電路板設(shè)計的基本考慮
電路板有PCB、FPC的單面、雙面和多層板等許多種類,不同種類的線路板有各自的特點,具體設(shè)計要求都不一樣,但是在設(shè)計中有一些共同的通用要求,在設(shè)計任何類型的電路板時都必須考慮這些通用要求。主要有以下幾個方面:

1.1 確定電路板的性能等級
電子整機(jī)一樣根據(jù)產(chǎn)品的使用目的不同,其性能根據(jù)對產(chǎn)品工作可靠性和性能要求的不同,分為不同的性能等級。在設(shè)計電路板時,設(shè)計者首先應(yīng)了解所設(shè)計的線路板 屬于哪一性能等級,因為不同的等級有不同的復(fù)雜性和不同的性能與可靠性要求,不同等級的產(chǎn)品驗收的要求與檢驗的頻數(shù)都不同,因而產(chǎn)品的造價與成本也不同。在確定了板的性能等級后,應(yīng)體現(xiàn)在設(shè)計文件中,可按電路需要和規(guī)定的要求,考慮詳細(xì)的各項參數(shù)設(shè)計。在簽訂電路板采購合同時,應(yīng)明確說明產(chǎn)品的等級,等級不同所用的基材可能不同,等級越高其產(chǎn)品性能要求越高,生產(chǎn)成本和產(chǎn)品的價格也高。按國際上先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,通常將電路板按使用范圍分為三個性能等級:
1級-普通電子產(chǎn)品:包括消費性電子產(chǎn)品(如收音機(jī)、一般的電視機(jī)、電子玩具等)、某些計算機(jī)及其外圍設(shè)備等民用電子產(chǎn)品用的板。
2級-專用服務(wù)電子產(chǎn)品:包括通訊設(shè)備、復(fù)雜的高級商用機(jī)器和儀器、某些工業(yè)自動化電子設(shè)備以及對工作時發(fā)生中斷要求不嚴(yán)格的軍用電子設(shè)備等用的板。這些產(chǎn)品要求高性能、長壽命,希望在使用時能夠不間斷地工作,但這不是必須嚴(yán)格的要求。
3級-高可靠性電子產(chǎn)品:包括對連續(xù)工作性能和所要求的性能非常嚴(yán)格的商用或軍用電子設(shè)備和產(chǎn)品,這些設(shè)備工作時不允許出現(xiàn)停機(jī),并且需要隨時都能正常工作。如維持生命的保障系統(tǒng),航空、航天飛行控制系統(tǒng)以及精密武器系統(tǒng)用的電路板,都需要具有高性能和高可靠性。
不同級別產(chǎn)品印刷的驗收要求,可按照產(chǎn)品的等級和執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗收。
1.2 設(shè)計的基本原則
電路板的設(shè)計決定電路板的固有特性,在一定程度上也決定了電路板的制造、安裝和維修的難易程度,同時也影響電路板的可靠性和成本。盡管PCB的種類繁多,但是在設(shè)計時總有一些共同要考慮的問題,這就是設(shè)計的通用原則。所以在設(shè)計時應(yīng)遵循以下通用的基本原則,綜合考慮電路設(shè)計要求、電路板制造和電子裝聯(lián)等工藝要求的各項要素,才能取得較好的設(shè)計效果。
(1)電氣連接的準(zhǔn)確性:
電路板圖上導(dǎo)電圖形的導(dǎo)線連接關(guān)系,應(yīng)與電原理圖和邏輯圖相一致,如果因機(jī)械、電氣性能要求不宜在板上布線時,應(yīng)在電路板裝配圖上注明連接的方式和要求,印制導(dǎo)電的寬度和間距應(yīng)能滿足電路的電氣要求。
(2)可靠性:
電路板的可靠性是使用要求的基本保證,不同性能等級的板,可靠性程度(平均故障間隔時間或平均工作時間)要求不同??煽啃耘c電路板的結(jié)構(gòu)、使用的環(huán)境、基材的選擇、電路板的布局、布線、印刷導(dǎo)線的寬度與間距以及印制板的制造和安裝工藝等因素有關(guān),其中任何一項因素的變化都會影響電路板的可靠性。設(shè)計時必須考慮綜合考慮以上因素,合理確定電路板的結(jié)構(gòu)(布線層數(shù))、導(dǎo)線寬度和間距,布局、布線和互連的形式,并且要注意選擇適當(dāng)?shù)幕摹R话銇韺⒉季€層數(shù)少、布線密度低的板可靠性高。但是在一些特殊電路中(高頻數(shù)字或微波電路),由于電氣性能的要求和考慮電磁兼容性(EMC),采用多層板可能會比單面和雙面布線會取得更好的效果。
(3)工藝性:
決定電路板的可制造性(包括可測試性和維修性)和影響產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和成本的重要因素。設(shè)計者在確定電路板的結(jié)構(gòu)、布局和導(dǎo)線寬度、間距以及互聯(lián)方式和孔徑大小等要素時,應(yīng)當(dāng)考慮設(shè)計的產(chǎn)品與電路板當(dāng)前的制造和電子裝聯(lián)工藝水平相適應(yīng),在滿足電氣設(shè)計要求的同事盡可能有利于制造、安裝和維修。一般來說布線密度和導(dǎo)線精度越高、層次越多、結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、孔徑越小其制造的難度增加。如果設(shè)計的產(chǎn)品工藝性不好,或者要求超越了當(dāng)時的制造工藝水平,將會帶來許多麻煩,諸如生產(chǎn)成本上升、周期加長、質(zhì)量下降,甚至是當(dāng)前工藝不可能制造。
(4)經(jīng)濟(jì)性:
不同結(jié)構(gòu)類型(單面、雙面和多層布線)、不同的基材、不同加工精度要求的電路板,以及不同的設(shè)計方法,其成本相差很大,一般來說多層板的成本要高于單面和雙面板,高密度布線板的成本高于低密度布線板,性能等級高的成本也要高。設(shè)計時應(yīng)考慮成本低和性價比最佳的原則,在滿足使用安全、可靠的前提下力求經(jīng)濟(jì)適用。
(5)環(huán)境適應(yīng)性:
根據(jù)電路板使用時的環(huán)境條件,合理選擇電路板的基材和涂覆層,以滿足使用環(huán)境的需要,可以延長線路板的使用壽命;對一些有高可靠要求的電路板,必須考慮電磁兼容性,不能給其他電子設(shè)備造成電磁干擾,并且本身也應(yīng)具有一定的抗干擾能力。選用的材料力求對環(huán)境無污染或低污染。具體體現(xiàn)在:電路板的基材應(yīng)是不含鹵素的,因為含有鹵素的阻燃性基板,在用后燃燒處理時會產(chǎn)生有毒氣體;所用的焊料涂層和焊接用的焊料應(yīng)是無鉛的(高可靠的軍工產(chǎn)品除外),目前歐盟國家已明確規(guī)定(ROHS),我國也有相應(yīng)的法規(guī),規(guī)定在一些民用產(chǎn)品中不許采用含鉛的涂層或用含鉛的焊料焊接電路板,因為鉛是重金屬,對人和環(huán)境會造成危害。不含鹵素的基材已經(jīng)開始生產(chǎn)但成本較高,隨著技術(shù)的進(jìn)步,這些材料性能會不斷地改進(jìn)、成本也會逐步降低,應(yīng)用將日益廣泛。
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