【摘要】本文結(jié)合作者多年的印制板設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，著重印制板的電氣性能，從印制板穩(wěn)定性、可靠性方面，來討論多層印制板設(shè)計(jì)的基本要求。

【關(guān)鍵詞】印制電路板；表面貼裝器件；高密度互連；通孔

【Key words】Printed Circuit Board；Surface Mounting Device；High Density Interface；Via

一．概述印制板

    （PCB－Printed Circuit Board）也叫印制電路板、印刷電路板。多層印制板，就是指兩層以上的印制板，它是由幾層絕緣基板上的連接導(dǎo)線和裝配焊接電子元件用的焊盤組成，既具有導(dǎo)通各層線路，又具有相互間絕緣的作用。隨著SMT（表面安裝技術(shù)）的不斷發(fā)展，以及新一代SMD（表面安裝器件）的不斷推出，如QFP、QFN、 CSP、BGA（特別是MBGA），使電子產(chǎn)品更加智能化、小型化，因而推動了PCB工業(yè)技術(shù)的重大改革和進(jìn)步。

    自1991年IBM公司首先成功開發(fā)出高密度多層板（SLC）以來，各國各大集團(tuán)也相繼開發(fā)出各種各樣的高密度互連（HDI）微孔板。這些加工技術(shù)的迅猛發(fā)展，促使了PCB的設(shè)計(jì)已逐漸向多層、高密度布線的方向發(fā)展。多層印制板以其設(shè)計(jì)靈活、穩(wěn)定可靠的電氣性能和優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性能，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中。

    下面，作者以多年設(shè)計(jì)印制板的經(jīng)驗(yàn)，著重印制板的電氣性能，結(jié)合工藝要求，從印制板穩(wěn)定性、可靠性方面，來談?wù)劧鄬又瓢逶O(shè)計(jì)的基本要領(lǐng)。

二．印制板設(shè)計(jì)前的必要工作

    1. 認(rèn)真校核原理圖：任何一塊印制板的設(shè)計(jì)，都離不開原理圖。原理圖的準(zhǔn)確性，是印制板正確與否的前提依據(jù)。所以，在印制板設(shè)計(jì)之前，必須對原理圖的信號完整性進(jìn)行認(rèn)真、反復(fù)的校核，保證器件相互間的正確連接。

    2. 器件選型：元器件的選型，對印制板的設(shè)計(jì)來說，是一個十分重要的環(huán)節(jié)。同等功能、參數(shù)的器件，封裝方式可能有不同。封裝不一樣，印制板上器件的焊孔（盤）就不一樣。所以，在著手印制板設(shè)計(jì)之前，一定要確定各個元器件的封裝形式。

    多層板在器件選型方面，必須定位在表面安裝元器件（SMD）的選擇上，SMD以其小型化、高度集成化、高可靠性、安裝自動化的優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品上。

    同時(shí)，在器件選用上，不僅要注意器件的特性參數(shù)應(yīng)符合電路的需求，也要注意器件的供應(yīng)，避免器件停產(chǎn)問題；同時(shí)應(yīng)意識到：目前很多國產(chǎn)器件，如片狀電阻、電容、連接器、電位器等的質(zhì)量已逐漸達(dá)到進(jìn)口器件的水平，且有貨源充足、交貨期短、價(jià)格便宜等優(yōu)勢。所以，在電路許可的條件下，應(yīng)盡量考慮采用國產(chǎn)器件。

三．多層印制板設(shè)計(jì)的基本要求

    1．板外形、尺寸、層數(shù)的確定

    任何一塊印制板，都存在著與其他結(jié)構(gòu)件配合裝配的問題，所以，印制板的外形與尺寸，必須以產(chǎn)品整機(jī)結(jié)構(gòu)為依據(jù)。但從生產(chǎn)工藝角度考慮，應(yīng)盡量簡單，一般為長寬比不太懸殊的長方形，以利于裝配，提高生產(chǎn)效率，降低勞動成本。

    層數(shù)方面，必須根據(jù)電路性能的要求、板尺寸及線路的密集程度而定。對多層印制板來說，以四層板、六層板的應(yīng)用最為廣泛，以四層板為例，就是兩個導(dǎo)線層（元件面和焊接面）、一個電源層和一個地層，如下圖。

    多層板的各層應(yīng)保持對稱，而且最好是偶數(shù)銅層，即四、六、八層等。因?yàn)椴粚ΨQ的層壓，板面容易產(chǎn)生翹曲，特別是對表面貼裝的多層板，更應(yīng)該引起注意。

2．元器件的位置及擺放方向

    元器件的位置、擺放方向，首先應(yīng)從電路原理方面考慮，迎合電路的走向。擺放的合理與否，將直接影響了該印制板的性能，特別是高頻模擬電路，對器件的位置及擺放要求，顯得更加嚴(yán)格。合理的放置元器件，在某種意義上，已經(jīng)預(yù)示了該印制板設(shè)計(jì)的成功。所以，在著手編排印制板的版面、決定整體布局的時(shí)候，應(yīng)該對電路原理進(jìn)行詳細(xì)的分析，先確定特殊元器件（如大規(guī)模IC、大功率管、信號源等）的位置，然后再安排其他元器件，盡量避免可能產(chǎn)生干擾的因素。

    另一方面，應(yīng)從印制板的整體結(jié)構(gòu)來考慮，避免元器件的排列疏密不均，雜亂無章。這不僅影響了印制板的美觀，同時(shí)也會給裝配和維修工作帶來很多不便。

3．導(dǎo)線布層、布線區(qū)的要求

    一般情況下，多層印制板布線是按電路功能進(jìn)行，在外層布線時(shí)，要求在焊接面多布線，元器件面少布線，有利于印制板的維修和排故。細(xì)、密導(dǎo)線和易受干擾的信號線，通常是安排在內(nèi)層。大面積的銅箔應(yīng)比較均勻分布在內(nèi)、外層，這將有助于減少板的翹曲度，也使電鍍時(shí)在表面獲得較均勻的鍍層。為防止外形加工傷及印制導(dǎo)線和機(jī)械加工時(shí)造成層間短路，內(nèi)外層布線區(qū)的導(dǎo)電圖形離板緣的距離應(yīng)大于50mil，如下圖：

4．導(dǎo)線走向及線寬的要求

    多層板走線要把電源層、地層和信號層分開，減少電源、地、信號之間的干擾。相鄰兩層印制板的線條應(yīng)盡量相互垂直或走斜線、曲線，不能走平行線，以減少基板的層間耦合和干擾。且導(dǎo)線應(yīng)盡量走短線，特別是對小信號電路來講，線越短，電阻越小，干擾越小。同一層上的信號線，改變方向時(shí)應(yīng)避免銳角拐彎。導(dǎo)線的寬窄，應(yīng)根據(jù)該電路對電流及阻抗的要求來確定，電源輸入線應(yīng)大些，信號線可相對小一些。對一般數(shù)字板來說，電源輸入線線寬可采用50～80mil，信號線線寬可采用6～10mil。印制板導(dǎo)線與允許通過的電流與電阻的關(guān)系如表一：