如果這七個(gè)基本PCB設(shè)計(jì)技巧你都掌握了，代表你已經(jīng)走在實(shí)現(xiàn)快速、可靠、專(zhuān)業(yè)品質(zhì)PCB的道路上。

 

本文將探討印刷電路板(PCB)設(shè)計(jì)新手和老手都適用的七個(gè)基本(而且關(guān)鍵的)技巧和策略，只要在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)這些技巧多加注意，就能為你與你的團(tuán)隊(duì)減少重新設(shè)計(jì)次數(shù)、縮短設(shè)計(jì)時(shí)間以及減輕整體設(shè)計(jì)結(jié)果診斷的任務(wù)；以下讓我們一一看來(lái)。

 

1、熟悉PCB工廠制造流程

在這個(gè)無(wú)晶圓廠IC業(yè)者當(dāng)?shù)赖臅r(shí)代，許多工程師其實(shí)不清楚根據(jù)他們的設(shè)計(jì)檔案制造之PCB生產(chǎn)步驟與化學(xué)處理制程；這并不令人驚訝。不過(guò)這種實(shí)作知識(shí)的缺乏，往往導(dǎo)致新手工程師做出不必要的較復(fù)雜設(shè)計(jì)決策。

 

設(shè)計(jì)真的需要那么復(fù)雜嗎？難道不能用更大的網(wǎng)格來(lái)進(jìn)行布線，從而降低電路板成本并提高可靠性？設(shè)計(jì)新手容易犯的其他錯(cuò)誤，還有不必要的過(guò)小通孔尺寸以及盲孔(blind via)和埋孔(buried via)。那些先進(jìn)的通孔結(jié)構(gòu)是PCB設(shè)計(jì)師的利器，但其有效性高度情境化(effectiveness)，它們雖然是可用的工具，但并不表示一定要使用。

 

PCB設(shè)計(jì)專(zhuān)家Bert Simonovich的一篇部落格文章就談到了通孔尺寸比例的問(wèn)題：「長(zhǎng)寬比6:1的通孔，能確保你的電路板可以在任何地方生產(chǎn)。」對(duì)于大多數(shù)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，只要稍加思考和規(guī)劃，就可以避免那些高密度(HDI)特徵并再次節(jié)省成本、提高設(shè)計(jì)的可制造性。

 

那些超小尺寸或單端(dead-ended)通孔進(jìn)行鍍銅所要求的物理學(xué)和流體力學(xué)能力，并不是所有PCB代工廠都擅長(zhǎng)的。記住，只要有一個(gè)不良通孔就可以毀掉整片電路板；如果你的設(shè)計(jì)里有2萬(wàn)個(gè)通孔，那么你就有2萬(wàn)次失敗的機(jī)會(huì)。不必要地使用HDI通孔，失敗率立刻飆升。

 

2、電路圖能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)任務(wù)

有時(shí)候只是設(shè)計(jì)一片簡(jiǎn)單電路板，畫(huà)電路圖(schematic)似乎是在浪費(fèi)時(shí)間；特別是如果你已經(jīng)有過(guò)完成一、兩個(gè)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。但對(duì)于初次設(shè)計(jì)PCB的人來(lái)說(shuō)，畫(huà)電路圖也會(huì)是個(gè)艱鉅任務(wù)。跳過(guò)電路圖是新手和具備中等程度經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工程師經(jīng)常采取的一種戰(zhàn)略，但請(qǐng)從一個(gè)可以做為參考的完整電路圖為起點(diǎn)來(lái)發(fā)展你的布線，有助于確保你的布線連結(jié)能全部完成；以下是其理由。

 

首先，電路圖是PCB電路的視覺(jué)呈現(xiàn)，能傳達(dá)多個(gè)層次的資訊；電路的子區(qū)域分好幾頁(yè)詳細(xì)繪制，功能相對(duì)應(yīng)的零組件能安排在鄰近的位置，無(wú)論其最終實(shí)體布局為何。其次，由于電路圖符號(hào)會(huì)標(biāo)示每個(gè)零組件的每一支接腳，很容易檢查出未連線的接腳；換句話說(shuō)，無(wú)論描述電路的正式規(guī)則是否被遵循，電路圖有助于你快速以視覺(jué)判定，確保電路的完整。

 

在設(shè)計(jì)PCB時(shí)如果有一個(gè)電路圖可做為基礎(chǔ)范本，能簡(jiǎn)化布線任務(wù)。利用電路圖符號(hào)來(lái)完成連結(jié)，同時(shí)你就在不需要反覆思索那些連結(jié)的前提下克服了走線挑戰(zhàn)；最后你會(huì)因?yàn)樽サ搅嗽诘谝淮涡抻啎r(shí)遺漏的走線連結(jié)而節(jié)省了設(shè)計(jì)重做。

 

3、使用自動(dòng)布線器但勿依賴(lài)

大多數(shù)專(zhuān)業(yè)級(jí)PCB CAD工具都有自動(dòng)布線器，不過(guò)除非你設(shè)計(jì)PCB很專(zhuān)業(yè)，自動(dòng)布線器充其量只能被用來(lái)讓設(shè)計(jì)初步過(guò)關(guān)；對(duì)PCB電路連結(jié)來(lái)說(shuō)，自動(dòng)布線器并非一次點(diǎn)擊就能完成的解決方案，你仍然應(yīng)該要知道如何以手工布線。

 

自動(dòng)布線器是一種高度可配置的工具，為充分發(fā)揮它們的作用，每次任務(wù)都要對(duì)布線器參數(shù)進(jìn)行仔細(xì)、考慮周全的設(shè)置，甚至對(duì)單片PCB上的各個(gè)模組都要個(gè)別考量，總之就是沒(méi)有任何恰當(dāng)?shù)幕就ㄓ妙A(yù)設(shè)值。

 

當(dāng)你問(wèn)一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)工程師：「哪種自動(dòng)布線器最好用？」他們會(huì)回答：「兩邊耳朵中間的的東西(眼睛)；」而且他們是認(rèn)真的。布線這個(gè)過(guò)程如同演算法一般更像是一種藝術(shù)，本身就是啟發(fā)式(heuristic)的，因此很類(lèi)似傳統(tǒng)的回溯演算法(backtracking algorithm)。

 

回溯演算法很適合用來(lái)尋找解決方案，特別是迷宮或拼圖等路徑選擇受限的場(chǎng)合；但在一個(gè)開(kāi)放、不受限制的場(chǎng)合，例如預(yù)先放置了零組件的PCB，回溯演算法就無(wú)法發(fā)揮尋找最佳化解決方案的強(qiáng)項(xiàng)。除非自動(dòng)布線器的約束條件經(jīng)過(guò)工程師仔細(xì)微調(diào)，其布線成品還是需要人工檢查回溯演算法結(jié)果中的弱點(diǎn)。

 

走線尺寸是另一個(gè)問(wèn)題點(diǎn)，自動(dòng)布線器無(wú)法百分之百確定你打算在一條走線上通過(guò)多大的電流，所以也不能幫你確定要用多寬的走線；結(jié)果是大多數(shù)自動(dòng)布線器產(chǎn)生的走線寬度不符規(guī)格。

 

當(dāng)你考慮使用自動(dòng)布線器時(shí)，先問(wèn)問(wèn)自己：「在我為板子設(shè)置好自動(dòng)布線器約束條件、甚至為電路圖上的每條走線都設(shè)置了約束條件之后，還有多少時(shí)間讓我用手工布線？」設(shè)計(jì)工程師老手會(huì)把大部份精力放在最初的零件布局上，幾乎整個(gè)設(shè)計(jì)時(shí)間的一半都致力于從以下三個(gè)方面最佳化元件布局：

 

布線簡(jiǎn)化—盡量減少飛線(rat's nest，或譯鼠線、鼠跡網(wǎng))的交叉等等。‘元件的近接—繞線越短越好。’訊號(hào)時(shí)序(signal timing)考量。

 

老前輩們經(jīng)常使用混合方法來(lái)布線—用手工進(jìn)行關(guān)鍵布線，固定它們的位置，然后以自動(dòng)布線器處理非關(guān)鍵走線；設(shè)計(jì)中的自動(dòng)布線區(qū)域有助于管理在布線演算法中的「失控(runaway)狀態(tài)」，這種方法有時(shí)能在手工布線的可掌控性與自動(dòng)布線的速度之間取得良好折衷。

 

4、考量電路板尺寸和電流

大多數(shù)從事電子設(shè)計(jì)的人都知道，就像沿著河道走的河流，流動(dòng)的電子也可能會(huì)遇到咽喉點(diǎn)和瓶頸；這一點(diǎn)被直接應(yīng)用在車(chē)用保險(xiǎn)絲(automotive fuse)的設(shè)計(jì)中。透過(guò)控制走線的厚度和形狀(U型彎曲、V型彎曲、S形等)，保險(xiǎn)絲可以經(jīng)過(guò)?；矗陔娏鞒d時(shí)熔斷于咽喉點(diǎn)。

 

問(wèn)題是，設(shè)計(jì)工程師偶爾會(huì)在他們的PCB設(shè)計(jì)中遭遇類(lèi)似的電氣咽喉點(diǎn)；舉例來(lái)說(shuō)：在用兩個(gè)陡峭45度也可以的地方，使用90度彎角；當(dāng)彎曲度大于90度時(shí)，采用之字形狀。充 其量那些導(dǎo)線只會(huì)讓訊號(hào)傳播速度變慢；最糟糕的情況是它們會(huì)像汽車(chē)保險(xiǎn)絲一樣在電阻點(diǎn)熔斷。

 

5、避開(kāi)裂片風(fēng)險(xiǎn)

裂片(sliver)是一種制造上的失誤，可透過(guò)適當(dāng)?shù)碾娐钒逶O(shè)計(jì)獲得最佳管理(如圖1)；為了理解裂片問(wèn)題，我們需要復(fù)習(xí)一下化學(xué)蝕刻制程?；瘜W(xué)蝕刻是為了分解不需要的銅，但如果要蝕刻的部分特別長(zhǎng)、薄、呈片狀，那些形狀有時(shí)候會(huì)在完全被分解之前整塊剝離；這種裂片會(huì)飄浮在化學(xué)溶液中，有可能隨機(jī)落在另一片電路板上。

 

同樣有可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)是，裂片仍留在原來(lái)那片電路板上；如果裂片夠窄，酸液池可能會(huì)腐蝕掉下方足夠多的銅，使裂片部分剝離。于是裂片像旗子一樣黏著電路板四處飄，最后還是免不了落到那片板子上導(dǎo)致其他走線短路。