電路板設(shè)計是電子產(chǎn)品的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它基于電路原理，運用專業(yè)設(shè)計軟件，將各種電子元件的布局、線路連接等進行規(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，讓電流能夠在各個元件間有序傳輸，保障電子產(chǎn)品的穩(wěn)定運行。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都來自于電路板的布線(layout)設(shè)計缺失，而最常見的就是在元件的某幾個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為相似情形而造成假焊或包焊的問題，有些甚至因為加熱過久而把元件給焊壞掉。

一般 PCB 在電路設(shè)計時經(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，比起獨立的焊墊通常需要花比較多的時間（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，就容易因為融錫及凝固的時間不一致而發(fā)生焊接問題；

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

PCB人工焊接（Hand Soldering）時，這些連接在大片銅箔的元件焊腳則會因為散熱太快，而無法在規(guī)定時間內(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，整個焊點會形成一個球狀；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)計來解決這類因為大片銅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小的線路，這樣就可以大大限制焊墊上溫度的流失，達到較佳的焊接效果。

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行制造時，很容易在設(shè)計項目結(jié)束時才發(fā)現(xiàn)問題，不堪重負。因此，在此階段對你的設(shè)計工作進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)計規(guī)則檢查（DRC）開始，以驗證你的設(shè)計是否完全滿足所有的規(guī)則及約束。使用這兩個系統(tǒng)，你可以輕松進行間隙寬度，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)生無差錯的結(jié)果時，建議你檢查每個信號的布線情況，從原理圖到 PCB，一次檢查一條信號線的方式仔細確認你沒有遺漏任何信息。另外，使用你的設(shè)計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。

仔細檢查你的設(shè)計，PCB 和約束規(guī)則

當(dāng)你掌握了PCB 設(shè)計師都需要知道的這幾個設(shè)計指南，通過遵循這些建議，你將很快就能夠得心應(yīng)手地設(shè)計出功能強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)計實踐對于成功至關(guān)重要，這些設(shè)計規(guī)則為構(gòu)建和鞏固所有設(shè)計實踐中持續(xù)改進的實踐經(jīng)驗奠定了基礎(chǔ)。