電路板設(shè)計(jì)是電子產(chǎn)品的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它基于電路原理，運(yùn)用專業(yè)設(shè)計(jì)軟件，將各種電子元件的布局、線路連接等進(jìn)行規(guī)劃與繪制，確定電路板的層數(shù)、尺寸和形狀。通過合理的布線設(shè)計(jì)，讓電流能夠在各個(gè)元件間有序傳輸，保障電子產(chǎn)品的穩(wěn)定運(yùn)行。其廣泛應(yīng)用于通信、醫(yī)療、航空航天等諸多領(lǐng)域，是推動電子產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)與性能提升的核心步驟。

本文將分享一些具體的PCB設(shè)計(jì)指南

解決熱量問題

你是否曾因熱量問題而導(dǎo)致電路性能的降低甚至電路板損壞？由于沒有考慮散熱，出現(xiàn)過很多問題困擾許多設(shè)計(jì)者。這里有一些指導(dǎo)要記住，以幫助解決散熱問題：

1）識別麻煩的元件——第一步是開始考慮哪些元件會耗散電路板上的最多熱量。這可以通過首先在元件的數(shù)據(jù)表中找到“熱阻”等級，然后按照建議的指導(dǎo)方針來轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的熱量來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，可以添加散熱器和冷卻風(fēng)扇以保持元件溫度下降，并且還要記住使關(guān)鍵元件遠(yuǎn)離任何高熱源。

2）添加熱風(fēng)焊盤——添加熱風(fēng)焊盤對于生產(chǎn)可制造的電路板非常有用，它們對于高銅含量元件和多層電路板上的波峰焊接應(yīng)用至關(guān)重要。由于難以保持工藝溫度，因此始終建議在通孔元件上使用熱風(fēng)焊盤，以便通過減慢元件管腳處的散熱速率，使焊接過程盡可能簡單。

作為一般準(zhǔn)則，始終對連接到地平面或電源平面的任何通孔或過孔使用熱風(fēng)焊盤方式連接。除了熱風(fēng)焊盤外，你還可以在焊盤連接線的位置添加淚滴，以提供額外的銅箔/金屬支撐。這將有助于減少機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。

典型的熱風(fēng)焊盤連接方式

熱風(fēng)焊盤科普

許多工廠內(nèi)負(fù)責(zé)制程(Process)或是 SMT 技術(shù)的工程師經(jīng)常會碰到電路板元件發(fā)生空焊(solder empty)、假焊(de-wetting)或冷焊(cold solder)等等這類焊不上錫(non-wetting)的不良問題，不論制程條件怎么改或是回流焊的爐溫再怎么調(diào)，就是有一定焊不上錫的比率。這究竟是怎么回事？

撇開元件及電路板氧化的問題，究其根因后發(fā)現(xiàn)有很大部分這類的焊接不良其實(shí)都來自于電路板的布線(layout)設(shè)計(jì)缺失，而最常見的就是在元件的某幾個(gè)焊腳上連接到了大面積的銅皮，造成這些元件焊腳經(jīng)過回流焊后發(fā)生焊接不良，有些手焊元件也可能因?yàn)橄嗨魄樾味斐杉俸富虬傅膯栴}，有些甚至因?yàn)榧訜徇^久而把元件給焊壞掉。

一般 PCB 在電路設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常需要鋪設(shè)大面積的銅箔來當(dāng)作電源(Vcc、Vdd 或 Vss)與接地(GND，Ground)之用。這些大面積的銅箔一般會直接連接到一些控制電路(IC)及電子元件的管腳。

不幸的是如果我們想要將這些大面積的銅箔加熱到融錫的溫度時(shí)，比起獨(dú)立的焊墊通常需要花比較多的時(shí)間（就是加熱會比較慢），而且散熱也比較快。當(dāng)這樣大面積的銅箔布線一端連接在小電阻、小電容這類 小元器件，而另一端不是時(shí)，就容易因?yàn)槿阱a及凝固的時(shí)間不一致而發(fā)生焊接問題；

如果回流焊的溫度曲線又調(diào)得不好，預(yù)熱時(shí)間不足時(shí)，這些連接在大片銅箔的元件焊腳就容易因?yàn)檫_(dá)不到融錫溫度而造成虛焊的問題。

PCB人工焊接（Hand Soldering）時(shí)，這些連接在大片銅箔的元件焊腳則會因?yàn)樯崽?，而無法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成焊接。

最常見到的不良現(xiàn)象就是包焊、虛焊，焊錫只有焊在元件的焊腳上而沒有連接到電路板的焊盤。從外觀看起來，整個(gè)焊點(diǎn)會形成一個(gè)球狀；更甚者，作業(yè)員為了要把焊腳焊上電路板而不斷調(diào)高烙鐵的溫度，或是加熱過久，以致造成元件超過耐熱溫度而毀損而不自知。如下圖所示。

包焊、冷焊或虛焊

既然知道了問題點(diǎn)就可以有解決的方法，一般我們都會要求采用所謂 Thermal Relief pad（熱風(fēng)焊墊）設(shè)計(jì)來解決這類因?yàn)榇笃~箔連接元件焊腳所造成的焊接問題。

如下圖所示，左邊的布線沒有采用熱風(fēng)焊盤，而右邊的布線則已經(jīng)采用了熱風(fēng)焊盤的連接方式，可以看到焊盤與大片銅箔的接觸面積只剩下幾條細(xì)小的線路，這樣就可以大大限制焊墊上溫度的流失，達(dá)到較佳的焊接效果。

采用 Thermal Relief pad（熱風(fēng)焊墊）對比

當(dāng)你將所有的部分組合在一起進(jìn)行制造時(shí)，很容易在設(shè)計(jì)項(xiàng)目結(jié)束時(shí)才發(fā)現(xiàn)問題，不堪重負(fù)。因此，在此階段對你的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行雙重和三重檢查可能意味著制造是成功還是失敗。

為了幫助完成質(zhì)量控制過程，我們始終建議你從電氣規(guī)則檢查（ERC）和設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）開始，以驗(yàn)證你的設(shè)計(jì)是否完全滿足所有的規(guī)則及約束。使用這兩個(gè)系統(tǒng)，你可以輕松進(jìn)行間隙寬度，線寬，常見制造設(shè)置，高速要求和短路等等方面的檢查。

當(dāng)你的 ERC 和 DRC 產(chǎn)生無差錯(cuò)的結(jié)果時(shí)，建議你檢查每個(gè)信號的布線情況，從原理圖到 PCB，一次檢查一條信號線的方式仔細(xì)確認(rèn)你沒有遺漏任何信息。另外，使用你的設(shè)計(jì)工具的探測和屏蔽功能，以確保你的 PCB 布局材料與你的原理圖相匹配。

仔細(xì)檢查你的設(shè)計(jì)，PCB 和約束規(guī)則

當(dāng)你掌握了PCB 設(shè)計(jì)師都需要知道的這幾個(gè)設(shè)計(jì)指南，通過遵循這些建議，你將很快就能夠得心應(yīng)手地設(shè)計(jì)出功能強(qiáng)大且可制造的電路板，并擁有真正優(yōu)質(zhì)的印刷電路板。

PCB廠說良好的 PCB 設(shè)計(jì)實(shí)踐對于成功至關(guān)重要，這些設(shè)計(jì)規(guī)則為構(gòu)建和鞏固所有設(shè)計(jì)實(shí)踐中持續(xù)改進(jìn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。