PCB布局的重要性

劉月梅+倪立年

【摘 要】 PCB布局對(duì)印制板的生產(chǎn)效率和成本有相當(dāng)重要的影響，是衡量印制板可制造性的關(guān)鍵指標(biāo)；該文基于作者多年的電焊機(jī)PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，論述了PCB布局在印制板布線、以至印制板可制造性和可維修方面的關(guān)鍵作用。

【關(guān)鍵詞】 PCB布局 布線 可制造性 可維修性

隨著電焊機(jī)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，原有產(chǎn)品的升級(jí)及新產(chǎn)品的投放速度對(duì)企業(yè)的生存及發(fā)展壯大，都起到關(guān)鍵性作用。作為電焊機(jī)產(chǎn)品的重要部件之一的印制板，在設(shè)計(jì)過(guò)程中一旦考慮不周將導(dǎo)致后續(xù)布線、可制造性和可維修的效率降低；如果再進(jìn)行設(shè)計(jì)更改，勢(shì)必導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加和產(chǎn)品研發(fā)周期增長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的失敗。所以PCB的設(shè)計(jì)不可小覷，其布局也應(yīng)該引起項(xiàng)目組相關(guān)負(fù)責(zé)人員的高度重視。

PCB布局是按照電氣性能的要求和元器件的外形幾何尺寸，將元器件的位置均勻整齊的布置在布線區(qū)內(nèi)。合理的布局不但能滿足焊機(jī)的電氣性能方面的要求，更能提高生產(chǎn)效率、易于維修；本文分別對(duì)這幾個(gè)方面進(jìn)行了說(shuō)明。

1 PCB布局對(duì)布線的重要影響

（1）PCB布局決定了印制板布線的布通率，尤其單面板，布局合理可以達(dá)到100%的布通率，從而減少跳線，避免引入分布參數(shù)；（2）PCB布局決定了電源線和地線的布設(shè)結(jié)構(gòu)，布局中應(yīng)考慮布線回路面積最小，尤其布設(shè)IC器件電路時(shí)，應(yīng)將去耦電容放置于靠近電源和地的引腳，這樣可以在布線時(shí)，使整個(gè)IC器件的電源地回路面積最小，降低輻射耦合和高頻噪聲；（3）元件布局時(shí)，相互連接的元器件應(yīng)相對(duì)集中排列，這樣布線時(shí)可以提高布線密度，從而使印刷銅線最短，阻抗降低，整個(gè)印制板的抗噪聲能力提高；（4）在高速電路的布局如晶振，應(yīng)盡量靠近元件的管腳處，特別是高頻元件間的布局要近，這樣才能做到布線時(shí)線路最短，從而減少連線相互間的電磁干擾；（5）元件布局時(shí)應(yīng)分布均勻，這樣布線時(shí)導(dǎo)電層的導(dǎo)電面積就相對(duì)均衡，防止印制板因散熱不均而翹曲；（6）當(dāng)同時(shí)有模擬電路和數(shù)字電路時(shí)，要合理布局模擬電路部分和數(shù)字電路部分；對(duì)于噪聲產(chǎn)生嚴(yán)重的部分（如繼電器線圈，大電流、高壓的開關(guān)），盡量?jī)?yōu)化調(diào)整它們的位置，使布線時(shí)相互間的信號(hào)耦合最小，減少電磁干擾。

總之，PCB布局對(duì)布線有很重要的影響，元件整齊、線路均勻、能更好的抑制和減少電子干擾并提高自身抗干擾能力的印制板靠各種元件的合理布局以及合理的布線決定。

2 PCB布局對(duì)可制造性的重要影響

PCB布局對(duì)可制造性的重要影響主要體現(xiàn)在對(duì)下游產(chǎn)品即印制板的組裝和安裝上。這種影響有的比較具體，可以到每個(gè)元件的放置要求；有的卻比較籠統(tǒng)，與設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)理念息息相關(guān)。

（1）布局中，充分考慮所選元器件的特性和基本立體尺寸，保證元件安裝或組裝印制板時(shí)順利進(jìn)行；（2）布局中，元器件按照相同方向和極性布局排列，這樣，下游的生產(chǎn)部門可以提高放件速度和審核速度，從而大大提高生產(chǎn)效率；（3）布局中，元器件的標(biāo)識(shí)符號(hào)應(yīng)保證清晰無(wú)誤，它們能起到很好的指導(dǎo)生產(chǎn)的作用；（4）布局中，考慮印制板的工藝邊，利于貼機(jī)或波峰焊機(jī)器的自動(dòng)傳送，從而提高生產(chǎn)效率；（5）布局中，如果有貼片元件還應(yīng)考慮光學(xué)定位點(diǎn)的設(shè)置和位置安排，方便生產(chǎn)。（6）布局中，考慮無(wú)源元件長(zhǎng)軸方向與印制板行進(jìn)方向垂直，雙列封裝元件軸向與印制板行進(jìn)方向平行，保證元件兩端的管腳能同時(shí)浸焊，從而防止元件焊接中出現(xiàn)浮高現(xiàn)象，降低生產(chǎn)效率。

針對(duì)SMT布局，不同的設(shè)計(jì)者理念不同。但每個(gè)細(xì)節(jié)都需要考慮的非常周全，否則會(huì)給下游的生產(chǎn)帶來(lái)麻煩。作者曾遇到的一個(gè)如下的案例：電焊機(jī)的350低型機(jī)設(shè)計(jì)顯示板時(shí)，由于受前面板大小的限制，只能將貼片元件兩面布局；加工印制板時(shí)進(jìn)行陰陽(yáng)拼板，這樣制作一個(gè)鋼網(wǎng)板，就能貼所有的貼片元件，效率得到提高；但是，在二次貼片過(guò)程中，再次經(jīng)過(guò)回流爐時(shí)，已經(jīng)焊接好的一面的體積較大的電解電容卻容易脫落掉，最后不得不用手工補(bǔ)件，造成了元件的損壞和生產(chǎn)效率的降低；后來(lái)批量時(shí)，不得不進(jìn)行設(shè)計(jì)更改：用通孔插裝電解電容來(lái)代替貼片電解電容。所以，一個(gè)細(xì)節(jié)考慮不周就可能導(dǎo)致產(chǎn)品的研發(fā)周期變長(zhǎng)。

總之，PCB布局對(duì)可制造性也有很重要的影響。如果產(chǎn)品的可制造性不好，將會(huì)影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，甚至?xí)?dǎo)致所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品無(wú)法制造出來(lái)，或即使制造出來(lái)產(chǎn)品質(zhì)量也不易保證。因而，優(yōu)秀的設(shè)計(jì)者應(yīng)聯(lián)系實(shí)際的生產(chǎn)狀況、考慮每個(gè)細(xì)節(jié)，才能在布局時(shí)充分考慮產(chǎn)品的可制造性，這是設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。

3 PCB布局對(duì)可維修的重要影響

PCB布局對(duì)可維修的影響主要體現(xiàn)在測(cè)試點(diǎn)的可測(cè)試性和易損件的拆卸上。大家知道，印制板部件的維修是一個(gè)艱難、復(fù)雜的過(guò)程；如果測(cè)試點(diǎn)、易損件布局合理，可以大大提高維修效率。

（1）測(cè)試點(diǎn)布局不應(yīng)放置于元器件的焊盤上。因?yàn)闇y(cè)試點(diǎn)放置于元器件焊盤上，會(huì)使部分隱患難以發(fā)現(xiàn)；比如，測(cè)試點(diǎn)的“故障遮蔽效應(yīng)”。就是測(cè)試點(diǎn)布局時(shí)使用了元器件焊盤，而此處焊盤因?yàn)槟撤N原因虛焊。當(dāng)用探針按壓此測(cè)試點(diǎn)時(shí)，會(huì)因?yàn)橥饬⑻摵脯F(xiàn)象隱蔽掉，達(dá)到正常的電路要求；但當(dāng)不在測(cè)試狀態(tài)時(shí)，虛焊現(xiàn)象又會(huì)出現(xiàn)，導(dǎo)致整個(gè)印制板部件工作不正常；如此反復(fù)下去大大降低了維修人員的工作效率；（2）測(cè)試點(diǎn)布局應(yīng)遠(yuǎn)離體積較大的元器件、發(fā)熱元器件和高壓元件。只有這樣，測(cè)試人員測(cè)量測(cè)試點(diǎn)時(shí)才能比較容易、比較安全；（3）測(cè)試點(diǎn)布局不應(yīng)放置在印制板的工藝邊內(nèi)，防止在行進(jìn)的軌道中，把測(cè)試點(diǎn)夾壞；（4）測(cè)試點(diǎn)的焊盤上不應(yīng)放置阻焊劑和其它字符，以免影響可測(cè)試性；（5）測(cè)試點(diǎn)之間的間距不應(yīng)太小，最好在2.5mm以上；但相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)，也不應(yīng)間距太遠(yuǎn)，方便查找和測(cè)試；（6）布局中充分考慮易損件的位置，比如遠(yuǎn)離大體積元器件，方便拆卸。

總之，PCB布局對(duì)可維修也有重要的影響。如果測(cè)試點(diǎn)和易損件布局合理會(huì)使維修工作更加高效和快捷。

4 結(jié)語(yǔ)

以上是PCB布局對(duì)印制板的重要影響，它在一定程度上決定了印制板的制造、安裝和維修的難易程度。在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)趨于高密度的今天，每個(gè)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)都應(yīng)該更多的重視PCB的布局，這樣才能讓自己的產(chǎn)品擁有更穩(wěn)定的性能以及更高效的生產(chǎn)率，從而更迅速的占領(lǐng)市場(chǎng)商機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜培安.印制電路板的可靠性和可制造性設(shè)計(jì)（內(nèi)部培訓(xùn)教材） 航天科技集團(tuán)九院.endprint