PCB Layout 设计流程详解

time : 2019-05-20 10:50       作者：凡亿pcb

　　要完成一个PCB电路板，基本上可分为主要三个阶段， 第一个阶段电路图绘制，第二个阶段电路布局，第三阶段为建立BOM表，然后进行备料及手焊样品。

　　若你的PCB 需要layout到4层板以上或者高速，RF，天线这种高频的东西，这已经属pro专业等级了，没有经过专家指导并不容易，再加上你没有太多量测仪器，有些也不太可能自己做，这已经是另一个level了，建议找具相关设计专长领域的Layout House 代工，因为可能后续还有EMI，FCC，CE，NCC规范要过。

　　阶段1: 电路图绘制

　　这是电路图绘制阶段

　　电路绘图的流程

　　绘制电路图--> 对元件进行编号(Annotate the component ) -->执行DRC --> 产生Netlist档案。

　　1、依照参考电路进行电路图绘制，将每一个电路元件 (component ) ，完成其连线. 即Schematic symbol的连线图。

　　2、元件进行编号(Annotate the component ): 加入的每一个电路元件，包含IC或被动零件，都是没有编号过的，所以要从新给予编号. U?，U? --> U1，U2. R? R? R? --> R1，R2，R3

　　3、执行DRC: 即执行 Design Rule Check，如可能有元件pin没有连接线 (这个要放"x"，No Connect)，或线路这一端找不到另一端的命称? 或...

　　4、产生Netlist档案: Netlist档案，是为了给PCB Layout软件读的。有了Netlist，Layout 软件才知道每一个元件的线路连接关系，更重要的是，每一个元件的Footprint。

　　Netlist 要能正确产生，必须要把电路图上每一个component (Schematic symbol) 关联到一个Footprint实体 。 Footprint 就是元件的轮廓(contour) ，尺寸，外型，如IC的封装样式，连接器的外型等。如SOP8，SOP-24，0805，0604，0402，..

　　Note: 一个Schematic symbol可以对到多个Footprint ，如同一颗IC，可以有多种不同的封装样式，BGA，PLCC，TQFP，SOP，SSOP等。Schematic symbol 就只是一个电路符号，PCB已经是到了实际生产端，要能实际焊接。 footprint不对，PCB板做出了，IC元件上不了。

　　所以你备了什么料，footprint 就得是什么。通常Layout设计软件都会有footprint library，让你挑，如果没有你要自己产生这个footprint，尺寸很重要，所以你要有IC的DataBook才好做。

　　Note: 若你要的Schematic symbol，library找不到，也必须自己来做，也就是加入一个新的symbol 到component library。

　　把电路图上每一个component (Schematic symbol) 关联到一个Footprint实体

　　miniUSB 连接器的Footprint

　　阶段2: 开始进行PCB Layout

　　PCB Layout 流程

　　载入Netlist--> 将footprint摆放位置 (Placement) --> Routing (走线) --> 对Ground产生铜面(铺铜)---> 执行DRC -->产生Gerber档案。

　　将footprint摆放位置 (Placement): 将netlist载入后，电路图上的元件都会呈现，并且有 ratsnest。ratsnest是用描述电路图上元间彼此间的"线"连接关系。

　　这里的"线"是virtual wire 只是知道连线关系 ，之后对这些线进行实际routing 布线，也就是绘制Track。track 是实际的线， 所以就会有线宽的问题， 电流愈大的线， 线宽要设比较大。 例如: Track width : 0.2mm 可走0.5A; 0，5mm : 1.25A

　　进行Layout 之前，要在Edge.cut这一层设定PCB outline 板框大小，元件就只能放在这范围里面。

　　另外也要描述Copper layer 的层数，如双层板及四层板，六层板，所谓几层板指的就是copper 层的数量，copper数愈多当然可以走线的平面就愈多。

　　设定一些设计规则: 如最小Track Width，Clearance ，Via Diameter，Drill size。另外就是设定各种几种布线会用到的Track width，Via Size.

　　Note: Clearance: track，pad，via都会有净空空间，Clearance即extra space outside the border

　　Note: width 单位通常用 mm (Millimeter)或 mil。mil是千分之一英吋inch. 1 mil=0.00254 cm。

　　2.54mm=0.1 inches

　　所以40mil约等于1mm; 10 mil 约等于0.25mm

　　要描述Copper layer 的层数; 此图为copper layer为2

　　Via:

　　Via 指的就是钻孔这件事。电路板是由一层层的copper迭出来的，而不同电路copper层之间的连通靠的就是via。当你布线时，元件间的走线会需要从TOP层走到Bottom 层(或称 Front 层走到Back层)，就会须要钻孔。

　　Plated-thru Hole: 指的是孔壁上有镀铜

　　copper 之间透过Via 来连接。

　　不同的Via型式:

　　* Through Via (Through Hole) 指的是要打穿的孔(贯孔)。从PCB8外观看的到。

　　* Blind Via (buried via): 在多层板中，线路连接在只在中间的几层而非全部。依据穿透的型式又区分为盲孔(Blind hole)及埋孔(Buried hole)。

　　* 另一种via为NPTH (non-plated through hole) ，它是Through-Hole 但孔壁没有镀铜(Non-plated)，主要是用在机构上的螺丝锁孔。

　　Via 参数: 通常会描述Via的直径及Drill size。Drill size指的是钻孔口径的大小。

　　Pad锡垫其实分好多种:

　　1、Through hole pad: DIP元件使用的Pad (有钻孔)

　　2、SMD pad: SMD元件使用的Pad(不用钻孔)

　　3、Anti pad(绝缘锡垫 )：用于隔离孔与内层电器连接围绕在孔周围的隔离环.如果孔在内层中不需要线路连接，就需Anti pad要来隔离.其内径当然要大于孔的外径.

　　Copper zone:

　　就是指在PCB铺铜 (Copper Pour) 一般PCB在电路设计时经常需要铺设大面积的铜箔来当作电源(Vcc、Vdd或Vss)与接地(GND，Ground)之用。F.Cu及B.Cu都可以铺.

　　Thermal relief Pad:

　　copper zone所连接的pad，会有设定Thermal relief 的需要。由于pad 连接(接触)大面积的铜箔 (copper plane) 会增加散热的速度，导致该pad需要升温才能容易焊上，这会很容易造成空焊或冷焊的情况。

　　所以解决方去　就是pad 仍然可以连接到铜箔，但必须减少其接触的面积。隔离环修改为轮辐状，用以将隔离环的内部的铜连接到隔离环的外部。

　　TOP层铺铺的状态，到下方排pad为GND，连接GND Copper zone 都是设定Thermal relief Pad

　　一般F.Cu及B.Cu 都会同时铺 Copper zone for GND，所以也都会设定Thermal relief Pad

　　第三阶段: 建立BOM表，进行备料及手焊样品。

　　建立BOM表以进行后续的备料及手焊第一版的Sample。透过产测程式，确认功能无误，这就是第一片Engineer Sample。

　　经客户对产品规格及功能验证通过(承认Acknowledgment)后，才会进行试产 Pilot run (注1)，然后才是进入MP (Mass Production)量产阶段。

　　试产 Pilot run 可交由加工厂，由机台自动进行SMD/DIP零件焊接，这就是PCBA (PCB Assembly)

　　注1: Pilot run : 是用来评估产品的成熟度是否可进入正式大量生产的生产阶段。

　　手焊 PCB Sample

　　相信大家看了以上文章，对PCB Layout 设计流程有了一个详细的了解。