DFM的第一步:PCB電路板布線(xiàn)的可靠性設計
印制導線(xiàn)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(xiàn)的寬度由導線(xiàn)的負載電流,允許溫升和銅箔的附著(zhù)力決定。導線(xiàn)的寬度和厚度決定導線(xiàn)的截面積,導線(xiàn)的截面積越大,載流量就越大,但是電流流過(guò)導線(xiàn)會(huì )產(chǎn)生熱量并引起導線(xiàn)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(xiàn)附著(zhù)在絕緣基材上,過(guò)高的溫度會(huì )影響導線(xiàn)對基材的附著(zhù)力,所以設計導線(xiàn)寬度時(shí)應考慮在選定銅箔厚度的基材基礎上,在導線(xiàn)需要的負載電流、導線(xiàn)允許的溫升和銅箔的附著(zhù)力都能滿(mǎn)足要求的情況下確定印制導線(xiàn)的寬度。比如對于導線(xiàn)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(shí),溫升一般不會(huì )超過(guò)10℃。由于SMT印制板和高密度的信號導線(xiàn)其負載電流很小,導線(xiàn)寬度可以達到0.1mm,但導線(xiàn)越細其加工難度就越大,負載電流能力也越小。所以在布線(xiàn)空間允許的情況下,應適當選擇寬一些的導線(xiàn),一般接地線(xiàn)和電源線(xiàn)應設計得較寬,這樣既有利于降低導線(xiàn)的溫升,又有利于制造。
印制導線(xiàn)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(xiàn)間的絕緣電阻是由導線(xiàn)間距、相鄰導線(xiàn)平行段的長(cháng)度、絕緣介質(zhì)(包括基材和空氣)、印制板的加工工藝質(zhì)量,溫度、濕度和表面的污染等因素所決定的。一般來(lái)說(shuō),絕緣電阻和耐電壓要求越高,其導線(xiàn)間距就應適當加寬。當負載電流量較大時(shí),導線(xiàn)間見(jiàn)距小則不利于散熱,導線(xiàn)間距小的印制板溫升也比導線(xiàn)間距大的板高,所以在設計時(shí),對負載電流較大的導線(xiàn)和電位差較大的相鄰導線(xiàn),在布線(xiàn)空間允許的情況下,應適當加大導線(xiàn)間距,這樣既有利于制造,也有利于降低高頻信號線(xiàn)的相互干擾。一般地線(xiàn)、電源線(xiàn)的導線(xiàn)寬度和間距都大于信號線(xiàn)的寬度和間距??紤]到電磁兼容性要求,對高速信號傳輸線(xiàn)其相鄰導線(xiàn)邊緣間距應不小于信號線(xiàn)寬度的兩倍,這樣可以大大降低信號線(xiàn)的串擾,也有利于制造。
在設計印制電路板時(shí),應根據信號質(zhì)量,電流容量及PCB廠(chǎng)家的加工能力,選擇合適的走線(xiàn)寬度及走線(xiàn)間距,同時(shí)應考慮以下的工藝可靠性要求:
1.根據目前大多數pcb廠(chǎng)家的加工能力,一般要求線(xiàn)寬/線(xiàn)距不小于4mil;
2.走線(xiàn)拐彎處不允許有直角轉折點(diǎn);
3.為避免兩條信號線(xiàn)之間的串擾,平行走線(xiàn)時(shí)應拉開(kāi)兩線(xiàn)距離,最好采取垂直交叉方式或在兩條信號線(xiàn)之間加一條地線(xiàn);
4.板面布線(xiàn)應疏密得當,當疏密差別太大時(shí)應以網(wǎng)狀銅箔填充;
5.SMT焊盤(pán)引出的走線(xiàn),盡量垂直引出,避免斜向拉線(xiàn);
6.當從引腳寬度比走線(xiàn)細的SMT焊盤(pán)引線(xiàn)時(shí),走線(xiàn)不能從焊盤(pán)覆蓋,應從焊盤(pán)末端引線(xiàn)。
7.當密間距的SMT焊盤(pán)引線(xiàn)需要互聯(lián)時(shí),應在焊盤(pán)外部進(jìn)行連接,不允許在焊盤(pán)中間直接連接。
8.應盡可能避免在細間距元器件焊盤(pán)之間穿越連線(xiàn),確需在焊盤(pán)之間穿越連線(xiàn)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接觸的區域不允許有走線(xiàn),如散熱器和臥裝電壓調整器等金屬體不能與布線(xiàn)接觸,各種螺釘和鉚釘安裝孔的禁布區范圍內嚴禁布線(xiàn),以免造成短路隱患。