有效的PCB走線(xiàn)寬度和間距

2021-04-14

有效的PCB走線(xiàn)寬度和間距

多層電路板，顯示內部層上的布線(xiàn)。

成為PCB設計人員的優(yōu)點(diǎn)之一是可以在印刷電路板布局中布線(xiàn)。在Tetris或Candy Crush誕生之前很久，走線(xiàn)布線(xiàn)就為設計師帶來(lái)了獨特的難題，方法是解開(kāi)老鼠的網(wǎng)狀連接嵌套，以創(chuàng )建干凈的走線(xiàn)電路板。電路板上的布線(xiàn)走線(xiàn)可能是一項非常有意義的成就，但是隨著(zhù)設計的規模和復雜性的增加，它也會(huì )變得非常復雜。

在當今的PCB布局中，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )可能具有不同且獨特的布線(xiàn)特性，必須對其應用以使其按設計運行。除了可以布線(xiàn)的特定區域或可以布線(xiàn)的層之外，還必須管理不同的PCB走線(xiàn)寬度和間距規則。 

這是當今設計師在布線(xiàn)電路板時(shí)面臨的一些挑戰，以及可以用來(lái)根據所需規則和約束成功進(jìn)行布線(xiàn)的一些方法。

當今的PCB布線(xiàn)技術(shù)帶來(lái)的挑戰

一次，在印刷電路板上布線(xiàn)走線(xiàn)是相當簡(jiǎn)單的過(guò)程。您的走線(xiàn)都被分配了默認的寬度和間距，但連接過(guò)孔的電源和地線(xiàn)連接的寬度必須加寬?？赡苄枰娜魏纹渌呔€(xiàn)寬度都很少，并且可以通過(guò)在布線(xiàn)過(guò)程中手動(dòng)更改走線(xiàn)寬度來(lái)輕松處理。但是，隨著(zhù)電路板技術(shù)的發(fā)展，走線(xiàn)寬度和間距要求變得更加復雜。 

現在，在任何給定的板上，您可能會(huì )看到以下一些或全部：

具有指定寬度和間距的受控阻抗布線(xiàn)。

敏感的高速走線(xiàn)需要與其他具有較大間距的布線(xiàn)隔離。

模擬路由可能具有不同的默認寬度間距要求。

電源和接地連接，需要更寬的走線(xiàn)。

根據電路的不同，電源可能具有多種走線(xiàn)寬度。

模擬和數字路由之間要留出額外的間隔，以使它們彼此隔離。

除了基于電路功能的這些走線(xiàn)寬度和間距要求外，還可能存在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：

連接器可能要求網(wǎng)絡(luò )使用較小的走線(xiàn)寬度，以在間距很小的引腳之間蜿蜒行進(jìn)。

諸如四方扁平封裝（QFP）或小外形封裝（SOP）之類(lèi)的細間距部件可能需要減小走線(xiàn)寬度，以進(jìn)行逃生布線(xiàn)。

球柵陣列（BGA）可能還需要縮小的走線(xiàn)寬度，以繞進(jìn)封裝的引腳和過(guò)孔。

PCB布線(xiàn)的另一部分是用于在各層之間過(guò)渡的過(guò)孔。當以前用膠帶和手推車(chē)手動(dòng)布置電路板時(shí)，設計人員只需拿起Exacto刀并修整過(guò)孔焊盤(pán)即可擠壓走線(xiàn)。但是，在當今的PCB設計CAD系統中，需要一種更精確的方法。設計人員將使用不同通孔類(lèi)型和尺寸的陣列進(jìn)行布線(xiàn)。

通孔分為三種類(lèi)型：

通孔

盲人和埋葬

微

通孔是電路板設計中使用的標準通孔。它們是經(jīng)過(guò)機械鉆孔的，并且一直貫穿整個(gè)電路板。也可以通過(guò)機械方法鉆出盲孔或埋孔，但它只會(huì )部分穿過(guò)電路板，也可能在內部層上開(kāi)始和停止。這些通孔需要更多的制造步驟，因為在將板層壓在一起之前，必須對板的各個(gè)層對進(jìn)行鉆孔和對齊。微型通孔是用激光創(chuàng )建的，這使得它們可以比機械鉆孔小得多，并且它們通常僅跨越電路板的兩層。它們非常適合需要較小走線(xiàn)和過(guò)孔的焊盤(pán)中通孔應用和高密度互連（HDI）設計。

這些是設計師在布線(xiàn)復雜的印刷電路板時(shí)面臨的一些挑戰。接下來(lái)，我們將更詳細地討論寬度和間距要求的一些特定示例。

3D CAD層顯示電路板上的走線(xiàn)布線(xiàn)。

PCB走線(xiàn)寬度和間距示例

PCB走線(xiàn)的寬度和間距會(huì )在很多方面影響電路板。在決定使用什么寬度和間距值時(shí)，需要考慮以下四個(gè)方面：

電氣性能和信號完整性

電路板上的大多數數字布線(xiàn)都將使用默認值作為走線(xiàn)寬度和間距，但是某些網(wǎng)絡(luò )需要的尺寸不同。例如，受控阻抗網(wǎng)將需要根據板層堆疊的配置來(lái)計算其走線(xiàn)寬度。靈敏的高速走線(xiàn)可能需要較大的間距值，以防止串擾和其他信號完整性問(wèn)題。 

根據電路的目的，模擬布線(xiàn)可能還需要唯一的走線(xiàn)寬度和間距。在某些情況下，可以在狹窄且狹窄的區域中減小默認走線(xiàn)寬度，但是必須注意不要將其延伸到整個(gè)電路板上。如果走線(xiàn)如此之細，以至于在PCB制造過(guò)程中受到損害，那么整個(gè)電路板的信號完整性可能會(huì )受到損害。

電源和地面布線(xiàn)

用于布線(xiàn)電源和地面的走線(xiàn)需要更寬，以傳導更大的電流。如果痕跡太細，它們可能會(huì )變熱甚至燒穿。為了散熱，在電路板內層布線(xiàn)的電源走線(xiàn)也需要比在外層布線(xiàn)的電源走線(xiàn)寬，因為暴露在空氣中會(huì )提供更多的冷卻。對于電源電路中使用的走線(xiàn)，重要的是要使它們盡可能短和盡可能寬，以處理電流，并減少電路中的電感和噪聲。重要的是，增大承載較大電流的走線(xiàn)的間距，以防止電源之間產(chǎn)生電弧。

電路板制造

跡線(xiàn)越寬，制造越容易。制造蝕刻工藝將對較長(cháng)且隔離的跡線(xiàn)產(chǎn)生更大的影響，因此最好在可能的情況下使其更寬。20 mil的走線(xiàn)將比3 mil的走線(xiàn)具有更大的金屬損耗容限。跡線(xiàn)寬度還取決于用于構建電路板層的銅的重量。如果由于較高的電流要求，該板的該層需要更大的銅重量，那么制造商可能也無(wú)法在其上蝕刻更細的走線(xiàn)寬度。

電路板組裝

太寬的走線(xiàn)會(huì )影響在PCB組裝期間組件焊接的難易程度。用于電源和接地網(wǎng)的寬走線(xiàn)也可能充當散熱器，從而導致加熱不均勻和焊點(diǎn)不良。在一個(gè)焊盤(pán)上連接大面積金屬而在另一個(gè)焊盤(pán)上連接較細走線(xiàn)的小兩針零件可能不平衡，以至于在回流焊期間最終將組件拉起。這種現象被稱(chēng)為“墓碑轟炸”，將迫使電路板進(jìn)行人工返工以進(jìn)行校正。BGA下的大量金屬也會(huì )在焊接過(guò)程中引起問(wèn)題，但是由于板上BGA的尺寸，這些錯誤更難以發(fā)現。

如果不保持正確的走線(xiàn)寬度和間距，可能會(huì )發(fā)生所有潛在問(wèn)題，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，設計工具中包含實(shí)用程序，可以幫助您解決這一問(wèn)題。

針對電源網(wǎng)絡(luò )走線(xiàn)寬度設置了設計規則和約束。

設計規則和約束

如我們所見(jiàn)，當今印刷電路板的布局中需要管理許多不同的走線(xiàn)寬度和間距。這些將包括單個(gè)網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )組（總線(xiàn)）以及電源和地面網(wǎng)的寬度和間距分配。此外，在每個(gè)分配中都需要使用正確的過(guò)孔，并且在某些情況下，可能有不止一組值必須分配給單個(gè)網(wǎng)絡(luò )或組。PCB設計工具處理此任務(wù)的方式是使用設計規則和約束管理系統。

自PCB設計CAD工具誕生之初起，當時(shí)可用的控制量有限，因此設計規則和約束條件已經(jīng)取得了長(cháng)足的進(jìn)步?，F在，使用上面所示的約束管理系統，您可以使用電子表格樣式的界面來(lái)設置各種規則和約束。如您所見(jiàn)，為網(wǎng)絡(luò )分配了不同的走線(xiàn)寬度。如果要在此菜單中向右滾動(dòng)，還可以通過(guò)分配等方式找到跡線(xiàn)間距的設置。 

這樣的約束管理系統使設計人員可以完全控制其設計的跟蹤路由規則。此外，這些系統還將控制其他設計值，例如信號時(shí)序，組件間距以及焊膏和絲網(wǎng)印刷的可制造性設置。

當今的CAD工具不僅提供規則和約束管理，還提供了更多功能。然而; 他們擁有廣泛的路由工具，這些工具也可以幫助設計人員提高效率。

Cadence Allegro PCB編輯器中提供了一些不同的布線(xiàn)選項。

使您的PCB設計工具的全部功能發(fā)揮作用

盡管PCB布局中會(huì )有許多網(wǎng)，這些網(wǎng)需要不同的布線(xiàn)方式，但您不再需要親自手動(dòng)布線(xiàn)所有這些網(wǎng)。該設計工具將具有多種跟蹤路由功能，可以提供幫助。例如，以Cadence Allegro中的路由功能為例，該功能為設計人員提供了大量的路由輔助工具和工具，例如：

視覺(jué)提示，以在手動(dòng)路由時(shí)向您顯示最佳頻道。

平視顯示器將在您進(jìn)行布線(xiàn)時(shí)跟蹤您的布線(xiàn)約束。

推，推，擁抱和滑動(dòng)選項可幫助您進(jìn)行手動(dòng)布線(xiàn)。

亂涂亂畫(huà)路由功能，使您可以手動(dòng)勾畫(huà)出路線(xiàn)，然后讓自動(dòng)引擎來(lái)繁重地路由走線(xiàn)。

輪廓布線(xiàn)功能可幫助創(chuàng )建任何角度的彎曲軌跡。

定時(shí)功能，使您可以在路由中添加和編輯跟蹤調整段。

自動(dòng)布線(xiàn)引擎可通過(guò)扇出添加單個(gè)跡線(xiàn)，或將整個(gè)電路板完全布線(xiàn)。

自動(dòng)交互路由，用于手動(dòng)組織和操縱網(wǎng)絡(luò )捆綁，以便自動(dòng)路由器最終確定。

路由清理功能，例如上光跡線(xiàn)以進(jìn)行清理或在焊盤(pán)和跡線(xiàn)連接處添加淚滴以增強可制造性。