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PCB优化设计

上世纪90年代中期由美国提出的,国外一般称为DFx。DFx是基于并行设计的思想,在产品首次设计时就考虑制造和测试过程中的工艺要求,并在设计阶段进行解决,从而实现设计到制造一次性成功的目标。优化设计应贯穿于整个设计过程,而非最终出图前。优化设计,包括可制造性设计 (;可测试/可分析设计;可组装设计(Design for Assembly, DFA);可环保设计; 为PCB可制造性设计;可周转性设计; 可靠性设计; 为成本而设计,国内一般都统称为可制造性设计。这种设计概念及设计方法可缩短产品投放市场的时间、降低制造成本、提高产量和产品质量。

PCB设计中的常见不良现象

  • • 导致设备无法贴装的原因:PCB缺少工艺边或工艺边设计不合理。
  • PCB缺少定位孔,定位孔位置不正确,设备不能准确、牢固的定位。
  • 缺少Mark点,Mark点设计不规范,造成机器识别困难。
  • 螺丝孔金属化,焊盘设计不合理。
  • PCB焊盘尺寸设计错误。
  • 焊盘上有过孔或焊盘与过孔距离太近。
  • 测试点过小,测试点放在元件下面或距离元件太近。
  • 丝印或阻焊在焊盘、测试点上,位号或极性标志缺失,位号颠倒,字符过大或过小等。
  • 元件之间的距离放置不规范,可维修性差。
  • IC焊盘设计不规范。
  • PCB拼板设计不合理。
  • 采用波峰焊接工艺的IC及Connector缺少导锡焊盘,导致焊接后短路。
  • 元件的排布不符合相应的工艺要求。

造成PCB设计不良的原因主要有以下几点:

  1. 由于设计人员对SMT工艺、设备及可制造性设计不熟悉;
  2. 企业缺乏相应的设计规范;
  3. 在产品的设计过程中没有工艺人员参与,缺乏DFM评审;
  4. 管理和制度方面的问题。

为了有效的解决这个问题,进行PCB优化设计是非常必要的。

元器件布局设计

元器件的布局是按照原理图的要求和元器件的封装,将元器件整齐、美观的排列在PCB上,满足工艺性、检测、维修等方面的要求,并符合电路功能和性能要求。进行元器件布局设计时要做到工艺流程最少,工艺性最佳。元器件布局设计的基本原则如下:

  • 元器件的排布均匀,尽可能做到同类元器件按相同的方向排列,相同功能的模块集中在一起布置;相同结构电路部分应尽可能采取对称布局。
  • 元器件布局遵照“先难后易,先大后小”的布置原则,即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局,其他元器件围绕它来进行布局。
  • 有相互连线的元器件应靠近排列,以保证走线距离最短,有利于提高布线密度。
  • 缩短高频元器件之间的连线,减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件应隔离或屏蔽。
  • 对于热敏感元器件(除温度检测元件),布线时应远离发热量大的元器件。发热元件一般应均匀分布,排布在通风、散热良好的位置,以利于单板和整机的散热。
  • 强信号和弱信号、高电压信号和弱电压信号要完全分开;模拟信号和数字信号分开;高频信号与低频信号分开;高频元器件的间隔要充分。
  • 热容量大的元器件排布不宜过于集中,以免局部温度低造成焊接不良。
  • 对于电位器、可调电感等可调元器件的布局应考虑整机的结构要求。若在机内调节,应放在PCB上方便于调节的地方;若在机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。
  • 元器件的排列要便于调试和维修,QFP、BGA、PLCC等器件周围要留有一定的维修空间。
  • 高大、贵重元器件不要放在PCB边缘或靠近插件、贴装孔、槽、V-CUT等高应力集中区,减少开裂或裂纹。
  • 要考虑插座、接头等元器件之间是否干涉,与结构设计是否矛盾。
  • 同类型的插装元器件在X或Y方向上应朝一个方向放置。同类型的有极性插装元器件尽量在X或Y方向上保持一致,便于生产和检验,同一块板最多允许2个方向。

PCB布线优化设计

布线是按照原理图和导线表布设PCB导线,布线优化设计的一般原则如下:

  1. 密度优先原则:从PCB上连接关系最复杂的器件着手布线,从PCB上连线最密集的区域开始布线。
  2. 核心优先原则:例如 DDR、RAM等核心部分应优先布线,类似信号传输线应提供专层、电源、地回路。其他次要信号要顾全整体,不可以和关键信号想抵触。
  3. 关键信号线优先原则:电源、模拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线。
  4. 布线层数选择原则:在满足使用要求的前提下,选择布线的顺序优先为单层布线,其次为双层布线,最后是多层布线。