PCB设计常见问题1-20例笔记

1、整个PCB版图设计的完整流程

⑴、原理图检查（检查是否有单端网络、连接错误、没有指定封装等设计问题）

⑵、原理图输出网表以及网表检查

⑶、检查封装库（没有封装库的，匹配原理图，新建封装库）

⑷、导入原理图网表，将所有元器件导入PCB中

⑸、核对产品结构图纸，定位好结构元器件

⑹、PCB版图布局

⑺、布局优化以及布线规划

⑻、层叠设计以及整个PCB版图的设计规则添加

⑼、PCB版图布线

⑽、PCB版图电源分割与处理

⑾、布线优化

⑿、生产文件（Gerber）的输出

2、金属化孔

金属化孔（Plated Through Hole，PTH）：沉铜、孔化、镀通孔，一般来说：内孔直径x2=外孔直径。

3、非金属化孔

非金属化孔（Non-Plated Through Hoel,NPTH）:内壁无铜孔，机械定位通孔，内孔与外孔径相等。

4、特性阻抗

特性阻抗： 又称“特征阻抗”，它不是直流电阻，属于长线传输中的概念。主要应用于高频信号电路中；

信号在传输的过程中，如果传输路径上的特性阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的节点产生反射。

影响特性阻抗的因素有：介电常数、介质厚度、线宽、铜箔厚度等。

5、阻抗匹配目的

在于传输线上所有高频的微波信号皆能到达负载点，不会有信号反射回源点。

6、影响PCB特性阻抗的因素有哪些?

介质厚度H：增加介质厚度可以提高阻抗，降低介质厚度可以减小阻抗。

铜厚T：减小线厚可增大阻抗，增加线厚可减小阻抗。

线宽W：增加线宽，可减少阻抗，减小线宽可增大阻抗。

材质介电常数 εr：增加介电常数，可减小阻抗；减小介电常数，可增大阻抗。

阻焊厚度：印上阻焊会使外层阻抗减少。印刷1遍降低单端2Ω 查分8Ω，2遍下降值x2,3遍以上阻抗值不再变化。

7、PCB厚度分类：

一般厚度：0.5mm，0.7mm，0.8mm，1mm，1.2mm，1.6mm，2.0mm，2.2mm等：

常规双面金手指板厚：1.5mm，多层金手指板厚1.0mm和1.6mm；

1mm厚度的PCB，最大拼板尺寸为200mmx150mm；

当板面较大或无法支持时，应选择2~3mm厚的板;有负荷振动条件下，要根据振动条件采取缩小板的尺寸或加固和增加支持点的办法，1.6mm板厚的PCB仍然可以使用;

只装配集成电路、小功率晶体管、电阻、电容等小功率元器件，在没有较强的负荷振动条件下，使用厚度为1.6mmPCB的尺寸在500mmx500mm之内。

8、板厚公差要求：

板厚≤1.0mm ：板厚公差是±0.1mm；

板厚＞1.0mm：板厚公差是±10%。

9、PCB线路板开路和短路有什么区别?

PCB开路：指的是本应该连接在一起的两个点，由于中间出现裂痕，最后无法正常连接在一起，这种情况叫作“开路”。

PCB短路：指的是两条之间自身存在一定矩离的线路，中间出现多余的铜或杂质，最够导致线与线之间信号无法进行正常的传输，这种情况就叫作“短路”。

两者的区别就在于：开路是在一条原本完整的线路上发生断裂，把这条线路一分为二;而短路是在原本两条线路之间，多出来一些东西，最后影响到信号的连接，简而言之，开路是少了一些东西，短路是多出一些东西。

10、多层板进行阻抗、层叠设计考虑的基本原则有哪些？

在进行阻抗、层叠设计的时候，主要的依据就是PCB板厚、层数、阻抗值要求、电流的大小、信号完整性、电源完整性等，

一般参考的原则如下：叠层具有对称性；阻抗具有连续性；元器件面下面参考层尽量是完整的地或者电源(一般是第二层或者倒数第二层)；电源平面与地平面紧耦合；信号层尽量靠近参考平面层；两个相邻的信号层之间尽量拉大间距。走线为正交；信号上下两个参考层为地和电源，尽量拉近信号层与地层的距离；差分信号的间距≤2倍的线宽；板层之间的半固化片≤3张；次外层至少有一张7628或者2116或者3313；

半固化片使用顺序7628→2116→3313→1080→106。

11、PCB表面处理工艺的目的是什么？

目的：保证良好的可焊性或者电气性能。

否则自然界的铜在空气中暴露会以氧化物的形式存在。

常见的表面处理工艺：热风整平、有机涂覆（OSP）、滑雪镀镍/浸金（化学沉金）、浸银（沉银）、浸锡（沉锡）、电镀镍金、化学镀钯（bǎ）、其他表面处理工艺等；

12、热风整平是什么？

热风整平又名热风焊料整平，它是在PCB表面涂覆熔融锡铅焊料并用加热压缩空气整（吹）平的工艺，使其形成一层既抗铜氧化，又可提供良好的可焊性的涂覆层。

热风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属间化合物。保护铜面的焊料厚度大约有1-2mil。PCB进行热风整平时要浸在熔融的焊料中；风刀在焊料凝固之前吹平液态的焊料；

风刀能够将铜面上焊料的弯月状最小化和阻止焊料桥接。热风整平分为垂直式和水平式两种，一般认为水平式较好，主要是水平式热风整平镀层比较均匀，可实现自动化生产。

热风整平工艺的一般流程为：微蚀→预热→涂覆助焊剂→喷锡→清洗。

13、有机涂覆是什么？

有机涂覆工艺不同于其他表面处理工艺，它是在铜和空气间充当阻隔层；有机涂覆工艺简单、成本低廉，这使得它能够在业界广泛使用。早期的有机涂覆的分子是起防锈作用的咪唑和苯并三唑，最新的分子主要是苯并咪唑，它是化学键合氮功能团到PCB上的铜。在后续的焊接过程中，如果铜面上只有一层的有机涂覆层是不行的，必须有很多层。这就是为什么化学槽中通常需要添加铜液。在涂覆第一层之后，涂覆层吸附铜；接着第二层的有机涂覆分子与铜结合，直至二十甚至上百次的有机涂覆分子集结在铜面，这样可以保证进行多次回流焊。试验表明：最新的有机涂覆工艺能够在多次无铅焊接过程中保持良好的性能。

有机涂覆工艺的一般流程为：脱脂→微蚀→酸洗→纯水清洗→有机涂覆→清洗，过程控制相对其他表面处理工艺较为容易。

14、镀镍工艺是什么？

化学镀镍/浸金化学镀镍/浸金工艺不像有机涂覆那样简单，化学镀镍/浸金好像给PCB穿上厚厚的盔甲；另外化学镀镍/浸金工艺也不像有机涂覆作为防锈阻隔层，它能够在PCB长期使用过程中有用并实现良好的电性能。因此，化学镀镍/浸金是在铜面上包裹一层厚厚的、电性良好的镍金合金，这可以长期保护PCB；另外它也具有其它表面处理工艺所不具备的对环境的忍耐性。镀镍的原因是由于金和铜间会相互扩散，而镍层能够阻止金和铜间的扩散；如果没有镍层，金将会在数小时内扩散到铜中去。化学镀镍/浸金的另一个好处是镍的强度，仅仅5微米厚度的镍就可以限制高温下Z方向的膨胀。此外化学镀镍/浸金也可以阻止铜的溶解，这将有益于无铅组装。

化学镀镍/浸金工艺的一般流程为：酸性清洁→微蚀→预浸→活化→化学镀镍→化学浸金，主要有6个化学槽，涉及到近100种化学品，因此过程控制比较困难。

15、浸银工艺是什么？

浸银工艺介于有机涂覆和化学镀镍/浸金之间，工艺比较简单、快速；不像化学镀镍/浸金那样复杂，也不是给PCB穿上一层厚厚的盔甲，但是它仍然能够提供好的电性能。银是金的小兄弟，即使暴露在热、湿和污染的环境中，银仍然能够保持良好的可焊性，但会失去光泽。浸银不具备化学镀镍/浸金所具有的好的物理强度因为银层下面没有镍。另外浸银有好的储存性，浸银后放几年组装也不会有大的问题。浸银是置换反应，它几乎是亚微米级的纯银涂覆。有时浸银过程中还包含一些有机物，

主要是防止银腐蚀和消除银迁移问题；一般很难测量出来这一薄层有机物，分析表明有机体的重量少于1％。

16、浸锡工艺是什么？

浸锡由于目前所有的焊料都是以锡为基础的，所以锡层能与任何类型的焊料相匹配。从这一点来看，浸锡工艺极具有发展前景。但是以前的PCB经浸锡工艺后出现锡须，在焊接过程中锡须和锡迁徙会带来可靠性问题，因此浸锡工艺的采用受到限制。后来在浸锡溶液中加入了有机添加剂，可使得锡层结构呈颗粒状结构，克服了以前的问题，而且还具有好的热稳定性和可焊性。浸锡工艺可以形成平坦的铜锡金属间化合物，这个特性使得浸锡具有和热风整平一样的好的可焊性而没有热风整平令人头痛的平坦性问题；浸锡也没有化学镀镍/浸金金属间的扩散问题——铜锡金属间化合物能够稳固的结合在一起。浸锡板不可存储太久，组装时必须根据浸锡的先后顺序进行。

17、其他表面处理工艺及化学镀钯

其他表面处理工艺其他表面处理工艺的应用较少，下面来看应用相对较多的电镀镍金和化学镀钯工艺。电镀镍金是PCB表面处理工艺的鼻祖，自从PCB出现它就出现，以后慢慢演化为其他方式。它是在PCB表面导体先镀上一层镍后再镀上一层金，镀镍主要是防止金和铜间的扩散。现在的电镀镍金有两类：镀软金（纯金，金表面看起来不亮）和镀硬金（表面平滑和硬，耐磨，含有钴等其他元素，金表面看起来较光亮）。软金主要用于芯片封装时打金线；硬金主要用在非焊接处的电性互连。考虑到成本，业界常常通过图像转移的方法进行选择性电镀以减少金的使用。目前选择性电镀金在业界的使用持续增加，这主要是由于化学镀镍/浸金过程控制比较困难。正常情况下，焊接会导致电镀金变脆，这将缩短使用寿命，因而要避免在电镀金上进行焊接；但化学镀镍/浸金由于金很薄，且很一致，变脆现象很少发生。化学镀钯的过程与化学镀镍过程相近似。主要过程是通过还原剂（如次磷酸二氢钠）使钯离子在催化的表面还原成钯，新生的钯可成为推动反应的催化剂，因而可得到任意厚度的钯镀层。

化学镀钯的优点为良好的焊接可靠性、热稳定性、表面平整性。

18、金手指是什么？有什么设计要求？

金手指（connecting finger）一般用于电脑硬件如：（内存条上与内存插槽接口之间、显卡与显卡插槽接口等），所有的信号都是通过金手指进行传送的。金手指由众多金黄色的导电触片组成，因其表面镀金而且导电触片排列如手指状，所以称为“金手指”。

优点：金的抗氧化性和传导性极强，外观相比镀锡等更亮丽。

设计要求如下：

金手指上金的厚度一般是0.25-1.3um，金的厚度根据金手指的插拔次数而定；

金手指间的最小距离6mil；

金手指板卡的设计厚度是0.8-2.0mm；

金手指最大高度≤2inch；

金手指倒角的角度可以是20°、30°、45°、60°、90°；

沉锡、沉银焊盘的距离离金手指顶端最小间距14mil；

金手指的倒角要求如下图所示，除了插入边要倒角以外，插板两侧板也应该设计（1-1.5mm）45°的倒角或者R1-R1.5的圆角，方便插拔。

19、PCB阻焊及目的是什么？

PCB阻焊，也叫PCB防焊，在柔性线路板中也叫PCB阻焊膜，英文为Solder Mask or Solder Resist，采用绿色等感光油墨喷涂于PCB电路板表层。

目的：防止氧化及焊接时出现桥连现象（连锡）的发生，主要起到电气绝缘的作用。

阻焊的颜色有：绿色、白色、蓝色、黑色、红色、黄色、亚光色、紫色、菊色、亮绿色、哑光黑、哑光绿等。

20、焊盘设计的一般原则是什么？

阻焊开窗应该比焊盘大6mil以上；

PCB设计的时候贴片焊盘之间、贴片焊盘与插件之间、过孔之间要保留阻焊桥，最小的宽度为4mil；

PCB走线、铺铜、器件等到阻焊开窗的距离要6mil以上；

散热焊盘应该做开全窗处理，并在焊盘上打上过孔；

金手指的焊盘的开窗应该做开全窗处理，上端跟金手指上端平齐，下端要超出金手指下面的板边，金手指顶部的开窗与其它走线、铺铜、器件的间距要大于20mil；
审核编辑：汤梓红