电子产品PCB设计经验谈

柯瑞焜

摘要：本文从PCB布局布线、抗干扰措施、散热设计和生产制造工艺四个方面详细介绍了本人九年来在电子产品PCB设计中积累的经验。牢固掌握这些源于实践的经验，可以规避很多PCB设计误区，少走弯路，有利于提高电子产品PCB设计效率和产品质量。

关键词：电子产品;PCB设计

引言：

近年来由于全球经济不景气，企业利润下滑生存艰难，企业转型升级加速，作为电子产品开发人员明显感觉到了产品开发周期缩短和开发效率提升的强烈需求。而PCB设计是电子产品开发的核心，搞好PCB设计是提升产品开发效率和产品质量的关键。

1.PCB布局布线

1.1准备工作

在开始PCB布局布线之前，需要做好原理图设计和元器件设置工作。画好详细完整的电路原理图，要检查校对电路的连接正确性，因为一般原理性的错误EDA软件很难检查出来的。确认连接无误后再确定电路中各个元件的参数值、元件的功率、外形尺寸和封装形式，对于元器件的封装选择要与电子产品的结构设计结合起来，如果结构设计很紧凑，留给PCB的尺寸较小，那么元器件的封装就要用小型贴片，比如电阻电容用0603、0402等小封装，反之可以用大些的0805、1206等封装。对于特殊的元器件，以Protel99为例要做好相应的原理图和PCB元器件库元器件封装，做好名称统一，并设置到原理图中元器件属性中，以备后续直接调用。

1.2PCB布局

PCB布局前先要确定PCB尺寸，PCB大小一般要与结构设计匹配，整体大小要合适。PCB尺寸过大，印制线连接过长，阻抗增加,抗噪能力下降,成本上升，没有必要，应裁掉多余的部分；PCB尺寸过小,元件散热不好,元件安装困难,且印制线之间的距离过近容易受干扰，所以要配合结构设计尽可能地加宽PCB尺寸。

1.3PCB布线

PCB布线主要遵守下面几条规则：

(1)PCB的导线宽度与通过导线的电流值、铜箔厚度及铜箔与基板粘附强度有关,一般来说若铜箔厚度为0.05,线宽为1mm～1.5mm的导线大致可通过2A电流；数字电路或集成电路线宽大约为0.2mm～0.3mm。

(2)导线之间最小宽度与线间绝缘电阻及击穿电压有关,对环氧树脂基板线间宽度可小一些,数字电路和IC的导线间距一般可取到0.5mm～0.8mm。

(3)对数字信号和高频模拟信号由于其中存在谐波,故印制导线拐弯处不要设计成直角或夹角,要设计成圆弧形以防辐射，反馈耦合。若必须避免相邻平行,那么必在中间加地线。

(5)对PCB上的大面积铜箔,为防变形可设计成网格形状。

(6)若元件管脚插孔直径为d,焊盘外径为d+1.2mm。

(7)PCB地线设计，地线结构由系统地、屏蔽地、数字地和模拟地构成。尽量加粗地线,以可通过三倍的允许电流；将接地线构成闭合回路,这不仅可抗噪声干扰,而且还缩小不必要的电位差；数字地模拟地要分开,即分别与电源地相连。

(8)PCB上应有适应SMT生产的定位孔、工艺边和Mark点，定位孔和工艺边方便夹持，PCBMark点方便纠正PCB制作过程中产生的误差及保证贴装精度。

2.抗干扰措施

系统抗干扰主要的做法是从抑制干扰源、消除干扰的传播路径和提高敏感器件的抗干扰性能三方面入手处理。

2.1抑制干扰源

抑制干扰源最重要的原则是尽可能的减小干扰源的du/dt,di/dt。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。

2.2消除干扰的传播路径

按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同,可以通过在导线上增加滤波器或加隔离光耦的方法切断高频干扰噪声的传播。辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。常用解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离,用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽罩。

2.3提高敏感器件的抗干扰性能

提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件考虑尽量减少对干扰噪声的拾取,以及从不正常状态尽快恢复的方法。

3.散热设计

随着电子产品的高密度安装和处理器频率的上升，发热问题是电子设备中的共同问题，它不仅关系到机器的误动作，还影响到产品的最终品质和价格。常用的散热方法有用风扇或者散热器，或者箱体构造等。

4.生产制造工艺

PCB设计除了做好上面的工作，还要满足PCB板制造厂的可行性制造标准，以及结合基板焊接方式在元器件摆放和拼板方式上也要做出相应的调整。同时也要考虑成本节省的问题，积极与下游基板制造厂沟通取得既满足设计要求又节约成本的最佳的设计方案。以下主要讲一下单面板最低制程和焊接工艺要求。

4.1单面板最低制程

近年随便人工劳动成本增加，电子产品成本上升明显，降低成本需求强劲。控制成本单面PCB板成了最佳选择，但仍需要满足线路板产家的最低制程能力。比如22F材质单面PCB，产家反馈的最低制程标准：线宽0.4mm、PAD到线0.5mm、线到线0.4mm、丝印字高1mm。

4.2焊接工艺要求

下面具体讲一下波峰焊（DIP）、回流焊（Reflow）和部分过DIP部分Reflow焊接工艺的注意事项：

（1）DIP面的元器件摆放注意点：在布线之前就考虑是否该面的元器件都满足波峰焊条件，条件满足时要确保焊盘经过波峰的时候可以与管脚进行电气连通，不可随意摆放以免元器件的本体阻碍焊接。同时确定元器件的摆放方向。另外，当基板过波峰焊时可适当的增加导流区域，防止连焊。而且更应充分结合机构数据先做拼板设计，协调元器件的摆放，最终确认构想之后，再动手配置配线。避免由于前期考虑不充分导致的后期的各种不便。提高设计完成度。

（2）回流焊（Reflow）的优点在于精度高，非常适合如小型贴片元器件、DSP等等精密元器件的焊接。对设计者可行性制造经验积累的要求相对低，产品良率高。缺点是成本较波峰焊会高。适合于当今越来越小型化的电子产品的设计要求，是目前的主流。

（3）部分过DIP部分Reflow的焊接方式的做法是将基板上除了部分DIP的其他部分遮盖起来，再过DIP。之后，剩余的部分再Reflow。这种焊接方式，在部分波峰焊（DIP）的区域的元器件配置、摆放方向也都是有讲究的，具体参考前两点内容。

5.结束语

本文从PCB布局布线、抗干扰措施、散热设计和生产制造工艺四个方面详细介绍了本人九年来在电子产品PCB设计中积累的经验。牢固掌握这些源于实践的经验，可以规避很多PCB设计误区，少走弯路，有利于提高电子产品PCB设计效率和产品质量。

参考文献：

[1]来清民,马涛.PCB设计经验浅谈[J].河南教育学院学报(自然科学版)2001(12)

[2]王芳.提高印制电路板的抗干扰能力及电磁兼容的措施[J].信息技术2009(07)

[3]王炳强.家电产品的散热设计[J].消费电子2014(04)