcircuitBoard）：印刷电路板；-原理图：电路原理图，用原理图设计工具绘制的、表达硬件电路中各种器件之间的连接关系的图；-网络表：由原理图设计工具自动生成的、表达元器件电气连接关系的文本文件，一般包含元器件封装、网络列表和属性定义等组成部分；-布局：PCB设计过程中，按照设计要求，把元器件放置到板上的过程；-导通孔（via）：一种用于内层连接的金属化孔，但其中并不用于插入元件引线或其他增强材料；-盲孔（Blindvia）：从印制板内仅延展到一个表层的导通孔；-埋孔（Buriedvia）：未延伸到印制板表面的一种导通孔；-过孔（Throughvia）：从印制板的一个表层延展到另一个表层的导通孔；-元件孔（Componenthole）：用于元件端子固定于印制板及导电图形电气联接的孔；-Standoff：表面贴器件的本体底部到引脚底部的垂直距离。3.2PCB板材要求PCB板材应符合以下要求：-板材应具有良好的机械性能和电学性能；-板材应具有良好的耐热性和耐腐蚀性；-板材应具有良好的尺寸稳定性和表面平整度；-板材应具有良好的可焊性和可塑性；-板材应符合相关标准和规范要求。材料方面，可选用单面板22F、FR-1、CEM-1等基本材料，双面板可选用FR-4、CEM-4等，具体选择应根据实际情况和符合IEC60249-2-X的相关要求，阻燃特性应符合IEC60707或UL94的相关要求。基板厚度应为1.6mm±0.2mm，铜箔厚度为35µm+6/-2µm。在成板处理方面，应在所有焊盘上涂覆有机可焊性防氧化剂（OSP），厚度为0.4µm±0.2µm。包装方式为真空包装，拼版应按照生产工艺要求制作。阻焊漆应符合IPC-SM-840C三级，厚度应≥10µm，颜色应为无色或绿色。构件装配印刷颜色应为黑色。机械尺寸和公差应依据图中mechanical4层，公差应≤±0.2mm。质量要求应符合IPC-A-600G二级，板材弯曲度（装配完成之后）应≤1%。焊后可存储时间应≥6个月，最大离子污染应为1.56µg/cm²(10µg/in²)，符合IPC-6012A,IPC-TM-6502.3.25C&2.3.25.1。正常测试应符合IEC60410的要求，可接收质量等级为主要缺陷AQL0.040，轻微缺陷AQL0.065。在元件库制作方面，原理图元件库的元件应基于实际元器件，所有标示应简明清晰，逻辑上电气特性应与实际元器件相符。元件引脚序号应与封装库相应元件引脚序号保持一一对应。分立元件如多组绕组电感应注意主次绕组和同名端的标示及引脚序号对应关系。两脚有极性元件如二极管，默认以“1”代表正极，“2”代表负极。多脚元件如晶体管、芯片等，引脚必须与封装引脚序号保持对应关系，芯片引脚序号为逆时针逻辑。元件引线引脚长度应为5个单位。在PCB封装库管理方面，PCB元件库器件的封装应与元器件实物外形轮廓、引脚间距、通孔直径等相符合，封装库元件引脚应与原理图相应元件引脚序号保持一一对应。新建元器件封装应依据元器件产品规格书的相关参数制作，公差范围应在规格书公差范围的基础上适当调整，但要本着实际应用的原则，在元件库中以mm为单位画图，封装丝印各单方向比外型大0.2mm。插装器件的管脚应与通孔公差配合良好，通孔直径应大于管脚直径8-20mil。为确保透锡良好，公差可适当增加。元件的孔径应形成序列化，40mil以上按5mil递加，40mil以下按4mil递减。在PCB设计中，应注意元器件引脚直径与焊盘孔径的对应关系，以及二次电源插针焊脚与通孔回流焊的焊盘孔径对应关系。引脚直径小于等于1.0mm的元器件，PCB焊盘孔径应比引脚直径大0.3mm；引脚直径在1.0-2.0mm之间的元器件，PCB焊盘孔径应比引脚直径大0.4mm；引脚直径大于2.0mm的元器件，PCB焊盘孔径应比引脚直径大0.5mm。在PCB设计中，新器件的元件封装库存应确定无误。对于尚无封装库的器件，应根据器件资料建立打捞的元件封装库，并保证丝印库存与实物相符合。特别是对于新建立的电磁元件、自制结构件等的元件库存，应确保其与元件的资料（承认书、图纸）相符合。此外，新器件应建立能够满足不同工艺（回流焊、波峰焊、通孔回流焊）要求的元件库。需要过波峰焊的SMT器件要求使用表面贴波峰焊盘库。在设计轴向器件和跳线时，应尽量减少引脚间距的种类，以减少器件的成型和安装工具。对于不同PIN间距的兼容器件，应有单独的焊盘孔。特别是对于封装兼容的继电器的各兼容焊盘之间，要连线。在设计测量用的跳线时，锰铜丝等作为焊盘要做成非金属化。若是金属化焊盘，那么焊接后，焊盘内的那段电阻将被短路，电阻的有效长度将变小而且不一致，从而导致测试结果不准确。此外，不能用表贴器件作为手工焊的调测器件，表贴器件在手工焊接时容易受热冲击坏。除非实验验证没有问题，否则不能选用和PCB热膨胀系数差别太大的无引脚表贴器件，这容易引起焊盘拉脱现象。同样的，除非实验验证没有问题，否则不能选非表贴器件作为表贴器件使用。因为这样可能需要手焊接，效率和可靠性都会很低。在设计多层PCB时，侧面局部镀铜作为用于焊接的引脚时，必须保证每层均有铜箔相连，以增加镀铜的附着强度。同时要进行实验验证，否则双面板不能采用侧面镀铜作为焊接引脚。原理图的布局应当整体清晰，遵循主信号流向规律，并将完成相同功能的拓扑结构摆放在一起，符合原理图规范。若线路较复杂，可使用网络节点进行电气连接，但必须标示清晰，所有元件及标示应采用国际标准符号，非标准符号应注明其含义。对于较复杂的原理图，如果不能在一张原理图上绘制，则应采用块图或母-子图的方法，但必须保证逻辑上的正确性。主功率回路线及大电流线应加粗表示，其他小信号线为细线。在原理图中，有电气连接的导线不可弯曲，以垂直或平行为准，应尽量减少大幅度的跨接，没有逻辑连接的不可有电气节点。完成相同功能的元器件应摆放在一起，元器件的整体摆放应对齐、方向一致，字符位号要保持与对应元器件最近距离，整齐划一，方向一致，以达到读图时美观、拓扑结构清晰、电气逻辑规范的效果。默认数字地符号为“GND”，模拟功率地符号为“AGND”，地线（大地）符号为“DGND”。原理图要绘制在标准模板框中，模板框应包含所填写项：所适用的产品型号、PCB板型号、版本号、更改纪录、绘制、审核、批准者、日期等。有极性的器件应标识正确、清楚、易识别，电感的同名端要标识正确、清楚，同一原理图上的电感的同名端标识要统一。同一器件在同一原理图上不可有其他符合表示。多脚器件要将每一脚标识清晰，8脚芯片可采用如右标识：分立器件的每个分部分要逻辑组合正确，且标明序号。器件的编号要据拓扑结构进行编号，组合完成同一电气功能的器件要编号相近。贴片器件可在位号后加字母后缀的方法，如R1A，既可使编号位数最少，又能更易区分逻辑功能相同的器件。在PCB设计前的准备中，需要创建网络表，这是原理图与PCB的接口文件。PCB设计人员应根据所用的原理图和PCB设计工具的特性，选用正确的网络表格式，创建符合要求的网络表。创建网络表的过程中，应根据原理图设计工具的特性，积极协助原理图设计者排除错误，保证网络表的正确性和完整性。同时，需要确定器件的封装（PCBFOOTPRINT）。在创建PCB板时，应根据单板结构图或对应的标准板框，确定尺寸，创建PCB设计文件。注意正确选定单板坐标原点的位置，原点的设置原则。板框四周倒圆角，倒角半径为5mm，特殊情况应参考结构设计要求。安装高热器件时，应考虑是否需要带散热器，并选择易于操作和焊接的安装方式。当元器件的发热密度超过0.4W/cm3时，单靠元器件的引线腿及元器件本身不足充分散热，应采用散热网、汇流条等措施来提高过电流能力。汇流条的支脚应采用多点连接，并尽可能采用铆接后过波峰焊或直接过波峰焊接，以利于装配和焊接。对于较长的汇流条的使用，应考虑过波峰时受热汇流条与PCB热膨胀系数不匹配造成的PCB变形。为了保证搪锡易于操作，锡道宽度应不大于等于2.0mm，锡道边缘间距大于1.5mm。在PCB的整体布局中，应按照信号流程安排各个功能电路单元的位置，使整体布局便于信号流通，并保持信号一致方向。各功能单元电路的布局应以主要元件为中心，来围绕这个中心进行布局。元器件的摆放不应重叠，不应影响其他元器件的插拔和贴焊，并符合限高要求。有极性元器件的摆放方向要尽可能一致，同一板上最多允许两种朝向。元器件的外侧距过板轨道接触的两个板边应大于等于5mm，以保证制成板过波峰焊或回流焊时，传送轨道的卡抓不碰到元件。安装孔的禁布区内不应有元器件和走线，金属壳体器件和金属件与其他器件的距离应满足安规要求。对于采用通孔回流焊器件布局的要求，非传送边尺寸大于300mm的PCB中，较重的器件应尽量不要布置在PCB的中间，以减轻由于插装器件的重量在焊接过程对PCB变形的影响，以及插装过程对板上已经贴放的器件的影响。为方便插装，器件推荐布置在靠近插装操作侧的位置。尺寸较长的器件（如内存条插座等）长度方向推荐与传送方向一致。通孔回流焊器件焊盘边缘与pitch≦0.65mm的QFP、SOP、连接器及所有的BGA的丝印之间的距离应大于10mm，与其他SMT器件间距离应大于2mm。为了减少电磁干扰，相邻布线层的信号线走向应取垂直方向。如果需要更多的阻抗控制层，需要与PCB生产厂家协商，并按要求标注清楚。对于单板的密度越高，倾向于使用更细的线宽和更窄的间隙；当信号的平均电流较大时，应考虑布线宽度所能承载的电流；线间距的设置应考虑其介电强度。在布线时，应优先考虑关键信号线，如电源、模拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等。从单板上连接关系最复杂的器件着手布线，从单板上连线最密集的区域开始布线。在自动布线前，应完成自动布线控制文件的定义。电源走线和地线走线之间的EMC环境较差，应避免布置对干扰敏感的信号。地线的线宽应大于电源线和信号线，具体宽度可在容许的安全距离范围内处理。接地系统的结构由系统地、屏蔽地、数字地和模拟地构成，数字地和模拟地要分开，即分别与电源地相连。在地平面分割时，要考虑到地平面与重要信号走线