PCB設(shè)計中的有效PCB布線寬度和間距

成為 PCB 設(shè)計師的優(yōu)勢之一是您可以在 PCB 布局中進行布線。 電路板上的布線可能是一個非常有意義的成果，但是隨著設(shè)計規(guī)模和復雜度的增加，它也會變得非常復雜。

在當今的 PCB 布局中，每個網(wǎng)絡(luò)可能具有不同且獨特的布線特性，必須應(yīng)用這些特性才能使其按設(shè)計運行。 除了可以布線的特定區(qū)域或?qū)又?，還必須管理不同的 PCB 布線寬度和間距規(guī)則。

這些是當今設(shè)計人員在對電路板進行布線時面臨的一些挑戰(zhàn)，以及一些可用于根據(jù)所需規(guī)則和約束成功布線的方法。

當今PCB布線技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)

曾經(jīng)，在印刷電路板上布線是一個相當簡單的過程。 您的布線已分配默認寬度和間距，但必須加寬連接過孔的電源和地線連接的寬度。 可能需要的任何其他布線寬度都是最小的，并且可以通過在布線期間手動更改布線寬度來輕松處理。 但隨著線路板技術(shù)的發(fā)展，對線寬和線間距的要求也越來越復雜。

現(xiàn)在，在任何給定的板上，您可能會看到以下部分或全部內(nèi)容：

具有指定寬度和間距的可控阻抗布線。 敏感的高速布線需要與其他間距較大的布線隔離。 模擬路由可能有不同的默認寬度間距要求。 電源和接地連接需要更寬的布線。 根據(jù)電路的不同，電源可能有多種布線寬度。 應(yīng)在模擬和數(shù)字路由之間保留額外的空間以將它們相互隔離。

除了這些基于電路功能的布線寬度和間距要求外，可能還有不同的寬度和間距要求，具體取決于它們的位置。 其中一些如下：

連接器可能需要網(wǎng)絡(luò)使用更小的布線寬度以在間距非常小的引腳之間蜿蜒。 四方扁平封裝 (QFP) 或小外形封裝 (SOP) 等細間距元件可能需要減小逃逸布線的布線寬度。 球柵陣列 (BGA) 可能還需要減小布線寬度以包裹封裝的引腳和過孔。

PCB布線的另一部分是用于層與層之間過渡的過孔。 當線路板是用膠帶和手推車手工排線時，設(shè)計者只需要拿起Exacto刀修整過孔墊就可以擠出走線。 然而，在今天的PCB設(shè)計CAD系統(tǒng)中，需要一種更精確的方法。 設(shè)計人員將使用不同通孔類型和尺寸的陣列進行布線。

通孔分為三種：

通孔、盲孔、埋孔、微型

通孔是電路板設(shè)計中使用的標準通孔。 它們被機械鉆孔并貫穿整個電路板。 也可以機械鉆盲孔或埋孔，但它們只會部分穿過電路板，也可能在內(nèi)層開始和停止。 這些通孔需要更多的制造步驟，因為在將它們層壓在一起之前，必須對板層進行鉆孔和對齊。 微孔是用激光創(chuàng)建的，這使得它們比機械鉆孔小得多，而且它們通常只跨越電路板的兩層。 它們非常適合焊盤中的通孔應(yīng)用和需要更小布線和過孔的高密度互連 (HDI) 設(shè)計。

這些是設(shè)計人員在為復雜的印刷電路板布線時面臨的一些挑戰(zhàn)。 接下來，我們將更詳細地討論寬度和間距要求的一些具體示例。

PCB布線的寬度和間距會在很多方面影響電路板。 在決定使用什么寬度和間距值時，需要考慮以下四個方面：

1.電氣性能和信號完整性。

大多數(shù)電路板上的數(shù)字布線都會使用默認值作為布線寬度和間距，但有些網(wǎng)絡(luò)需要不同的尺寸。 例如，受控阻抗網(wǎng)絡(luò)將需要根據(jù)層堆棧的配置來計算其布線寬度。 敏感的高速路由可能需要大間距值以防止串擾和其他信號完整性問題。

根據(jù)電路的用途，模擬布線可能還需要獨特的布線寬度和間距。 在某些情況下，可以在窄窄的區(qū)域減小默認布線寬度，但必須注意不要將其擴展到整個電路板。 如果布線太細以至于在 PCB 制造過程中損壞，則可能會損壞整個電路板的信號完整性。

2.電源和地線。

用于布線電源和接地的布線需要更寬以傳導更大的電流。 如果痕跡太細，它們可能會變熱甚至燒穿。 為了散熱，電路板內(nèi)層的電源布線也需要比外層的電源布線更寬，因為暴露在空氣中會提供更多的冷卻。 對于電源電路中使用的布線，重要的是使它們盡可能短和寬，以處理電流并減少電路中的電感和噪聲。 重要的是增加承載大電流的導線的間距，以防止電源之間產(chǎn)生電弧。

3.電路板制造。

跡線越寬，制造越容易。 制造蝕刻工藝會對較長和孤立的走線產(chǎn)生較大影響，因此最好盡可能將它們加寬。 2000 萬運行將具有比 300 萬運行更大的金屬損失容限。 跡線寬度還取決于用于構(gòu)建電路板層的銅的重量。 如果這層板材由于電流要求較高而需要更大的銅重量，那么制造商可能無法在其上蝕刻出更細的布線寬度。

電路板組裝

走線太寬會影響PCB組裝時元器件焊接的難度。 用于電源和地網(wǎng)的寬布線也可能起到散熱器的作用，導致受熱不均和焊點不良。 在一個焊盤上連接大面積金屬和在另一個焊盤上連接較細導線的小型雙引腳零件可能會不平衡，因此最終會在回流焊期間拉起組件。 這種現(xiàn)象稱為“墓碑轟炸”，將迫使電路板進行人工返工修正。 BGA下的大量金屬也會導致焊接時出現(xiàn)問題，但由于板上BGA的尺寸，這些錯誤更難發(fā)現(xiàn)。

如果不保持正確的布線寬度和間距，所有潛在的問題都可能發(fā)生，因此 PCB 布局工程師需要他們所能獲得的所有幫助。 幸運的是，設(shè)計工具包含可以幫助您解決此問題的實用程序。

為電源網(wǎng)絡(luò)布線寬度設(shè)置設(shè)計規(guī)則和約束。

1.設(shè)計規(guī)則和約束。

正如我們所見，今天的 PCB 布局需要管理許多不同的布線寬度和間距。 這些將包括單個網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)組（總線）以及電源和接地網(wǎng)絡(luò)的寬度和間距分配。 此外，每次分配都需要使用正確的過孔，在某些情況下，可能有不止一組值必須分配給單個網(wǎng)絡(luò)或組。 PCB 設(shè)計工具通過使用設(shè)計規(guī)則和約束管理系統(tǒng)來處理此任務(wù)。

自PCB設(shè)計CAD工具誕生以來，可用的控制量是有限的，因此設(shè)計規(guī)則和約束有了長足的進步。 現(xiàn)在，有了上面顯示的約束管理系統(tǒng)，您可以使用電子表格樣式的界面來設(shè)置各種規(guī)則和約束。 如您所見，網(wǎng)絡(luò)被分配了不同的布線寬度。 如果想在這個菜單中向右滾動，也可以通過assignment等方式找到trace spacing的設(shè)置。

這種約束管理系統(tǒng)允許設(shè)計者完全控制他們設(shè)計的跟蹤路由規(guī)則。 此外，這些系統(tǒng)還將控制其他設(shè)計值，例如信號時序、元件間距以及焊膏和絲網(wǎng)印刷的可制造性設(shè)置。

今天的 CAD 工具不僅提供規(guī)則和約束管理，還提供更多的功能。 然而; 他們擁有范圍廣泛的布線工具，這也可以幫助設(shè)計人員提高效率。

讓您的 PCB 設(shè)計工具的所有功能發(fā)揮作用。

雖然PCB布局中會有很多網(wǎng)，而且這些網(wǎng)需要不同的布線方式，但您不再需要手動對所有這些網(wǎng)進行布線。 該設(shè)計工具將具有多個跟蹤路由功能，這可以提供幫助。 例如，以輪廓布線中的布線功能為例，它為設(shè)計人員提供了大量的布線輔助工具，例如：手動路由時向您顯示最佳頻道的視覺提示。 平視顯示器會在您選擇路線時跟蹤您的路線限制。 推、推、擁抱和滑動選項可幫助您手動路由。 涂鴉布線功能使您可以手動繪制路線，然后讓自動引擎重度布線。輪廓布線功能可幫助您創(chuàng)建任意角度的彎曲軌跡。 計時功能使您能夠在航路中添加和編輯跟蹤調(diào)整航段。 自動布線引擎可以通過扇出添加單個跡線，或完全布線整個電路板。 自動交互式路由用于手動組織和操作網(wǎng)絡(luò)捆綁，以最終確定自動路由器。輪廓布線功能，例如在焊盤和走線的交界處添加光跡進行清潔或添加淚珠以增強可控性。 PCB加工廠對PCB設(shè)計的有效PCB走線寬度和間距進行了講解和分析。