PCB设计中的有效PCB布线宽度和间距

PCB设计中的有效PCB布线宽度和间距

成为 PCB 设计师的优势之一是您可以在 PCB 布局中进行布线。 电路板上的布线可能是一个非常有意义的成果，但是随着设计规模和复杂度的增加，它也会变得非常复杂。

在当今的 PCB 布局中，每个网络可能具有不同且独特的布线特性，必须应用这些特性才能使其按设计运行。 除了可以布线的特定区域或层之外，还必须管理不同的 PCB 布线宽度和间距规则。

这些是当今设计人员在对电路板进行布线时面临的一些挑战，以及一些可用于根据所需规则和约束成功布线的方法。

当今PCB布线技术带来的挑战

曾经，在印刷电路板上布线是一个相当简单的过程。 您的布线已分配默认宽度和间距，但必须加宽连接过孔的电源和地线连接的宽度。 可能需要的任何其他布线宽度都是最小的，并且可以通过在布线期间手动更改布线宽度来轻松处理。 但随着线路板技术的发展，对线宽和线间距的要求也越来越复杂。

现在，在任何给定的板上，您可能会看到以下部分或全部内容：

具有指定宽度和间距的可控阻抗布线。 敏感的高速布线需要与其他间距较大的布线隔离。 模拟路由可能有不同的默认宽度间距要求。 电源和接地连接需要更宽的布线。 根据电路的不同，电源可能有多种布线宽度。 应在模拟和数字路由之间保留额外的空间以将它们相互隔离。

除了这些基于电路功能的布线宽度和间距要求外，可能还有不同的宽度和间距要求，具体取决于它们的位置。 其中一些如下：

连接器可能需要网络使用更小的布线宽度以在间距非常小的引脚之间蜿蜒。 四方扁平封装 (QFP) 或小外形封装 (SOP) 等细间距元件可能需要减小逃逸布线的布线宽度。 球栅阵列 (BGA) 可能还需要减小布线宽度以包裹封装的引脚和过孔。

PCB布线的另一部分是用于层与层之间过渡的过孔。 当线路板是用胶带和手推车手工排线时，设计者只需要拿起Exacto刀修整过孔垫就可以挤出走线。 然而，在今天的PCB设计CAD系统中，需要一种更精确的方法。 设计人员将使用不同通孔类型和尺寸的阵列进行布线。

通孔分为三种：

通孔、盲孔、埋孔、微型

通孔是电路板设计中使用的标准通孔。 它们被机械钻孔并贯穿整个电路板。 也可以机械钻盲孔或埋孔，但它们只会部分穿过电路板，也可能在内层开始和停止。 这些通孔需要更多的制造步骤，因为在将它们层压在一起之前，必须对板层进行钻孔和对齐。 微孔是用激光创建的，这使得它们比机械钻孔小得多，而且它们通常只跨越电路板的两层。 它们非常适合焊盘中的通孔应用和需要更小布线和过孔的高密度互连 (HDI) 设计。

这些是设计人员在为复杂的印刷电路板布线时面临的一些挑战。 接下来，我们将更详细地讨论宽度和间距要求的一些具体示例。

PCB布线的宽度和间距会在很多方面影响电路板。 在决定使用什么宽度和间距值时，需要考虑以下四个方面：

1.电气性能和信号完整性。

大多数电路板上的数字布线都会使用默认值作为布线宽度和间距，但有些网络需要不同的尺寸。 例如，受控阻抗网络将需要根据层堆栈的配置来计算其布线宽度。 敏感的高速路由可能需要大间距值以防止串扰和其他信号完整性问题。

根据电路的用途，模拟布线可能还需要独特的布线宽度和间距。 在某些情况下，可以在窄窄的区域减小默认布线宽度，但必须注意不要将其扩展到整个电路板。 如果布线太细以至于在 PCB 制造过程中损坏，则可能会损坏整个电路板的信号完整性。

2.电源和地线。

用于布线电源和接地的布线需要更宽以传导更大的电流。 如果痕迹太细，它们可能会变热甚至烧穿。 为了散热，电路板内层的电源布线也需要比外层的电源布线更宽，因为暴露在空气中会提供更多的冷却。 对于电源电路中使用的布线，重要的是使它们尽可能短和宽，以处理电流并减少电路中的电感和噪声。 重要的是增加承载大电流的导线的间距，以防止电源之间产生电弧。

3.电路板制造。

迹线越宽，制造越容易。 制造蚀刻工艺会对较长和孤立的走线产生较大影响，因此最好尽可能将它们加宽。 2000 万运行将具有比 300 万运行更大的金属损失容限。 迹线宽度还取决于用于构建电路板层的铜的重量。 如果这层板材由于电流要求较高而需要更大的铜重量，那么制造商可能无法在其上蚀刻出更细的布线宽度。

电路板组装

走线太宽会影响PCB组装时元器件焊接的难度。 用于电源和地网的宽布线也可能起到散热器的作用，导致受热不均和焊点不良。 在一个焊盘上连接大面积金属和在另一个焊盘上连接较细导线的小型双引脚零件可能会不平衡，因此最终会在回流焊期间拉起组件。 这种现象称为“墓碑轰炸”，将迫使电路板进行人工返工修正。 BGA下的大量金属也会导致焊接时出现问题，但由于板上BGA的尺寸，这些错误更难发现。

如果不保持正确的布线宽度和间距，所有潜在的问题都可能发生，因此 PCB 布局工程师需要他们所能获得的所有帮助。 幸运的是，设计工具包含可以帮助您解决此问题的实用程序。

为电源网络布线宽度设置设计规则和约束。

1.设计规则和约束。

正如我们所见，今天的 PCB 布局需要管理许多不同的布线宽度和间距。 这些将包括单个网络、网络组（总线）以及电源和接地网络的宽度和间距分配。 此外，每次分配都需要使用正确的过孔，在某些情况下，可能有不止一组值必须分配给单个网络或组。 PCB 设计工具通过使用设计规则和约束管理系统来处理此任务。

自PCB设计CAD工具诞生以来，可用的控制量是有限的，因此设计规则和约束有了长足的进步。 现在，有了上面显示的约束管理系统，您可以使用电子表格样式的界面来设置各种规则和约束。 如您所见，网络被分配了不同的布线宽度。 如果想在这个菜单中向右滚动，也可以通过assignment等方式找到trace spacing的设置。

这种约束管理系统允许设计者完全控制他们设计的跟踪路由规则。 此外，这些系统还将控制其他设计值，例如信号时序、元件间距以及焊膏和丝网印刷的可制造性设置。

今天的 CAD 工具不仅提供规则和约束管理，还提供更多的功能。 然而; 他们拥有范围广泛的布线工具，这也可以帮助设计人员提高效率。

让您的 PCB 设计工具的所有功能发挥作用。

虽然PCB布局中会有很多网，而且这些网需要不同的布线方式，但您不再需要手动对所有这些网进行布线。 该设计工具将具有多个跟踪路由功能，这可以提供帮助。 例如，以轮廓布线中的布线功能为例，它为设计人员提供了大量的布线辅助工具，例如：手动路由时向您显示最佳频道的视觉提示。 平视显示器会在您选择路线时跟踪您的路线限制。 推、推、拥抱和滑动选项可帮助您手动路由。 涂鸦布线功能使您可以手动绘制路线，然后让自动引擎重度布线。轮廓布线功能可帮助您创建任意角度的弯曲轨迹。 计时功能使您能够在航路中添加和编辑跟踪调整航段。 自动布线引擎可以通过扇出添加单个迹线，或完全布线整个电路板。 自动交互式路由用于手动组织和操作网络捆绑，以最终确定自动路由器。轮廓布线功能，例如在焊盘和走线的交界处添加光迹进行清洁或添加泪珠以增强可控性。 PCB加工厂对PCB设计的有效PCB走线宽度和间距进行了讲解和分析。