PCB線路設計指南:電子工程師必備知識解析
設計優(yōu)秀的PCB不僅要有創(chuàng)新的設計理念,而且還需要對PCB工藝有深刻的理解。線路設計作為PCB設計中的核心環(huán)節(jié),需要兼顧設計的電氣性能和工藝可制造性。如果忽視了制造工藝的限制,可能導致設計難以生產(chǎn),甚至增加不必要的成本。
線路加工參數(shù)與生產(chǎn)的關系
PCB設計中的線寬和線距參數(shù)與制造工藝密切相關。PCB成品銅箔越厚,要求的線寬、線距就越大。為什么呢?這與生產(chǎn)過程中的側(cè)蝕現(xiàn)象有關。
在蝕刻過程中,線路側(cè)面的銅箔會受到藥水侵蝕,即產(chǎn)生側(cè)蝕。任何一條導線經(jīng)過蝕刻后都會出現(xiàn)側(cè)蝕現(xiàn)象。
如果銅箔越厚,蝕刻的時間越長,側(cè)蝕量就會越大。如果線路的寬度過窄,甚至低于極限參數(shù),可能導致線路被完全蝕刻掉。
因此,了解PCB制造商的生產(chǎn)工藝參數(shù),從而選擇合適的線寬、線距參數(shù),可以提高PCB設計的可制造性和可靠性。
以嘉立創(chuàng)為例,它如今可以生產(chǎn)6到32層的高多層板,其自研超高層工藝和盤中孔工藝,最小線寬、線距可達0.0762mm,最小孔徑0.15mm,且支持超600種層壓結(jié)構(gòu)。這些先進的制造能力讓電子工程師在設計復雜線路時,有了更大的空間和靈活性。
嘉立創(chuàng)PCB最小線寬、線距工藝參數(shù)如下圖所示:
為什么要鋪銅?
從成本角度出發(fā),少鋪銅,豈不是電鍍面積更小,成本更低?這應該是不少電子工程師心中曾有的疑問。
在PCB設計中,鋪銅是一個不可忽視的環(huán)節(jié)。鋪銅不僅關系到電氣連接的可靠性和信號完整性,還與PCB的散熱性能、機械強度和整體制造品質(zhì)息息相關。
雖然從成本角度來看,減少鋪銅可能降低電鍍面積,從而降低成本,但這往往會影響PCB的品質(zhì),得不償失。
如果需要大面積鋪銅,盡量選擇實心鋪銅而非網(wǎng)格鋪銅。
如果一定需要網(wǎng)格鋪銅,那么避免使用小網(wǎng)格鋪銅。因為這會給PCB帶來多種品質(zhì)隱患。
(小網(wǎng)格鋪銅不下油實物圖)
小網(wǎng)格鋪銅可能導致油墨無法覆蓋,AOI檢測無法準確分析,甚至引發(fā)掉膜現(xiàn)象,影響直通率。
因此,在PCB設計時,如果需要網(wǎng)格鋪銅,建議使用大網(wǎng)格鋪銅,且線寬和邊緣間距應大于等于10mil(0.25mm)。
均勻鋪銅的重要性
均勻鋪銅是PCB設計中至關重要的因素。如果鋪銅不均,不僅會影響電氣性能,還會給生產(chǎn)制造帶來諸多問題。
在圖形電鍍過程中,若殘銅率過低,受鍍面積的電流分布將失衡。這種電流失衡容易導致電鍍夾層現(xiàn)象。
電鍍夾層會在后續(xù)的蝕刻階段引發(fā)問題,例如夾層區(qū)域的銅箔無法被準確蝕刻,從而導致殘留銅或短路等缺陷。
同樣,在多層板的內(nèi)層壓合過程中,如果鋪銅不均,PP(預浸料)上的樹脂在加熱熔化后,會過度流向未鋪銅的空曠區(qū)域。這樣,鋪銅區(qū)域的樹脂層會變薄,可能會導致板材出現(xiàn)白斑、分層、厚度不均、銅箔起皺以及板翹等問題。
(白斑)
特別需要注意的是,內(nèi)層空曠區(qū)域過大時,PP樹脂過多流向無銅區(qū),這不僅會導致鋪銅區(qū)域的樹脂不足,還會進一步加劇板厚偏差,導致銅箔起皺、白斑和分層等問題。
例如,在涉及金手指的設計中,如果關鍵位置的內(nèi)層區(qū)域鋪銅不均勻,可能導致金手指區(qū)域的板厚不足,從而影響板子與卡槽的接觸性能。
此外,如果不同層面或同一層面的兩側(cè)鋪銅比例不一致,還可能導致成品板出現(xiàn)板翹現(xiàn)象,影響PCB的整體平整度和可靠性。
總結(jié)
● 了解PCB制造商的生產(chǎn)工藝參數(shù),從而選擇合適的線寬、線距參數(shù)。
● 在設計過程中,應盡量避免因未鋪銅而形成大面積的空曠區(qū)域。如果必須保留大面積未鋪銅區(qū)域,該區(qū)域內(nèi)導線的線寬和線距應大于常規(guī)標準。例如,針對1OZ銅厚的產(chǎn)品,線寬應按2OZ標準設計,最小線寬應保持在8mil以上。
● 避免出現(xiàn)一面鋪銅,另外一面不鋪銅。
● 若要大面積鋪銅,能選擇實心鋪銅就不要使用網(wǎng)格鋪銅;若需要網(wǎng)格鋪銅,避免使用小網(wǎng)格鋪銅。
● 網(wǎng)格鋪銅,建議使用大網(wǎng)格鋪銅,且線寬和邊緣間距應大于等于10mil(0.25mm)。
● 鋪銅區(qū)域應與正常的線路焊盤和走線保持一定距離,通常應至少保持0.5mm的間距。
● 天線位置要按產(chǎn)品設計手冊的要求進行鋪銅,在鋪假銅時要避免對天線產(chǎn)生干擾。