PCB设计经验汇总解析

随着半导体集成度越来越高，各大电子系统拥有完整的片上系统，定制PCB等。可以说，即使是一块普通的PCB板，也能发挥重要作用，这也对工程师提出很高的条件，本文将总结数位大佬的经验，列出十条PCB黄金法则，希望对小伙伴们有所帮助。

在当今快速发展的电子行业中，工程师掌握高速高密度PCB设计能力至关重要。这种能力不仅关系到产品的技术水平和市场竞争力，而且直接影响到产品的性能、尺寸、成本和可靠性。随着电子设备向更高性能、更小体积和更低成本的方向发展，高速高密度PCB设计已成为实现这些目标的关键技术。

首先，高速PCB设计确保了信号在电路板上的快速传输和低延迟，这对于高性能处理器、高速数据传输和实时控制系统等应用至关重要。其次，高密度设计允许在有限的空间内集成更多的元件和功能，满足了便携式设备和复杂电子系统对小型化的需求。

此外，掌握高速高密度PCB设计能力可以帮助工程师优化电路的电磁兼容性(EMC)，减少电磁干扰(EMI)，提高产品的抗干扰能力，确保设备在复杂电磁环境下的稳定运行。同时，良好的热管理设计可以防止元件过热，延长产品寿命，提高系统的可靠性。

1、选择正确的网格，设置并始终使用能够匹配最多元件的网格间距;

2、将相关元件及所需的测试点一起进行分组;

3、保持路径最短最直接;

4、尽可能利用电源层管理电源线和地线的分布;

5、整合元件值;

6、尽可能多地执行设计规则检查(DRC);

7、灵活使用丝网印刷

8、将所需的电路板在另一个更大的电路板上重复复制多次进行PCB拼板;

9、生成PCB制造参数并在报送生产前核实;

10、必选去耦电容，不要试图通过避免解耦电源线并依据元件数据表中的极限值以此优化设计。

在电子厂干过的都知道，PCB拼板设计直接关系到生产成本和质量!掌握这些规范，生产效率提升20%不是问题

不管你是电子工程师、工艺工程师还是生产管理人员，这些内容都将对你的工作有很大帮助!

为什么要重视PCB拼板设计?

先来看个真实案例：某电子厂曾经因为拼板设计不合理，导致分板时损坏了30%的板子，直接损失几十万!后来优化了拼板方案，不仅质量问题解决了，每年还能节省材料成本15%以上。

拼板设计直接影响三大关键指标：生产成本、产品质量、生产效率。一个好的拼板设计能让你的生产线流畅运行，而一个差的设计则可能让整个项目陷入困境。

五大关键设计规范

1. 尺寸与外形设计

PCB拼板不是越大越好，也不是越小越好，要找到那个“黄金尺寸”!

根据主流生产设备的要求： - 拼板宽度应≤260mm(西门子生产线)或≤300mm(富士生产线) - 小板之间的中心距控制在75mm～145mm之间 - 拼板外形尽量接近正方形，推荐2×2、3×3对称设计

实用技巧：拼板外框一定要采用闭环设计，这样才能确保在夹具上不变形。记住这一点，能避免很多生产中的麻烦!

2. 工艺边设计要点

工艺边是拼板的“生命线”，设计不好会导致整板报废!

工艺边宽度单边≥5mm，高密度板建议8mm

必须对称布置在长边，防止SMT轨道夹歪

工艺边内侧1.5mm范围内禁止布置走线和器件

特别注意：很多工程师忽略了工艺边的对称要求，结果导致贴片精度下降，这个问题一定要避免!

3. 连接方式选择

三种主要连接方式，用对地方很关键：

V-CUT连接：适合矩形板，角度30°±2°，深度为板厚的1/3。残厚很重要——0.8mm板残厚≥0.25mm，否则容易断裂

邮票孔连接：异形板首选，孔径0.6mm，孔间距1.2mm，每边至少3组孔群

空心连接条：精密板适用，能降低分板应力80%，特别适合有BGA的板子

选择建议：普通板用V-CUT，异形板用邮票孔，精密板用空心连接条。别选错了!

4. 定位系统设计

定位系统是自动化生产的“眼睛”，设计不好机器就“瞎”了!

光学定位点(Fiducial Mark)要求： - 全局基准点：Ø1.0mm实心铜，布置在板角三点 - 局部基准点：Ø0.8mm阻焊开窗，BGA对角布置 - 工艺边基准点：Ø1.5mm，每条工艺边中心1个

经验分享：定位点周围要留出比其大1.5mm的无阻焊区，否则识别可靠性会大打折扣!

5. 元器件布局规范

元器件布局不合理，分板时损坏率超高!

元器件与PCB板边缘应留有>0.5mm的空间

大型元器件要留有定位柱或定位孔

BGA距分板线应≥10mm，否则容易焊点开裂

血泪教训：曾经有个工程师把BGA放在离分板线只有3mm的地方，结果分板后60%的板子需要返修!

高多层PCB的特殊要求

4层及以上PCB拼板更复杂，要求也更严格：

层间对齐精度要求更高——误差不能超过5mil

邮票孔需要“密度+间距双优化”

板厚<0.6mm且层数≥6层时，严禁使用V-CUT

工艺边宽度要从5mm增至7mm

成本优化秘籍

在设计中，布局是一个重要的环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果，因此可以这样认为，合理的布局是PCB设计成功的第一步。尤其是预布局，是思考整个电路板，信号流向、散热、结构等架构的过程。如果预布局是失败的，后面的再多努力也是白费。

1、考虑整体

一个产品的成功与否，一是要注重内在质量，二是兼顾整体的美观，两者都较完美才能认为该产品是成功的。在一个PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉。

PCB是否会有变形?

是否预留工艺边?

是否预留MARK点?

是否需要拼板?

多少层板，可以保证阻抗控制、信号屏蔽、信号完整性、经济性、可实现性?

2、排除低级错误

印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符?

能否符合PCB制造工艺要求?有无定位标记?

元件在二维、三维空间上有无冲突?

元件布局是否疏密有序，排列整齐?是否全部布完?

需经常更换的元件能否方便地更换?插件板插入设备是否方便?

热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离?

调整可调元件是否方便?

在需要散热的地方，装了散热器没有?空气流是否通畅?

信号流程是否顺畅且互连最短?

插头、插座等与机械设计是否矛盾?

线路的干扰问题是否有所考虑?

3、旁路或去耦电容

在布线时，模拟器件和数字器件都需要这些类型的电容，都需要靠近其电源引脚连接一 个旁路电容，此电容值通常为 0.1μF。引脚尽量短，减小走线的感抗，且要尽量靠近器件。

在电路板上加旁路或去耦电容，以及这些电容在板上的布置，对于数字和模拟设计来说 都属于基本常识，但其功能却是有区别的。

在模拟布线设计中旁路电容通常用于旁路电源上的高频信号，如果不加旁路电容，这些高频信号可能通过电源引脚进入敏感的模拟芯片。一般来说，这些高频信号的频率超出模拟器件抑制高频信号的能力。

如果在模拟电路中不使用旁路电容的话，就可能在信号路径 上引入噪声，更严重的情况甚至会引起振动。

而对于控制器和处理器这样的数字器件来说，同样需要去耦电容，但原因不同。这些电容的一个功能是用作“微型”电荷库，这是因为在数字电路中，执行门状态的切换(即开关 切换)通常需要很大的电流，当开关时芯片上产生开关瞬态电流并流经电路板，有这额外的 “备用”电荷是有利的。如果执行开关动作时没有足够的电荷，会造成电源电压发生很大变化。电 压变化太大，会导致数字信号电平进入不确定状态，并很可能引起数字器件中的状态机错误运行。流经电路板走线的开关电流将引起电压发生变化，由于电路板走线 存在寄生电 感，则可采用如下公式计算电压的变化：V=Ldl/dt 其中 V=电压的变化 L=电路板走线感抗 dI=流经走线的电流变化 dt=电流变化的时间 因此，基于多种原因，在供电电源处或有源器件的电源引脚处施加旁路(或去耦)电容是非常好的做法。

4、输入电源，如果电流比较大，建议减少走线长度和面积，不要满场跑。

输入上的开关噪声耦合到了电源输出的平面。输出电源的MOS管的开关噪声影响了前级的输入电源。如果电路板上存在大量大电流DCDC，则有不同频率，大电流高电压跳变干扰。

所以我们需要减小输入电源的面积，满足通流就可以。所以在电源布局的时候，要考虑避免输入电源满板跑。

5、电源线和地线

电源线和地线的位置良好配合，可以降低电磁干扰(EMl)的可能性。如果电源线和地线 配合不当，会设计出系统环路，并很可能会产生噪声。电源线和地线配合不当的 PCB 设计 示例如图所示。在此电路板上，使用不同的路线来布电源线和地线，由于这种不恰当的配合，电路板的电子元器件和线路受电磁干扰 (EMI)的可能性比较大。

6、数模分离

在每个 PCB 设计中，电路的噪声部分和“安静”部分(非噪声部分)要分隔开。一般来说，数字电路可以容忍噪声干扰，而且对噪声不敏感(因为数字电 路有较大的电压噪声容限);相反，模拟电路的电压噪声容限就小得多。两者之中，模拟电路对开关噪声最为敏感。在混合信号系统的布线中，这两种电路要分隔开。

电路板布线的基本知识既适用于模拟电路，也适用于数字电路。一个基本的经验准则是使用不间断的地平面，这一基本准则可降低了数字电路中的 dI/dt(电流随时间的变化)效应， 因为 dI/dt 效应会造成地的电势并使噪声进入模拟电路。数字和模拟电路的布线技巧基本相同，但有一点除外。对于模拟电路，还有另外一点需要注意，就是要将数字信号线和地平面中的回路尽量远离模拟电路。这一点 可以通过如下做法来实现：将模拟地平面单独连接到系统地连接端，或者将模拟电路放置在电路板的最远端，也就是线路的末端。这样做是为了保持信号路径所受到 的外部干扰最小。对于数字电路就不需要这样做，数字电路可容忍地平面上的大量噪声，而不会出现问题。

7、散热考虑

在布局过程中，需要考虑散热风道，散热死角;

热敏感器件不要放在热源风后面。优先考虑DDR这样散热困难户的布局位置。避免由于热仿真不通过，导致反复调整。