有(yǒu)效的PCB走線(xiàn)宽度和间距

2021-04-14

有(yǒu)效的PCB走線(xiàn)宽度和间距

多(duō)层電(diàn)路板，显示内部层上的布線(xiàn)。

成為(wèi)PCB设计人员的优点之一是可(kě)以在印刷電(diàn)路板布局中布線(xiàn)。在Tetris或Candy Crush诞生之前很(hěn)久，走線(xiàn)布線(xiàn)就為(wèi)设计师带来了独特的难题，方法是解开老鼠的网状连接嵌套，以创建干净的走線(xiàn)電(diàn)路板。電(diàn)路板上的布線(xiàn)走線(xiàn)可(kě)能(néng)是一项非常有(yǒu)意义的成就，但是随着设计的规模和复杂性的增加，它也会变得非常复杂。

在当今的PCB布局中，每个网络可(kě)能(néng)具有(yǒu)不同且独特的布線(xiàn)特性，必须对其应用(yòng)以使其按设计运行。除了可(kě)以布線(xiàn)的特定區(qū)域或可(kě)以布線(xiàn)的层之外，还必须管理(lǐ)不同的PCB走線(xiàn)宽度和间距规则。 

这是当今设计师在布線(xiàn)電(diàn)路板时面临的一些挑战，以及可(kě)以用(yòng)来根据所需规则和约束成功进行布線(xiàn)的一些方法。

当今的PCB布線(xiàn)技术带来的挑战

一次，在印刷電(diàn)路板上布線(xiàn)走線(xiàn)是相当简单的过程。您的走線(xiàn)都被分(fēn)配了默认的宽度和间距，但连接过孔的電(diàn)源和地線(xiàn)连接的宽度必须加宽。可(kě)能(néng)需要的任何其他(tā)走線(xiàn)宽度都很(hěn)少，并且可(kě)以通过在布線(xiàn)过程中手动更改走線(xiàn)宽度来轻松处理(lǐ)。但是，随着電(diàn)路板技术的发展，走線(xiàn)宽度和间距要求变得更加复杂。 

现在，在任何给定的板上，您可(kě)能(néng)会看到以下一些或全部：

具有(yǒu)指定宽度和间距的受控阻抗布線(xiàn)。

敏感的高速走線(xiàn)需要与其他(tā)具有(yǒu)较大间距的布線(xiàn)隔离。

模拟路由可(kě)能(néng)具有(yǒu)不同的默认宽度间距要求。

電(diàn)源和接地连接，需要更宽的走線(xiàn)。

根据電(diàn)路的不同，電(diàn)源可(kě)能(néng)具有(yǒu)多(duō)种走線(xiàn)宽度。

模拟和数字路由之间要留出额外的间隔，以使它们彼此隔离。

除了基于電(diàn)路功能(néng)的这些走線(xiàn)宽度和间距要求外，还可(kě)能(néng)存在不同的宽度和间距要求，具體(tǐ)取决于它们的位置。其中一些如下：

连接器可(kě)能(néng)要求网络使用(yòng)较小(xiǎo)的走線(xiàn)宽度，以在间距很(hěn)小(xiǎo)的引脚之间蜿蜒行进。

诸如四方扁平封装（QFP）或小(xiǎo)外形封装（SOP）之类的细间距部件可(kě)能(néng)需要减小(xiǎo)走線(xiàn)宽度，以进行逃生布線(xiàn)。

球栅阵列（BGA）可(kě)能(néng)还需要缩小(xiǎo)的走線(xiàn)宽度，以绕进封装的引脚和过孔。

PCB布線(xiàn)的另一部分(fēn)是用(yòng)于在各层之间过渡的过孔。当以前用(yòng)胶带和手推車(chē)手动布置電(diàn)路板时，设计人员只需拿(ná)起Exacto刀(dāo)并修整过孔焊盘即可(kě)挤压走線(xiàn)。但是，在当今的PCB设计CAD系统中，需要一种更精确的方法。设计人员将使用(yòng)不同通孔类型和尺寸的阵列进行布線(xiàn)。

通孔分(fēn)為(wèi)三种类型：

通孔

盲人和埋葬

微

通孔是電(diàn)路板设计中使用(yòng)的标准通孔。它们是经过机械钻孔的，并且一直贯穿整个電(diàn)路板。也可(kě)以通过机械方法钻出盲孔或埋孔，但它只会部分(fēn)穿过電(diàn)路板，也可(kě)能(néng)在内部层上开始和停止。这些通孔需要更多(duō)的制造步骤，因為(wèi)在将板层压在一起之前，必须对板的各个层对进行钻孔和对齐。微型通孔是用(yòng)激光创建的，这使得它们可(kě)以比机械钻孔小(xiǎo)得多(duō)，并且它们通常仅跨越電(diàn)路板的两层。它们非常适合需要较小(xiǎo)走線(xiàn)和过孔的焊盘中通孔应用(yòng)和高密度互连（HDI）设计。

这些是设计师在布線(xiàn)复杂的印刷電(diàn)路板时面临的一些挑战。接下来，我们将更详细地讨论宽度和间距要求的一些特定示例。

3D CAD层显示電(diàn)路板上的走線(xiàn)布線(xiàn)。

PCB走線(xiàn)宽度和间距示例

PCB走線(xiàn)的宽度和间距会在很(hěn)多(duō)方面影响電(diàn)路板。在决定使用(yòng)什么宽度和间距值时，需要考虑以下四个方面：

電(diàn)气性能(néng)和信号完整性

電(diàn)路板上的大多(duō)数数字布線(xiàn)都将使用(yòng)默认值作為(wèi)走線(xiàn)宽度和间距，但是某些网络需要的尺寸不同。例如，受控阻抗网将需要根据板层堆叠的配置来计算其走線(xiàn)宽度。灵敏的高速走線(xiàn)可(kě)能(néng)需要较大的间距值，以防止串扰和其他(tā)信号完整性问题。 

根据電(diàn)路的目的，模拟布線(xiàn)可(kě)能(néng)还需要唯一的走線(xiàn)宽度和间距。在某些情况下，可(kě)以在狭窄且狭窄的區(qū)域中减小(xiǎo)默认走線(xiàn)宽度，但是必须注意不要将其延伸到整个電(diàn)路板上。如果走線(xiàn)如此之细，以至于在PCB制造过程中受到损害，那么整个電(diàn)路板的信号完整性可(kě)能(néng)会受到损害。

電(diàn)源和地面布線(xiàn)

用(yòng)于布線(xiàn)電(diàn)源和地面的走線(xiàn)需要更宽，以传导更大的電(diàn)流。如果痕迹太细，它们可(kě)能(néng)会变热甚至烧穿。為(wèi)了散热，在電(diàn)路板内层布線(xiàn)的電(diàn)源走線(xiàn)也需要比在外层布線(xiàn)的電(diàn)源走線(xiàn)宽，因為(wèi)暴露在空气中会提供更多(duō)的冷却。对于電(diàn)源電(diàn)路中使用(yòng)的走線(xiàn)，重要的是要使它们尽可(kě)能(néng)短和尽可(kě)能(néng)宽，以处理(lǐ)電(diàn)流，并减少電(diàn)路中的電(diàn)感和噪声。重要的是，增大承载较大電(diàn)流的走線(xiàn)的间距，以防止電(diàn)源之间产生電(diàn)弧。

電(diàn)路板制造

迹線(xiàn)越宽，制造越容易。制造蚀刻工艺将对较長(cháng)且隔离的迹線(xiàn)产生更大的影响，因此最好在可(kě)能(néng)的情况下使其更宽。20 mil的走線(xiàn)将比3 mil的走線(xiàn)具有(yǒu)更大的金属损耗容限。迹線(xiàn)宽度还取决于用(yòng)于构建電(diàn)路板层的铜的重量。如果由于较高的電(diàn)流要求，该板的该层需要更大的铜重量，那么制造商(shāng)可(kě)能(néng)也无法在其上蚀刻更细的走線(xiàn)宽度。

電(diàn)路板组装

太宽的走線(xiàn)会影响在PCB组装期间组件焊接的难易程度。用(yòng)于電(diàn)源和接地网的宽走線(xiàn)也可(kě)能(néng)充当散热器，从而导致加热不均匀和焊点不良。在一个焊盘上连接大面积金属而在另一个焊盘上连接较细走線(xiàn)的小(xiǎo)两针零件可(kě)能(néng)不平衡，以至于在回流焊期间最终将组件拉起。这种现象被称為(wèi)“墓碑轰炸”，将迫使電(diàn)路板进行人工返工以进行校正。BGA下的大量金属也会在焊接过程中引起问题，但是由于板上BGA的尺寸，这些错误更难以发现。

如果不保持正确的走線(xiàn)宽度和间距，可(kě)能(néng)会发生所有(yǒu)潜在问题，因此PCB布局工程师需要他(tā)们所能(néng)获得的所有(yǒu)帮助。幸运的是，设计工具中包含实用(yòng)程序，可(kě)以帮助您解决这一问题。

针对電(diàn)源网络走線(xiàn)宽度设置了设计规则和约束。

设计规则和约束

如我们所见，当今印刷電(diàn)路板的布局中需要管理(lǐ)许多(duō)不同的走線(xiàn)宽度和间距。这些将包括单个网络，网络组（总線(xiàn)）以及電(diàn)源和地面网的宽度和间距分(fēn)配。此外，在每个分(fēn)配中都需要使用(yòng)正确的过孔，并且在某些情况下，可(kě)能(néng)有(yǒu)不止一组值必须分(fēn)配给单个网络或组。PCB设计工具处理(lǐ)此任務(wù)的方式是使用(yòng)设计规则和约束管理(lǐ)系统。

自PCB设计CAD工具诞生之初起，当时可(kě)用(yòng)的控制量有(yǒu)限，因此设计规则和约束条件已经取得了長(cháng)足的进步。现在，使用(yòng)上面所示的约束管理(lǐ)系统，您可(kě)以使用(yòng)電(diàn)子表格样式的界面来设置各种规则和约束。如您所见，為(wèi)网络分(fēn)配了不同的走線(xiàn)宽度。如果要在此菜单中向右滚动，还可(kě)以通过分(fēn)配等方式找到迹線(xiàn)间距的设置。 

这样的约束管理(lǐ)系统使设计人员可(kě)以完全控制其设计的跟踪路由规则。此外，这些系统还将控制其他(tā)设计值，例如信号时序，组件间距以及焊膏和丝网印刷的可(kě)制造性设置。

当今的CAD工具不仅提供规则和约束管理(lǐ)，还提供了更多(duō)功能(néng)。然而; 他(tā)们拥有(yǒu)广泛的路由工具，这些工具也可(kě)以帮助设计人员提高效率。

Cadence Allegro PCB编辑器中提供了一些不同的布線(xiàn)选项。

使您的PCB设计工具的全部功能(néng)发挥作用(yòng)

尽管PCB布局中会有(yǒu)许多(duō)网，这些网需要不同的布線(xiàn)方式，但您不再需要亲自手动布線(xiàn)所有(yǒu)这些网。该设计工具将具有(yǒu)多(duō)种跟踪路由功能(néng)，可(kě)以提供帮助。例如，以Cadence Allegro中的路由功能(néng)為(wèi)例，该功能(néng)為(wèi)设计人员提供了大量的路由辅助工具和工具，例如：

视觉提示，以在手动路由时向您显示最佳频道。

平视显示器将在您进行布線(xiàn)时跟踪您的布線(xiàn)约束。

推，推，拥抱和滑动选项可(kě)帮助您进行手动布線(xiàn)。

乱涂乱画路由功能(néng)，使您可(kě)以手动勾画出路線(xiàn)，然后让自动引擎来繁重地路由走線(xiàn)。

轮廓布線(xiàn)功能(néng)可(kě)帮助创建任何角度的弯曲轨迹。

定时功能(néng)，使您可(kě)以在路由中添加和编辑跟踪调整段。

自动布線(xiàn)引擎可(kě)通过扇出添加单个迹線(xiàn)，或将整个電(diàn)路板完全布線(xiàn)。

自动交互路由，用(yòng)于手动组织和操纵网络捆绑，以便自动路由器最终确定。

路由清理(lǐ)功能(néng)，例如上光迹線(xiàn)以进行清理(lǐ)或在焊盘和迹線(xiàn)连接处添加泪滴以增强可(kě)制造性。