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PCBA板子規(guī)劃、布局與布線方面設(shè)計技巧

文章出處:行業(yè)資訊 責(zé)任編輯:深圳思飛爾電子設(shè)備有限公司 發(fā)表時間:2023-06-21
  
  不管你在PCBA這個行業(yè)做了多久,哪怕是資深工程師在PCBA板子設(shè)計上都有不知道的技巧;今天就分享給大家,有則改之無則加勉。
  PCB中文名稱為印制電路板,又稱印刷電路板、印刷線路板,是重要的電子部件,是電子元器件的支撐體,是電子元器件電氣連接的提供者,由于它是采用電子印刷術(shù)制作的,故被稱為“印刷”電路板。
  隨著PCB尺寸要求越來越小,器件密度要求越來越高,PCB設(shè)計的難度也越來越大,如何實現(xiàn)PCB高的布通率以及縮短設(shè)計時間,我們將分析PCB規(guī)劃、布局和布線的設(shè)計技巧。
  在開始布線之前應(yīng)該對設(shè)計進(jìn)行認(rèn)真的分析以及對工具軟件進(jìn)行認(rèn)真的設(shè)置,這會使設(shè)計更加符合要求。
  1、確定PCB的層數(shù)
  電路板尺寸和布線層數(shù)需要在設(shè)計初期確定。布線層的數(shù)量以及層疊(STack-up)方式會直接影響到印制線的布線和阻抗。
  板的大小有助于確定層疊方式和印制線寬度,實現(xiàn)期望的設(shè)計效果。
  目前多層板之間的成本差別很小,在開始設(shè)計時最好采用較多的電路層并使敷銅均勻分布。
  2、設(shè)計規(guī)則和限制
  要順利完成布線任務(wù),布線工具需要在正確的規(guī)則和限制條件下工作。
  要對所有特殊要求的信號線進(jìn)行分類,每個信號類都應(yīng)該有優(yōu)先級,優(yōu)先級越高,規(guī)則也越嚴(yán)格。
  規(guī)則涉及印制線寬度、過孔的最大數(shù)量、平行度、信號線之間的相互影響以及層的限制,這些規(guī)則對布線工具的性能有很大影響。
  3、組件的布局
  在最優(yōu)化裝配過程中,可制造性設(shè)計(DFM)規(guī)則會對組件布局產(chǎn)生限制。
  如果裝配部門允許組件移動,可以對電路適當(dāng)優(yōu)化,更便于自動布線。
  所定義的規(guī)則和約束條件會影響布局設(shè)計。
  自動布線工具一次只會考慮一個信號,通過設(shè)置布線的約束條件以及設(shè)定可布信號線的層,可以使布線工具能像設(shè)計師所設(shè)想的那樣完成布線。
  比如,對于電源線的布局:
 ?、僭赑CB布局中應(yīng)將電源退耦電路設(shè)計在各相關(guān)電路附近, 而不要放置在電源部分,否則既影響旁路效果,又會在電源線和地線上流過脈動電流,造成竄擾;
  ②對于電路內(nèi)部的電源走向,應(yīng)采取從末級向前級供電,并將該部分的電源濾波電容安排在末級附近;
  ③對于一些主要的電流通道,如在調(diào)試和檢測過程中要斷開或測量電流,在布局時應(yīng)在印制導(dǎo)線上安排電流缺口。
  另外,要注意穩(wěn)壓電源在布局時,盡可能安排在單獨的印制板上。當(dāng)電源與電路合用印制板時,在布局中,應(yīng)該避免穩(wěn)壓電源與電路元件混合布設(shè)或是使電源和電路合用地線。因為這種布線不僅容易產(chǎn)生干擾,同時在維修時無法將負(fù)載斷開,到時只能切割部分印制導(dǎo)線,從而損傷印制板。
  雖然目前來看,PCB的表面處理工藝方面的變化并不是很大,好像還是比較遙遠(yuǎn)的事情,但是應(yīng)該注意到:長期的緩慢變化將會導(dǎo)致巨大的變化。在環(huán)保呼聲愈來愈高的情況下,PCB的表面處理工藝未來肯定會發(fā)生巨變。
  表面處理最基本的目的是保證良好的可焊性或電性能。
  由于自然界的銅在空氣中傾向于以氧化物的形式存在,不大可能長期保持為原銅,因此需要對銅進(jìn)行其他處理。
  雖然在后續(xù)的組裝中,可以采用強(qiáng)助焊劑除去大多數(shù)銅的氧化物,但強(qiáng)助焊劑本身不易去除,因此業(yè)界一般不采用強(qiáng)助焊劑。
  現(xiàn)在有許多PCB表面處理工藝,常見的是熱風(fēng)整平、有機(jī)涂覆、化學(xué)鍍鎳/浸金、浸銀和浸錫這五種工藝,智茂視覺分板機(jī)將逐一介紹。
  1、熱風(fēng)整平(噴錫)
  熱風(fēng)整平又名熱風(fēng)焊料整平(俗稱噴錫),它是在PCB表面涂覆熔融錫(鉛)焊料并用加熱壓縮空氣整(吹)平的工藝,使其形成一層既抗銅氧化,又可提供良好的可焊性的涂覆層。
  熱風(fēng)整平時焊料和銅在結(jié)合處形成銅錫金屬間化合物。PCB進(jìn)行熱風(fēng)整平時要沉在熔融的焊料中;風(fēng)刀在焊料凝固之前吹平液態(tài)的焊料;風(fēng)刀能夠?qū)~面上焊料的彎月狀最小化和阻止焊料橋接。
  2、有機(jī)可焊性保護(hù)劑(OSP)
  OSP是印刷電路板(PCB)銅箔表面處理的符合RoHS指令要求的一種工藝。
  OSP是Organic Solderability PreservaTIves的簡稱,中譯為有機(jī)保焊膜,又稱護(hù)銅劑,英文亦稱之Preflux。
  簡單地說,OSP就是在潔凈的裸銅表面上,以化學(xué)的方法長出一層有機(jī)皮膜。
  這層膜具有防氧化,耐熱沖擊,耐濕性,用以保護(hù)銅表面于常態(tài)環(huán)境中不再繼續(xù)生銹(氧化或硫化等);
  但在后續(xù)的焊接高溫中,此種保護(hù)膜又必須很容易被助焊劑所迅速清除,如此方可使露出的干凈銅表面得以在極短的時間內(nèi)與熔融焊錫立即結(jié)合 成為牢固的焊點。
  3、全板鍍鎳金
  板鍍鎳金是在PCB表面導(dǎo)體先鍍上一層鎳后再鍍上一層金,鍍鎳主要是防止金和銅間的擴(kuò)散。
  現(xiàn)在的電鍍鎳金有兩類:鍍軟金(純金,金表面看起來不亮)和鍍硬金(表面平滑和硬,耐磨,含有鈷等其他元素,金表面看起來較光亮)。軟金主要用于芯片封裝時打金線;硬金主要用在非焊接處的電性互連。
  4、沉金
  沉金是在銅面上包裹一層厚厚的、電性良好的鎳金合金,這可以長期保護(hù)PCB;另外它也具有其它表面處理工藝所不具備的對環(huán)境的忍耐性。此外沉金也可以阻止銅的溶解,這將有益于無鉛組裝。
  5、沉錫
  由于目前所有的焊料都是以錫為基礎(chǔ)的,所以錫層能與任何類型的焊料相匹配。
  沉錫工藝可以形成平坦的銅錫金屬間化合物,這個特性使得沉錫具有和熱風(fēng)整平一樣的好的可焊性而沒有熱風(fēng)整平令人頭痛的平坦性問題;
  沉錫板不可存儲太久,組裝時必須根據(jù)沉錫的先后順序進(jìn)行。
  6、沉銀
  沉銀工藝介于有機(jī)涂覆和化學(xué)鍍鎳/沉金之間,工藝比較簡單、快速;即使暴露在熱、濕和污染的環(huán)境中,銀仍然能夠保持良好的可焊性,但會失去光澤。
  沉銀不具備化學(xué)鍍鎳/沉金所具有的好的物理強(qiáng)度因為銀層下面沒有鎳。
  7、化學(xué)鎳鈀金
  化學(xué)鎳鈀金與沉金相比是在鎳和金之間多了一層鈀,鈀可以防止出現(xiàn)置換反應(yīng)導(dǎo)致的腐蝕現(xiàn)象,為沉金作好充分準(zhǔn)備。金則緊密的覆蓋在鈀上面,提供良好的接觸面。
  8、電鍍硬金 為了提高產(chǎn)品耐磨性能,增加插拔次數(shù)而電鍍硬金。
  隨著用戶要求愈來愈高,環(huán)境要求愈來愈嚴(yán),表面處理工藝愈來愈多,到底該選擇那種有發(fā)展前景、通用性更強(qiáng)的表面處理工藝。
  目前看來好像有點眼花繚亂、撲朔迷離。PCB表面處理工藝未來將走向何方,現(xiàn)在亦無法準(zhǔn)確預(yù)測。不管怎樣,滿足用戶要求和保護(hù)環(huán)境必須首先做到!