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印制板设计经验总结——低频PCB设计
低频印制板设计经验
一、PCB
板
1. 板材与板厚
印制线路板一般用覆箔层压板制成，常用的是覆铜箔层压板。板材选用时要从电气性能、可靠性、加工工艺要求、经济指标等方面考虑。常用的覆铜箔层压板有覆铜箔酚醛纸质层压板、覆铜箔环氧纸质层压板、覆铜箔环氧玻璃布层压板、覆铜箔环氧酚醛玻璃布层压板、覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板和多层印制线路板用环氧玻璃布等。由于环氧树脂与铜箔有极好的粘合力，因此铜箔的附着强度和工作温度较高，可以在260℃的熔锡中浸焊而不起泡。环氧树脂浸渍的玻璃布层压板受潮湿的影响较小。超高频印制线路最优良的板材是覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板。在有阻燃要求的电子设备上，还要使用阻燃性覆铜箔层压板，其原理是由绝缘纸或玻璃布浸渍了不燃或难燃性的树脂，使制得的覆铜箔酚醛纸质层压板、覆铜箔环氧纸质层压板、覆铜箔环氧玻璃布层压板、覆铜箔环氧酚醛玻璃布层压板，除了具有同类覆铜箔层压板的相拟性能以外，还有阻燃性。
印制线路板的厚度应根据印制板的功能及所装元件的重量、印制板插座规格、印制板的外形尺寸和所承受的机械负荷来决定。多层印制板总厚度及各层间厚度的分配应根据电气和结构性能的需要以及覆箔板的标准规格来选取。常见的印制线路板厚度有0.5mm、1mm、1.6mm、2mm等。 2. 尺寸
本公司贴片机能加工的PCB最大尺寸不超过330mm×250mm。 （钢网板最大不超过（450~550）mm×（570~670）mm） 3. 外形
由机壳、支架、支撑位等决定，为PCB板的最终形状，由结构设计工程师提供，不得更改。如需变动，须征得结构工程师同意。 4. 固定孔
孔位置：由支撑柱位置决定，由结构设计工程师提供，不得更改。
孔大小：由固定螺钉大小决定，由结构设计工程师提供参数。为便于安装，孔的直径一般比螺钉直径大0.2mm~0.5mm。实际尺寸根据PCB在安装时的定位精确度要求决定。
孔间隙：固定孔周围要给固定支架和螺钉头留一定空间用于固定印制板，在这个空间内不允许布线和放置任何元件。固定支架端面参数由结构设计工程师提供，螺钉头所需的空间尺寸为螺钉头的实际直径加上孔的放大尺寸再加上2mm(例如：用φ3的螺钉，螺钉头的直径为5mm，固定孔的直径为φ3.2，那么为螺钉头留的安装空间尺寸为7.2mm)，这样计算间隙大小使得安装比较安全。
孔类型：当支撑柱为金属，固定孔不要求接保护地时或用于与其它电路板的地相连时，将固定孔设计为非金属化孔，而且在“孔间隙”内不得铺铜。 当支撑柱为非金属时，固定孔可以设计为非金属化孔，也可以设计为金属化孔。如果固定孔为金属化孔，为避免波峰焊后孔被堵住，固定孔应开走锡位或采用梅花形，如图1、图2所示。梅花形固定孔中的小过孔不加阻焊，中间的大孔为非金属化孔。
SOL 0.3~0.5mm 要注明过 锡炉的方向
图1：开有走锡位的固定孔 图2：梅花形固定孔
作者：孙兰 时间: 2013-4-6
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5. 加工工艺要求
工艺边：PCB板上至少要有一对对边留有足够的传送带位置空间，即工艺边。PCB板加工时，通常用较长的对边作为工艺边，留给贴片设备的传送带用。在传送带范围内（工艺边上）不能有元器件、焊盘和引线，否则会影响PCB板的正常传送。工艺边的宽度不小于5mm（青松不小于3mm）。当PCB板的布局无法满足要求时，可以采用增加辅助边的方法。PCB测试阻抗工艺边大于7mm。 PCB板应做成圆弧角，直角的PCB板在传送时容易产生卡板现象，因此在设计PCB板时，要对板框做圆弧角处理，根据PCB板尺寸的大小确定圆弧角的半径（一般R=5mm）。拼板和加有辅助边的PCB板在辅助边上做圆弧角。
定位孔：为了保证印制板能准确、牢固地放置在焊锡膏印刷设备的夹具上，需要设置一对（或两对）非金属化的定位孔。定位孔的直径为5＋0.1mm（或其它尺寸，由焊锡膏印刷设备决定）。为了定位迅速，其中一个孔可以设计成椭圆形状。在定位孔周围1mm范围内不能有元件。不同的贴片机对定位孔的位置、数量、尺寸的要求不同。青松公司贴片机的工艺要求如图3所示。
大于3mm φ3×4 D=1mm 全局Mark点 位置不做 精确要求 工艺边≥3mm 图3：（青松）工艺边、定位孔和Mark点的位置
Mark点（基准点）：为了精确地贴装元器件，可根据需要设计用于整块ＰＣＢ的光学定位基准点（全局Mark点）、用于引脚数较多，引脚间距较小的单个器件的光学定位基准点（局部Mark点），如图4所示。若是拼板设计，则需要在每块单板上设计基准点（嵌板Mark点），如图5所示。
图4 局部/全局基准点 图5 拼板/全局基准点
在设计基准点标记时要考虑以下因素：
? 图形形状：■●▲╋等，推荐采用的基准点标记是实心圆，直径为0.5mm~3mm±10%，一般多
用直径为1mm的实心圆。
作者：孙兰 时间: 2013-4-6
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? 基准点标记不应该在同一块印制板上尺寸变化超过25微米[0.001″]。
0.3~0.5mm
图6：Mark点设计示例
2.5mm ? 基准点可以是裸铜、由清澈的防氧化涂层保护的裸铜、镀镍或镀锡、或焊锡涂层（热风均匀的）。
电镀或焊锡涂层的首选厚度为5~10微米[0.0002 - 0.0004″]。焊锡涂层不应该超过25微米[0.001″]。 ? 基准点标记的表面平整度应该在15微米[0.006″]之内。
? 在基准点标记周围，应该有一块没有其它电路特征或标记的空旷区（Clearance）。空旷区的尺寸
最好等于标记的直径，如图６所示。
? 基准点要距离印制板边缘至少5.0mm[0.200″](SMEMA的标准传输空隙)，并满足最小的基准点
空旷区要求。本公司要求基准点距印制板边缘的距离大于3.0mm
? 当基准点标记与印制板的基质材料之间出现高对比度时可达到最佳的性能。
二、 元器件布局 1. 元器件放置层面
回流焊几乎适用于所有贴装元件的焊接，波峰焊则只适用于焊接矩形片状元件、圆柱形元器件、SOT等和管脚数少于28、脚间距大于1mm的SOP器件。鉴于生产的可操作性，PCB整体布局尽可能按以下顺序优化：
? 单面混装，即在PCB单面布放贴片元件或插装元件。 ? 双面贴装，PCB两面均布放贴片元件。
? 双面混装，PCB Ａ面布放大的或管教间距小的贴装IC和插装元件，Ｂ面布放适合于波峰焊的
小贴片元件。
2. 元器件距板边的距离
可能的话所有元器件均放置在距板边缘3mm以内或至少大于板厚的距离以内。这是由于在大批量流水线插件和进行波峰焊时，要给导轨留出工艺边，同时也是为了防止由于外形加工引起边缘部分缺损。如果印制线路板上元器件过多，不得已要超出3mm范围时，可以在板的边缘加上3mm的辅助工艺边，辅边在印制线路板两面开V 形槽，在调试装配时用手掰断即可。
3. 元器件放置顺序
印制线路板上的元器件放置的通常顺序如下：
? 放置与结构位置有紧密配合的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类。这些器件放
置好后要将其锁定，使之以后不会被误移动。
? 放置特殊元件和大的元器件，如发热元件、变压器、IC 等。
作者：孙兰 时间: 2013-4-6
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? 放置小器件。
在进行元器件布局时要考虑以下几点：
? 元器件分布应尽可能均匀。大质量器件回流焊时热容量较大，因此，布局上过于集中容易造成
局部温度较低而导致假焊。
? 大型器件的四周要留一定的维修空隙（留出SMD返修设备加热头能够进行操作的尺寸）。功率
器件应均匀地放置在PCB边缘或机箱内的通风位置上。 ? PCB A、B两面的大器件要尽量错开放置。
? 采用A面回流焊，B面波焊混装时，应把大的贴装和插装元器件布放在A面（回流焊），适合
于波峰焊的矩形、圆柱形片式元件、SOT和较小的SOP（引脚数小于28，引脚间距1mm以上）布放在B面（波峰焊接面）。
? 波峰焊接面上不能安放四边有引脚的器件，如，QEP、PLCC等。
? 波峰焊接面上元器件封装必须能承受260度以上温度并是全密封型的。
? 贵重的元器件不要布放在PCB的角、边缘，或靠近接插件、安装孔、槽、拼板的切割、豁口和
拐角等处。以上这些位置是印制板的高应力区，容易造成焊点和元器件的开裂或裂纹。
在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则：
? 尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰
的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。
? 某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。
带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。 ? 重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定，然后焊接。
? 那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考
虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。
? 对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。
若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方，若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。
? 留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。
根据电路的功能单元．对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：
(1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。
(2)以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上．尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。
(3)在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观．而且装焊容易．易于批量生产。
(4)位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3：2成4：3。电路板面尺寸大于200x150mm时．应考虑电路板所受的机械强度。
2.波峰焊接元件的方向
? 所有有极性的表面贴装元件在可能的时候都要以相同的方向放置。
? 需要安装较重的元件时，应安排在靠近印制电路板支承点的地方，使印制电路板的
翘曲度减至最小。
作者：孙兰 时间: 2013-4-6
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