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      PCB設計公司為你講解PCB設計技巧

      作者:handler    發(fā)布時(shí)間:2019-09-17 13:41    瀏覽量:2490

      1、熟悉工廠(chǎng)制造流程

       

      很多PCB設計工程師只懂得畫(huà)板子、拉線(xiàn),對PCB生產(chǎn)步驟與化學(xué)處理工藝完全不了解,這并不令人驚訝。不過(guò)這種實(shí)作知識的缺乏,往往導致新手工程師做出不必要的較復雜設計決策。

       

      設計真的需要那么復雜嗎?難道不能用更大的網(wǎng)格來(lái)進(jìn)行布線(xiàn),從而降低電路板成本并提高可靠性?設計新手容易犯的其他錯誤,還有不必要的過(guò)小通孔尺寸以及盲孔(blind via)和埋孔(buried via)。那些先進(jìn)的通孔結構是PCB設計師的利器,但其有效性高度情境化(effectiveness),它們雖然是可用的工具,但并不表示一定要使用。

       

      PCB設計專(zhuān)家Bert Simonovich的一篇博客文章就談到了通孔尺寸比例的問(wèn)題:“長(cháng)寬比6:1的通孔,能確保你的電路板可以在任何地方生產(chǎn)?!睂τ诖蠖鄶翟O計來(lái)說(shuō),只要稍加思考和規劃,就可以避免那些高密度(HDI)特征并再次節省成本、提高設計的可制造性。

       

      那些超小尺寸或單端(dead-ended)通孔進(jìn)行鍍銅所要求的物理學(xué)和流體力學(xué)能力,并不是所有PCB代工廠(chǎng)都擅長(cháng)的。記住,只要有一個(gè)不良通孔就可以毀掉整片電路板;如果你的設計里有2萬(wàn)個(gè)通孔,那么你就有2萬(wàn)次失敗的機會(huì )。不必要地使用HDI通孔,失敗率立刻飆升。

       

      PCB設計公司

       

      2、電路圖能簡(jiǎn)化設計任務(wù)

       

      有時(shí)候只是設計一片簡(jiǎn)單電路板,畫(huà)電路圖(schematic)似乎是在浪費時(shí)間;特別是如果你已經(jīng)有過(guò)完成一、兩個(gè)設計的經(jīng)驗。但對于初次設計PCB的人來(lái)說(shuō),畫(huà)電路圖也會(huì )是個(gè)艱巨任務(wù)。跳過(guò)電路圖是新手和具備中等程度經(jīng)驗的設計工程師經(jīng)常采取的一種戰略,但請從一個(gè)可以做為參考的完整電路圖為起點(diǎn)來(lái)發(fā)展你的布線(xiàn),有助于確保你的布線(xiàn)連結能全部完成;以下是其理由:

       

      首先,電路圖是PCB電路的視覺(jué)呈現,能傳達多個(gè)層次的信息;電路的子區域分好幾頁(yè)詳細繪制,功能相對應的零組件能安排在鄰近的位置,無(wú)論其最終實(shí)體布局為何。其次,由于電路圖符號會(huì )標示每個(gè)零組件的每一支接腳,很容易檢查出未聯(lián)機的接腳;換句話(huà)說(shuō),無(wú)論描述電路的正式規則是否被遵循,電路圖有助于你快速以視覺(jué)判定,確保電路的完整。

       

      在設計PCB時(shí)如果有一個(gè)電路圖可做為基礎模板,能簡(jiǎn)化布線(xiàn)任務(wù)。利用電路圖符號來(lái)完成鏈接,同時(shí)你就在不需要反復思索那些連結的前提下克服了走線(xiàn)挑戰;最后你會(huì )因為抓到了在第一次修訂時(shí)遺漏的走線(xiàn)連結而節省了設計重做。

       

      電路圖能簡(jiǎn)化設計任務(wù)

       

       

      3、使用自動(dòng)布線(xiàn)器但勿依賴(lài)

       

      大多數專(zhuān)業(yè)級PCB CAD工具都有自動(dòng)布線(xiàn)器,不過(guò)除非你設計PCB很專(zhuān)業(yè),自動(dòng)布線(xiàn)器充其量只能被用來(lái)讓設計初步過(guò)關(guān);對PCB電路鏈接來(lái)說(shuō),自動(dòng)布線(xiàn)器并非一次點(diǎn)擊就能完成的解決方案,你仍然應該要知道如何以手工布線(xiàn)。

       

      自動(dòng)布線(xiàn)器是一種高度可配置的工具,為充分發(fā)揮它們的作用,每次任務(wù)都要對布線(xiàn)器參數進(jìn)行仔細、考慮周全的設置,甚至對單片PCB上的各個(gè)模塊都要個(gè)別考慮,總之就是沒(méi)有任何恰當的基本通用默認值。

       

      當你問(wèn)一個(gè)經(jīng)驗豐富的設計工程師:“哪種自動(dòng)布線(xiàn)器最好用?”他們會(huì )回答:“兩邊耳朵中間的的東西(眼睛);”而且他們是認真的。布線(xiàn)這個(gè)過(guò)程如同算法一般更像是一種藝術(shù),本身就是啟發(fā)式(heuristic)的,因此很類(lèi)似傳統的回溯算法(backtracking algorithm)。

       

      回溯算法很適合用來(lái)尋找解決方案,特別是迷宮或拼圖等路徑選擇受限的場(chǎng)合;但在一個(gè)開(kāi)放、不受限制的場(chǎng)合,例如預先放置了零組件的PCB,回溯算法就無(wú)法發(fā)揮尋找優(yōu)化解決方案的強項。除非自動(dòng)布線(xiàn)器的約束條件經(jīng)過(guò)工程師仔細微調,其布線(xiàn)成品還是需要人工檢查回溯算法結果中的弱點(diǎn)。

       

      走線(xiàn)尺寸是另一個(gè)問(wèn)題點(diǎn),自動(dòng)布線(xiàn)器無(wú)法百分之百確定你打算在一條走在線(xiàn)通過(guò)多大的電流,所以也不能幫你確定要用多寬的走線(xiàn);結果是大多數自動(dòng)布線(xiàn)器產(chǎn)生的走線(xiàn)寬度不符規格。

       

      當你考慮使用自動(dòng)布線(xiàn)器時(shí),先問(wèn)問(wèn)自己:“在我為板子設置好自動(dòng)布線(xiàn)器約束條件、甚至為電路圖上的每條走線(xiàn)都設置了約束條件之后,還有多少時(shí)間讓我用手工布線(xiàn)?”設計工程師老手會(huì )把大部份精力放在最初的零件布局上,幾乎整個(gè)設計時(shí)間的一半都致力于從以下三個(gè)方面優(yōu)化組件布局:

       

      ? 布線(xiàn)簡(jiǎn)化—盡量減少飛線(xiàn)(rat's nest,或譯鼠線(xiàn)、鼠跡網(wǎng))的交叉等等。

       

      ? 組件的近接—繞線(xiàn)越短越好。

       

      ? 信號時(shí)序(signal timing)考慮。

       

      老前輩們經(jīng)常使用混合方法來(lái)布線(xiàn)—用手工進(jìn)行關(guān)鍵布線(xiàn),固定它們的位置,然后以自動(dòng)布線(xiàn)器處理非關(guān)鍵走線(xiàn);設計中的自動(dòng)布線(xiàn)區域有助于管理在布線(xiàn)算法中的“失控(runaway)狀態(tài)”,這種方法有時(shí)能在手工布線(xiàn)的可掌控性與自動(dòng)布線(xiàn)的速度之間取得良好折衷。

       

      老前輩們經(jīng)常使用混合方法來(lái)布線(xiàn)—用手工進(jìn)行關(guān)鍵布線(xiàn),固定它們的位置,然后以自動(dòng)布線(xiàn)器處理非關(guān)鍵走線(xiàn);

       

      4、考慮電路板尺寸和電流

       

      大多數從事電子設計的人都知道,就像沿著(zhù)河道走的河流,流動(dòng)的電子也可能會(huì )遇到咽喉點(diǎn)和瓶頸;這一點(diǎn)被直接應用在車(chē)用保險絲(automotive fuse)的設計中。透過(guò)控制走線(xiàn)的厚度和形狀(U型彎曲、V型彎曲、S形等),保險絲可以經(jīng)過(guò)校準,在電流超載時(shí)熔斷于咽喉點(diǎn)。

       

      問(wèn)題是,設計工程師偶爾會(huì )在他們的PCB設計中遭遇類(lèi)似的電氣咽喉點(diǎn);舉例來(lái)說(shuō):在用兩個(gè)陡峭45度也可以的地方,使用90度彎角;當彎曲度大于90度時(shí),采用之字形狀。充 其量那些導線(xiàn)只會(huì )讓訊號傳播速度變慢;最糟糕的情況是它們會(huì )像汽車(chē)保險絲一樣在電阻點(diǎn)熔斷。

       

      考慮電路板尺寸和電流

       

      5、避開(kāi)裂片風(fēng)險

       

      裂片(sliver)是一種制造上的失誤,可透過(guò)適當的電路板設計獲得最佳管理(如圖1);為了理解裂片問(wèn)題,我們需要復習一下化學(xué)蝕刻工藝?;瘜W(xué)蝕刻是為了分解不需要的銅,但如果要蝕刻的部分特別長(cháng)、薄、呈片狀,那些形狀有時(shí)候會(huì )在完全被分解之前整塊剝離;這種裂片會(huì )飄浮在化學(xué)溶液中,有可能隨機落在另一片電路板上。

       

      圖1 在這個(gè)案例中,走線(xiàn)之間的窄屏蔽對電路基板來(lái)說(shuō)是安全的。

      圖1 在這個(gè)案例中,走線(xiàn)之間的窄屏蔽對電路基板來(lái)說(shuō)是安全的。

       

      同樣有可能發(fā)生的風(fēng)險是,裂片仍留在原來(lái)那片電路板上;如果裂片夠窄,酸液池可能會(huì )腐蝕掉下方足夠多的銅,使裂片部分剝離。于是裂片像旗子一樣黏著(zhù)電路板四處飄,最后還是免不了落到那片板子上導致其他走線(xiàn)短路。

       

      那么該去哪里尋找潛在的裂片?又如何避免裂片產(chǎn)生呢?在進(jìn)行PCB布線(xiàn)時(shí),最好避免留下非常窄的銅線(xiàn)區域(如圖2);這種區域通常是走線(xiàn)與焊墊間隙出現交叉、平面被填滿(mǎn)的情況造成(圖3)。將銅線(xiàn)的最小寬度設置為大于制造商允許的最小值,你的設計應該就不會(huì )有這方面的問(wèn)題。標準的最小蝕刻寬度是0.006英吋。

       

      圖2 一個(gè)非常狹窄的裂片風(fēng)險區域,例如圖中這個(gè)原始設計檔內的案例,在制造時(shí)可能不受控制地剝離,導致短路和良率問(wèn)題。

      圖2 一個(gè)非常狹窄的裂片風(fēng)險區域,例如圖中這個(gè)原始設計檔內的案例,在制造時(shí)可能不受控制地剝離,導致短路和良率問(wèn)題。

       

      圖3 在這個(gè)案例中,化學(xué)蝕刻會(huì )改變狹窄裂片填充的形狀/尺寸;裂片剝離時(shí)會(huì )產(chǎn)生意料不到的碎屑或漂浮物。

      圖3 在這個(gè)案例中,化學(xué)蝕刻會(huì )改變狹窄裂片填充的形狀/尺寸;裂片剝離時(shí)會(huì )產(chǎn)生意料不到的碎屑或漂浮物。

       

      6、關(guān)注DRC

       

      自動(dòng)布線(xiàn)器的設置通常是針對設計功能,而設計規則檢查器(Design Rule Checker,DRC)一般是用來(lái)擷取制造商的設計約束;雖然設置過(guò)程同樣繁瑣,跟自動(dòng)布線(xiàn)器比起來(lái)要好得多。大多數設計團隊最終都會(huì )建立一整套設計規則,目的是標準化裸板制作成本、最大化良率,并讓組裝、檢查和測試盡可能一致。

       

      除了有益于設計,這些設計規則——透過(guò)將設計維持在預定義的制造限制之內——也同樣有助于在采購部門(mén)建立一致性;如果電路板制造的價(jià)格是一致的,通常采購就能減少需要維護的特定PCB制造協(xié)議數量。

       

      為了解決所有這些問(wèn)題,許多PCB設計工具都內建了DRC——有些工具把它們叫做是“約束管理器 (constraint managers)”——當你在編輯時(shí),DRC會(huì )以互動(dòng)方式標記出設計違例;而一旦你針對選擇的制造商設置好DRC規則,就要準備好認真對待錯誤。

       

      DRC工具一般在設計上很保守,它們在報告可能的錯誤時(shí)也會(huì )犯錯,而必須由你來(lái)判定;要篩選幾百個(gè)“可能的”問(wèn)題會(huì )很繁瑣,但無(wú)論如何都得做。在這份問(wèn)題清單中可能隱藏著(zhù)你的第一次流片注定失敗的原因。除此之外,如果你的設計觸發(fā)大量的可能錯誤,代表你的走線(xiàn)方式需要改進(jìn)。

       

      擁有超過(guò)二十年豐富經(jīng)驗的Sunstone Circuits電路板設計工程師Dave Baker建議:“花點(diǎn)時(shí)間去了解并正確地設置布線(xiàn)工具提供的約束系統,并審閱所有層級的約束;約束工具可以是很強大且靈活的,但也會(huì )令人困惑和帶來(lái)危險。錯誤的約束很容易導致有缺陷或無(wú)法制造的電路板,約束設置中的錯誤很可能限制DRC或使其無(wú)法作用?!?/p>

       

      他舉例指出:“可能發(fā)生的情形是,每次DRC都通過(guò)了,但電路板仍然無(wú)法制造或沒(méi)有功能。我以前見(jiàn)過(guò)這種情形,本來(lái)設計團隊因為電路板通過(guò)了DRC檢查都很高興,結果首批產(chǎn)品一放上測試臺就冒煙;為了追蹤故障原因,團隊回到CAD工具的約束管理器;約束管理器沒(méi)有設計意識,它會(huì )讓你做任何事,無(wú)論事情多么糟糕?!?/p>

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