本文要點

基本 PCB 設計規范包括控制電流容量和阻抗，這是防止電弧和串擾的關鍵。

選擇適當的過孔類型，綜合考慮長寬比、覆蓋和塞孔，以確?？煽啃?。

選擇材料和層排列，提升信號完整性、熱性能和可制造性。

對于初級工程師和電路板設計新手而言，掌握 PCB 設計規范至關重要。本文將深入解析常見的 PCB 設計規范和制造商要求，并概括介紹 PCB 設計規范中的關鍵基礎知識。

線距和線寬是實現高效制造和出色性能的關鍵 PCB 設計規范

線寬和線距

線寬和線距會影響載流能力、阻抗和電路板密度。

線寬：決定走線在不產生過多熱量的情況下能夠安全承載的電流容量。電源線和地線較寬，信號線相對較窄。

線距：相鄰走線之間的距離必須能夠防止電弧和串擾，尤其在高頻設計中。

關鍵考慮因素：

電流要求：使用 IPC-2152 指南計算達到預期電流所需的適當線寬。

阻抗控制：對于高速信號，需要精確的線寬來維持特性阻抗。

制造限制：制造商對最小線寬線距有一定的工藝限制，標準工藝通常在 0.075 毫米（3 密耳）左右。

環形結構示意圖

環形

環形是 PCB 中電鍍過孔（過孔）周圍的銅環，用于確保各層之間可靠的電氣連接。

最小環形：為確保結構完整性和電氣可靠性，環形的最小允許寬度。

可制造性設計：需考慮鉆孔偏移和配準公差，防止鉆孔侵入焊盤邊緣，從而出現崩孔。

標準規范建議最小環形寬度為 0.05 毫米至 0.1 毫米，但具體數值可能會因制造能力和電路板要求而有所不同。

阻焊層間隙示意圖

阻焊層間隙

阻焊層是一種保護層，用于防止焊料橋接并保護銅走線免受外界環境的侵蝕。

阻焊層間隙是指在阻焊層與其周圍的焊盤或走線之間有意留出的間隙。

正間隙：暴露更多的焊盤區域，適用于手工焊接。

負間隙：覆蓋更多的焊盤，防止出現滲錫。

阻焊橋：緊密排列的焊盤之間的窄條阻焊層，用于防止細間距器件引腳之間出現短路。

關鍵設計點包括：

常規制造公差允許阻焊層相對于銅特征外擴 0.05 毫米至 0.075 毫米。

根據器件尺寸、器件類型以及組裝方式選擇阻焊層開口。

不同過孔類型示意圖

過孔設計和布局

過孔用于在不同的 PCB 層之間建立電氣連接。過孔類型包括：

通孔：從頂層延伸到底層。

盲孔：將外層連接到一個或多個內層。

埋孔：連接內層，但不接觸表層。

在選擇適當的過孔時，需要考慮以下因素：

厚徑比是指 PCB 板厚與過孔直徑的比值，會影響可制造性，建議采用較低的厚徑比 (<10:1)。

過孔覆蓋和塞孔是決定過孔功能的附加特征：

覆蓋：利用阻焊層覆蓋過孔，防止污染。

塞孔：用樹脂或導電材料填充過孔，以確保高密度設計的可靠性。

設計人員應指定符合電氣要求和制造能力的過孔尺寸和類型。

材料和層堆疊

選擇合適的材料和定義層堆疊，是確保電路板整體功能和可靠性的關鍵。

基板材料：一般采用 FR-4 材料，但高頻應用可選用 Rogers 等替代材料。

介電常數：影響信號速度和阻抗計算。

層數：由電路復雜性和布線密度決定。

設計規范應明確以下內容：

材料類型：如有需要，應標明阻燃等級和熱性能。

厚度：介電層和銅箔的厚度。

層疊順序：排列信號層、電源層和接地層，優化性能。

表面處理工藝

表面處理工藝的選擇會影響可焊性、使用壽命和成本。

HASL（Hot Air Solder Leveling，熱風焊錫整平）：成本較低，但表面不平整，不適用于細間距器件。

ENIG（Electroless Nickel Immersion Gold，化學鎳金）：表面平整，焊接性能優良，但成本較高。

OSP（Organic Solderability Preservative，有機可焊性保護層）：經濟高效，但使用壽命有限。

設計師應根據裝配要求和預算限制，選擇最合適的表面處理工藝。

走線厚度與寬度示意圖

銅厚度

銅厚度是指 PCB 的銅層厚度，通常以盎司/平方英尺 (oz/ft2) 為單位。標準厚度為 1 oz/ft2 (35 μm) 至 2 oz/ft2 (70 μm)，但可根據具體應用的載流要求指定其他值

電流容量：較厚的銅層能夠承載更大的電流，而不會積聚過多的熱量。

熱管理：增加銅厚度還可以提升電路板的散熱能力，有助于進行熱管理。

平面層間隙匯總圖

電源平面層與接地平面層間隙

平面層是覆銅區域，通常用于布置電源線和接地線，提供低電阻路徑并有效散熱。平面層間隙是指平面與其他未電連接的導電元件之間的間距，例如穿過平面的過孔。

電氣隔離：確保足夠的間隙，可防止不同網絡之間出現短路和電氣干擾。

制造公差：在 PCB 制造過程中，必須考慮蝕刻公差，避免形成意外連接。

法規遵從性：安全標準可能對最小間隙有明確要求，特別是在高壓應用中。

設計人員應根據電氣要求和制造能力設置間隙，通常在 0.2 毫米至 0.5 毫米之間，但可依據具體限制進行調整。

高級 PCB 設計規范

如果電路板需要高速或高功率器件，則應采用進一步的設計規范。

受控阻抗和信號完整性

在高速和高頻電路中，需要通過受控阻抗來維持信號完整性。有關更多詳細信息，請參閱我們的受控阻抗設計指南 。

走線幾何結構：線寬、厚度以及與參考平面的相對間距決定了阻抗。

介電材料堆疊配置：除了層排列之外，PCB 基板的屬性也會影響信號傳播。

設計規范應包括以下內容：

阻抗容差：通常為 ±10%，但在關鍵應用中，可能需要更嚴格的公差。

阻抗條：包含在設計中，用于驗證制造過程中的阻抗。

熱管理與熱風焊盤

有效的熱管理可確保電子器件的長期使用壽命和運行可靠性。

設置專用層或區域，用于散發高功率器件所產生的熱量

形成熱過孔陣列，將熱量傳導至內層或 PCB 的另一側。

可選用金屬芯 PCB 等高導熱性基板來提高散熱效果。

設計規范應明確熱管理要求，包括最高工作溫度和冷卻方法。熱風焊盤有助于焊接連接至大面積覆銅層（例如接地層或電源層）的大型器件或引腳。若未使用熱風焊盤，大面積覆銅層可能在組裝過程中充當散熱片，迅速吸收熱量，從而難以形成合適的焊點

熱風焊盤由連接焊盤與平面的細走線（輻條）組成，可有效減少傳導至覆銅層的熱量，從而確保焊盤在焊接過程中均勻升溫。

通過控制熱流，這些焊盤有助于確保器件的正確焊接，防止出現冷焊錫點，影響連接可靠性。

設計人員可以根據電路板和器件的熱特性，調整散熱輻條的數量和寬度。

使用熱風焊盤不僅提升焊接效果，還有助增強 PCB 的整體可靠性，尤其是在大面積覆銅層設計中。