PCB制作工艺规范：网格系统与线宽中心距要求

1.设计

PCB的设计是以电路原理图为根据来实现电路设计者所需要的功能。

PCB的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局、内部电子元器件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现，复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计（CAD）软件实现。

（1）尺寸

从成本、铜膜线长度、抗噪声能力考虑，电路板尺寸越小越好，但是尺寸太小，则散热不良，且相邻的导线容易引起干扰。

电路板的制作费用是和电路板的面积相关的，面积越大，造价越高。在设计具有机壳的电路板时，电路板的尺寸还受机箱外壳大小的限制，一定要在确定电路板尺寸前确定机壳大小，否则就无法确定电路板的尺寸。一般情况下，在禁止布线层中指定的布线范围就是电路板尺寸的大小。电路板的最佳形状是矩形，长宽比为3∶2或4∶3，当电路板的尺寸大于200mm×150mm时，应该考虑电路板的机械强度。总之，应该综合考虑利弊来确定电路板的尺寸。

（2）布局

高频元件之间的连线越短越好，设法减小连线的分布参数和相互之间的电磁干扰，易受干扰的元件不能离得太近。隶属于输入和隶属于输出的元件之间的距离应该尽可能大一些。

应该加大具有高电位差元件和连线之间的距离，以免出现意外短路时损坏元件。为了避免爬电现象的发生，一般要求2000V电位差之间的铜膜线距离应该大于2mm，若对于更高的电位差，距离还应该加大。带有高电压的器件，应该尽量布置在调试时手不易触及的地方。

而对于又大又重、发热量多的元件，不宜安装在电路板上。

发热元件应该远离热敏元件。

对于电位器、可调电感线圈、可变电容、微动开关等可调元件的布局应该考虑整机的结构要求，若是机内调节，应该放在电路板上容易调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相对应。

应该预留出电路板的安装孔和支架的安装孔的位置，因为这些孔和孔附近的区域是不能布线的。

尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局，信号从左边进入、从右边输出，从上边输入、从下边输出。按照电路流程，安排各个功能电路单元的位置，使信号流通更加顺畅和保持方向一致。以每个功能电路为核心，围绕这个核心电路进行布局，元件安排应该均匀、整齐、紧凑，原则是减少和缩短各个元件之间的引线和连接。数字电路部分应该与模拟电路部分分开布局。

所有元件均应该放置在离板边缘3mm以内的位置，或者至少距电路板边缘的距离等于板厚，这是由于在大批量生产中进行流水线插件和进行波峰焊时，要提供给导轨槽使用，同时也是防止由于外形加工引起电路板边缘破损，引起铜膜线断裂导致废品。如果电路板上元件过多，不得已要超出3mm时，可以在电路板边缘上额外加上3mm辅边，在辅边上开V形槽，在生产时用手掰开。

元件放置的顺序方面，首先放置与结构紧密配合的固定位置的元件，如电源插座、指示灯、开关和连接插件等；再放置特殊元件，例如发热元件、变压器、集成电路等；最后放置小元件，例如电阻、电容、二极管等。

（3）布线

在许多电路CAD系统中，布线是依据网格系统决定的。网格过密，通路虽然有所增加，但是步进太小，图像的数据量过大，这必然对设备的存储空间有更高的要求，同时也对计算机的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的，如被元件引脚的焊盘占用的或被安装孔、定位孔所占用的等。网格过疏，通路太少对布通率的影响也极大。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线。标准元器件两引脚之间的距离为0.1in（2.54mm），所以网格系统的基础一般就定为0.1in（2.54mm）或小于0.1in的整倍数，如0.05in、0.025in、0.02in等。

铜膜线应尽可能短，在小信号电路和高频电路中更应该如此，线越短电阻越小，干扰越小，同时耦合线长度尽量减短。铜膜线的拐弯处应为圆角或斜角，且曲率半径大些的好，应避免直角拐角，而直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。当双面板布线时，两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生电容。

PCB线条的宽度要求尽量一致，这样有利于阻抗匹配。铜膜线的宽度应以能满足电气特性要求而又便于生产为准则，它的最小值取决于流过它的电流，但是一般不宜小于0.2mm。从PCB制作工艺来讲，宽度可以做到0.3mm、0.2mm甚至0.1mm，中心距也可以做到0.3mm、0.2mm、0.1mm。但是，随着线条变细、间距变小，在生产过程中质量将更加难以控制，废品率将上升。综合考虑，选用0.3mm线宽和0.3mm线间距的布线原则是比较适宜的，这样既能有效控制质量，又能满足用户要求。对于电源线和地线而言，走线面积越大越好，以利于减少干扰，对于高频信号线最好是用地线屏蔽。只要板面积足够大，铜膜线宽度和间距最好选择0.3mm。一般情况下，1～1.5mm的线宽，允许流过2A的电流。例如，地线和电源线最好选用大于1mm的线宽。在集成电路座焊盘之间走两根线时，焊盘直径为50mil，线宽和线间距都是10mil，当焊盘之间走一根线时，焊盘直径为64mil，线宽和线间距都为12mil。注意公制和英制之间的转换，100mil=2.54mm。

相邻铜膜线之间的间距应该满足电气安全要求，同时为了便于生产，间距应该越宽越好。最小间距至少能够承受所加电压的峰值。在布线密度低的情况下，间距应该尽可能大。

铜膜线的公共地线应该尽可能放在电路板的边缘部分。在电路板上应该尽可能多地保留铜箔做地线，这样可以使屏蔽能力增强。另外，地线的形状最好作成环路或网格状。多层电路板由于采用内层做电源和地线专用层，因而可以起到更好的屏蔽效果。

多层板走线要按电源层、地线层和信号层分开，减少电源、地、信号之间的干扰。多层板走线要求相邻两层PCB的线条应尽量相互垂直，或走斜线、曲线；不能平行走线，以利于减小基本层间耦合和干扰。大面积的电源层和地线层要相邻，实际上在电源和地之间形成了一个电容，能够起到滤波作用。如果由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加，为解决这个矛盾，可以考虑在电源（地）层上进行布线。首先应考虑用电源层，其次才是地层，因为最好是保留地层的完整性。

（4）高频布线

为了使高频电路板的设计更合理，抗干扰性能更好，在进行PCB设计时应从以下几个方面考虑：

1）合理选择层数。利用中间内层平面作为电源和地线层，可以起到屏蔽的作用，有效降低寄生电感、缩短信号线长度、降低信号间的交叉干扰，一般情况下，四层板比两层板的噪声低20dB。

2）走线方式。走线必须按照45°角拐弯，这样可以减小高频信号的发射和相互之间的耦合。

3）走线长度。走线长度越短越好，两根线并行距离越短越好。

4）过孔数量。过孔数量越少越好。

5）层间布线方向。层间布线方向应该取垂直方向，就是顶层为水平方向，底层为垂直方向，这样可以减小信号间的干扰。

6）敷铜。增加接地的敷铜可以减小信号间的干扰。

7）包地。对重要的信号线进行包地处理，可以显著提高该信号的抗干扰能力，当然还可以对干扰源进行包地处理，使其不能干扰其他信号。

8）信号线。信号走线不能环路，需要时按照菊花链方式布线。

9）去耦电容。在集成电路的电源端跨接去耦电容。

10）高频扼流。数字地、模拟地等连接公共地线时要接高频扼流器件，一般是中心孔穿有导线的高频铁氧体磁珠。

（5）焊盘

焊盘的内孔尺寸必须从元器件引线直径和公差尺寸以及镀锡层厚度、孔径公差、孔金属化电镀层厚度等方面考虑，通常情况下以金属引脚直径加上0.2mm作为焊盘的内孔直径。例如，电阻的金属引脚直径为0.5mm，则焊盘孔直径为0.7mm，而焊盘外径应该为焊盘孔径加1.2mm，最小应该为焊盘孔径加1.0mm。当焊盘直径为1.5mm时，为了增加焊盘的抗剥离强度，可采用方形焊盘。对于孔直径小于0.4mm的焊盘，焊盘外径和焊盘孔直径的比值在0.5～3之间；对于孔直径大于2mm的焊盘，焊盘外径和焊盘孔直径的比值在1.5～2之间。

设计焊盘时的注意事项如下：

1）焊盘孔边缘到电路板边缘的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损；

2）焊盘补泪滴，当与焊盘连接的铜膜线较细时，要将焊盘与铜膜线之间的连接设计成泪滴状，这样可以使焊盘不容易被剥离，而铜膜线与焊盘之间的连线不易断开；

3）相邻的焊盘要避免有锐角。

在大面积的接地（电源）中，常用元器件的引脚与其连接，对连接引脚的处理需要进行综合考虑，就电气性能而言，元器件引脚的焊盘与铜面满接为好，但对元器件的焊接装配就存在一些不良隐患如：

1）焊接需要大功率加热器；

2）容易造成虚焊点。

因此要兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘，称之为热隔离（Heat Shield），俗称热焊盘，这样可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电（地）层引脚的处理与之相同。

因为目前表面贴装元器件还没有统一标准，不同的国家、不同的厂商所生产的元器件外形封装都有差异，所以在选择焊盘尺寸时，把所选用的元器件的封装外形、引脚等与焊接相关的尺寸进行比较。

焊盘长度在焊点可靠性中所起的作用比焊盘宽度更为重要，焊点可靠性主要取决于长度而不是宽度。其中长、宽尺寸的选择，要有利于焊料熔入时能形成良好的弯月形轮廓，还要避免焊料产生桥连现象，以及兼顾元器件的贴片偏差（偏差在允许范围内），以利于增加焊点的附着力，提高焊接可靠性。一般长取0.5mm，宽取0.5～1.5mm之间。

对于0805以上的阻容元件，或引脚间距在1.27mm以上的SO、SOJ等IC芯片而言，焊盘宽度一般是在元器件引脚宽度的基础上加一个数值，数值的范围在0.1～0.25mm之间。而对于引脚间距在0.65mm（包括0.65mm）以下的IC芯片，焊盘宽度应等于引脚的宽度。对于细间距的QFP，有的时候焊盘宽度相对于引脚来说还要适当减少（如在两焊盘之间有引线穿过时）。

焊盘内不允许有过孔，以避免因焊料流失所引起的焊接不良，如过孔确需与焊盘相连，应尽可能用细线条加以互连，且过孔与焊盘边缘之间的距离应大于1mm。

字符、图形等标志符号不得印在焊盘上，以避免引起焊接不良。

应尽可能避免在细间距元器件焊盘之间穿越连线，确需在焊盘之间穿越连线的，应用阻焊膜对其加以可靠遮蔽。

对于同一个元器件，凡是对称使用的焊盘，如QFP、SOIC等，设计时应严格保证其全面的对称，即焊盘图形的形状、尺寸完全一致，以保证焊料熔融时，作用于元器件上所有焊点的表面张力保持平衡，以利于形成理想的优质焊点，保证不产生位移。

在PCB上必须设置基准标志，作为贴片机进行贴片操作时的参考基准点。一般是在PCB对角线上设置2～3个1.5mm的裸铜实心圆基准标志（具体尺寸、形状根据不同型号贴片机要求而定）。

对于多引脚的元器件，尤其是引脚间距在0.65mm以下的细间距贴装IC，应在其焊盘图形附近增设基准标志，一般以在焊盘图形对角线上设置两个对称的裸铜实心圆标志，作为贴片机光学定位和校准用。(www.xing528.com)

（6）填充

电路板上的大面积填充的目的有两个：一个是散热；另一个是用屏蔽减少干扰。为避免焊接时产生的热量使电路板产生的气体无处排放而使铜膜脱落，应该在大面积填充上开窗，后者使填充为网格状。使用敷铜也可以达到抗干扰的目的，而且敷铜可以自动绕过焊盘并可连接地线。

（7）跨接线

在单面电路板的设计中，当有些铜膜无法连接时，通常的做法是使用跨接线，跨接线的长度可选择6mm、8mm和10mm等几种。

（8）接地

电路图上的地线表示电路中的零电位，并用作电路中其他各点的公共参考点，在实际电路中由于地线（铜膜线）阻抗的存在，必然会带来共阻抗干扰，因此在布线时，不能将具有地线符号的点随便连接在一起，这可能引起有害的耦合而影响电路的正常工作。

通常在一个电子系统中，地线分为系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等几种，在连接地线时应该注意以下几点：

1）正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中，信号频率小于1MHz，布线和元器件之间的电感可以忽略，而地线电路电阻上产生的压降对电路影响较大，所以应该采用单点接地法。当信号的频率大于10MHz时，地线电感的影响较大，所以宜采用就近接地的多点接地法。当信号频率在1～10MHz之间时，如果采用单点接地法，地线长度不应该超过波长的1/20，否则应该采用多点接地。

2）数字地和模拟地分开。电路板上既有数字电路，又有模拟电路，应该使它们尽量分开，而且地线不能混接，应分别与电源的地线端连接（最好电源端也分别连接）。要尽量加大线性电路的面积。一般数字电路的抗干扰能力强，TTL电路的噪声容限为0.4～0.6V，CMOS数字电路的噪声容限为电源电压的30%～45%，而模拟电路部分只要有微伏级的噪声，就足以使其工作不正常。所以两类电路应该分开布局和布线。数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整个PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的，它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）数字地与模拟地有一点短接。也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。

3）尽量加粗地线。若地线很细，接地电位会随电流的变化而变化，导致电子系统的信号受到干扰，特别是模拟电路部分，因此地线应该尽量宽，一般以大于3mm为宜。

4）将接地线构成闭环。当电路板上只有数字电路时，应该使地线形成环路，这样可以明显提高抗干扰能力，这是因为当电路板上有很多集成电路时，若地线很细，会引起较大的接地电位差，而环形地线可以减少接地电阻，从而减小接地电位差。

5）同一级电路的接地点应该尽可能靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应该接在本级的接地点上。

6）总地线的接法。总地线必须严格按照高频、中频、低频的顺序一级级地从弱电到强电连接。高频部分最好采用大面积包围式地线，以保证有好的屏蔽效果。

7）地线与电源线之间的耦合是噪声所产生的原因，去噪方法是在电源、地线之间加上去耦电容。尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是地线宽＞电源线宽＞信号线宽，通常信号线宽为0.2～0.3mm，最精细宽度可达0.05～0.07mm，电源线为1.2～2.5mm。对数字电路的PCB，可用宽的地导线组成一个回路，即构成一个地网来使用（模拟电路的地不能这样使用）。用大面积铜层作地线用，在PCB上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用，或是做成多层板，电源和地线各占用一层。

（9）抗干扰

具有微处理器的电子系统，抗干扰和电磁兼容性是设计过程中必须考虑的问题，特别是对于时钟频率高和总线周期快的系统、含有大功率和大电流驱动电路的系统、含微弱模拟信号以及高精度A/D转换电路的系统。为增加系统抗电磁干扰的能力，应考虑采取以下措施：

1）选用时钟频率低的微处理器。只要控制器性能能够满足要求，时钟频率越低越好，低的时钟可以有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。由于方波中包含各种频率成分，其高频成分很容易成为噪声源，一般情况下，时钟频率3倍的高频噪声是最具危险性的。

2）减小信号传输中的畸变。当高速信号（信号频率高=上升沿和下降沿快的信号）在铜膜线上传输时，由于铜膜线电感和电容的影响，会使信号发生畸变，当畸变过大时，就会使系统工作不可靠。一般要求，信号在电路板上传输的铜膜线越短越好，过孔数目越少越好。典型值为长度不超过25cm，过孔数不超过2个。

3）减小信号间的交叉干扰。当一条信号线具有脉冲信号时，会对另一条具有高输入阻抗的弱信号线产生干扰，这时需要对弱信号线进行隔离，方法是加一个接地的轮廓线将弱信号包围起来，或者是增加线间距离，对于不同层面之间的干扰可以采用增加电源和地线层面的方法解决。

4）减小来自电源的噪声。电源在向系统提供能源的同时，也将其噪声加到所供电的系统中，系统中的复位、中断以及其他一些控制信号最易受外界噪声的干扰，所以，应该适当增加电容来滤掉这些来自电源的噪声。

5）注意电路板与元器件的高频特性。在高频情况下，电路板上的铜膜线、焊盘、过孔、电阻、电容、接插件的分布电感和电容不容忽略。由于这些分布电感和电容的影响，当铜膜线的长度为信号或噪声波长的1/20时，就会产生天线效应，对内部产生电磁干扰，对外发射电磁波。一般情况下，过孔和焊盘会产生0.6pF的电容，一个集成电路的封装会产生2～6pF的电容，一个电路板的接插件会产生520mH的电感，而一个DIP-24插座有18nH的电感，这些电容和电感对低时钟频率的电路没有任何影响，而对于高时钟频率的电路必须给予特别关注。

6）元件布置要合理分区。元件在电路板上排列的位置要充分考虑抗电磁干扰问题。原则之一就是各个元件之间的铜膜线要尽量的短，在布局上，要把模拟电路、数字电路和产生大噪声的电路（继电器、大电流开关等）合理分开，使它们相互之间的信号耦合最小。

7）处理好地线。按照前面提到的单点接地或多点接地方式处理地线。将模拟地、数字地、大功率器件地分开连接，再汇聚到电源的接地点。电路板以外的引线要用屏蔽线，对于高频和数字信号，屏蔽电缆两端都要接地，低频模拟信号用的屏蔽线，一般采用单端接地。对噪声和干扰非常敏感的电路或高频噪声特别严重的电路应该用金属屏蔽罩屏蔽。

8）去耦电容。去耦电容以瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计电路板时，每个集成电路的电源和地线之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用：一方面是作为集成电路的储能电容，提供和吸收该集成电路开门和关门瞬间的充放电电能；另一方面是作为高频噪声的旁路释放通道。数字电路中典型的去耦电容为0.1μF，这样的电容有5nH的分布电感，可以对10MHz以下的噪声有较好的去耦作用。一般情况下，选择0.01～0.1μF的电容都可以。

一般要求每10片左右的集成电路增加一个10μF的充放电电容。另外，在电源端、电路板的四角等位置应该跨接一个10～100μF的电容。

2.制板

制板的工艺由不同的PCB决定，单面板、双面板和多层板各不相同，如图5-3和图5-4所示。

双面板的工艺介于两者之间。

3.焊板

图5-3 单面板的工艺流程

PCB与元器件之间的焊接有人工烙铁焊和机器焊两种方式，在大规模批量生产中基本采用机器焊。机器焊主要有波峰焊和回流焊两种方式。其中，波峰焊用于有引脚的元器件的焊接；而回流焊则用于表面封装元器件（SMC）的焊接。

（1）波峰焊

波峰焊是指将熔化的软钎焊料（铅锡合金），经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰（亦可通过向焊料池注入氮气来形成），使预先装有元器件的PCB通过焊料波峰，实现元器件焊端或引脚与PCB焊盘之间机械与电气连接的软钎焊（见图5-5）。

波峰焊除了适用于有引脚的元器件焊接，也可用于焊接贴片元器件，但效率和成品率就比回流焊差很多，但回流焊难以焊接有引脚的元器件，在可见的未来，波峰焊和回流焊仍会共存。

图5-4 多层板的工艺流程

（2）回流焊

由于电子产品PCB不断小型化的需要，出现了片状元器件，传统的焊接方法已不能适应需要。在混合集成电路板组装中首先采用了回流焊工艺，组装焊接的元器件多数为片状电容、片状电感、贴装型晶体管及二极管等。回流焊工艺是通过重新熔化预先分配到PCB焊盘上的膏状软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与PCB焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。

回流焊的工艺和设备比较复杂，可分为单面贴装、双面贴装两种（见图5-6和图5-7）。

图5-5 波峰焊焊板流程

图5-6 单面贴装流程

图5-7 双面贴装流程

在混合装配的工艺中，一块电路板要经过回流焊、波峰焊两种焊接工艺，例如在电路板元器件面上同时有贴装元器件和插装元器件时，那么这种电路板则需先经过回流焊后，再过波峰焊（见图5-8和图5-9）。

图5-8 回流焊电路板（得实AR-300K通用卷筒打印机主控板）

图5-9 波峰焊电路板（得实AR-300K通用卷筒打印机电源板）

（3）无铅焊

随着人们对环境保护意识的增强有了新的焊接工艺。以前是采用锡铅合金，但是铅是重金属，对人体有很大的伤害，于是现在有了无铅工艺的产生。它采用了锡银铜合金和特殊的助焊剂，且焊接时温度控制的要求更高，以及需要更高的预热温度，但即使这样，无铅焊仍然比有铅焊的效果要差一些。