設置PCB元件放置公差

2021-09-01

設置PCB元件放置公差

PCB組件放置公差對于電路板的最佳性能至關重要

寬容這個詞根據使用的上下文可以有很多不同的含義。作為父母，我的寬容是我的孩子們通常試圖將其推向臨界點的東西。類似地，在電子設計中，公差通常也被盡可能地推高而不會破壞。當然，問題在于超出公差時設計會發生什么。

在印刷電路板上放置元件時，必須保持特定的間隙公差。這些容差包括 CAD 系統中元件封裝的規格、如何定位元件以獲得最佳電氣性能，以及如何放置部件以實現電路板的可制造性。讓我們仔細看看這些PCB組件放置公差，以及如何設置您的設計工具以適應它們。

PCB元件公差

在我們查看元件如何放置在電路板上的不同公差之前，我們需要首先從零件的公差開始。 

CAD 系統中的每個組件封裝都必須根據其制造商的規格進行構建。如果 CAD 封裝構建不正確，實際的物理部件可能不適合電路板的金屬焊盤圖案。諸如此類的問題會導致電路板無法制造。 

在PCB設計系統中構建元件封裝包括兩個步驟： 

創建零件引線將焊接到的金屬焊盤圖案。焊盤圖案尺寸有時可以在制造商的數據表中找到，或者它們可能已經作為行業標準焊盤圖案存在，例如 SOIC-14。 

根據制造商數據表中的規格構建組件的物理形狀或輪廓。

構建PCB CAD 封裝是PCB布局中比大多數人意識到的要重要得多的部分，了解原因很重要。以 0603 封裝的標準旁路電容器為例。根據其密度，您的設計可能需要數百個采用相同 0603 封裝的不同旁路電容器。您在設計中只需要一個 0603 封裝，CAD 系統將為整個電路板上的每個電容器實例復制它。但是，如果它構建不正確，那么所有這些部分都將是錯誤的。如果占用空間太小，實際零件甚至可能無法安裝在電路板上，而更大的占用空間可能會影響制造過程中電容器的焊接方式。

為避免PCB組件放置容差問題，在您使用PCB布局進行布局時，請牢記以下準則：

表面貼裝(SMT) 焊盤圖案需要足夠大，以在PCB組裝期間促進良好的焊料填充。雖然這些焊盤圖案通常在行業標準中指定，但有時您可能需要為特殊需要的零件創建自己的焊盤圖案。在這種情況下，確保構建焊盤圖案以占據零件的最小和最大引腳尺寸。

通孔焊盤應該有一個足夠大的鉆孔以插入元件，但又足夠小以防止焊料通過孔芯吸。

組件輪廓應構造為制造商數據表中指定的最大材料寬度。

此外，請記住，來自不同制造商的同一部件必須使用許多焊盤圖案。在這種情況下，您將需要使用多個數據表以確保允許所有零件的最大材料寬度。

此時，您的設計應該具有良好的PCB占用空間，因此讓我們看看部件之間的放置公差，以實現電路板的最佳電氣性能。

CAD 封裝需要按照精確的規格構建，以確保其適合性和可制造性

電氣設計性能的放置公差

在PCB布局中放置組件時，要記住的一個考慮因素是組件在其他部件中的功能。例如，電源組件有嚴格的放置要求，以確保它們產生盡可能少的噪聲和 EMI。這些部件在放置時當然必須符合可制造性 (DFM) 要求的良好設計，但它們也必須按照最佳功能進行安排。以下是一些通用布局規則，可確保您的電路發揮最大性能：

電源組件應盡可能靠近，以盡量減少走線長度。電源中更短和更寬的走線可降低電感并減少電磁干擾(EMI)。

大引腳數高速器件的旁路電容器需要盡可能靠近器件的電源引腳放置。這種接近將有助于減少電流尖峰和由此產生的接地反彈信號完整性問題。

通過信號路徑連接的高速組件必須靠近放置，以防止信號路徑在電路板上四處游蕩。緊密放置的信號路徑將有助于確保高速傳輸線中的阻抗較低。

將功能分區的組件保持在一起，除非信號在功能區域之間交叉。這將防止模擬噪聲污染數字電路，反之亦然。

對于熱管理，讓處理器和內存芯片等熱運行組件更靠近電路板的中心，并將電源電路彼此分開。

這些PCB組件放置容差建議旨在幫助您的電路板發揮最佳性能。然而，電路板仍然需要可制造，需要一套完全不同的放置公差。 

可制造性的PCB元件放置公差

即使您的電路板具有最好的PCB封裝和精確放置和布線的組件以提高性能，但如果最終無法制造該電路板，那一切都沒有關系。為了確保電路板的可制造性，以下是必須遵守組件放置公差的四個關鍵原因。

組件到組件的間距

放置得太近的零件可能會給以下制造過程帶來潛在問題：

自動化組裝：用于在電路板上安裝元件的貼片機將難以處理靠得太近的部件，需要手動安裝這些部件。

波峰焊：小分立部件需要按照電路板通過波峰的方向小心放置。應放置雙引腳部件，以便兩個引腳同時進入波形。較大的零件不應在較小的零件之前進入波峰，以防止產生陰影，導致焊點不良。

調試和返工：不應將較小的組件放在較大的組件下，以幫助組裝技術人員在板上調試和返工。

元件到板邊緣間隙

由于以下原因，在靠近電路板邊緣放置組件時還必須小心：

測試：靠近電路板邊緣的部件會干擾測試夾具的真空下降。

面板：太靠近板邊緣的組件將需要一個分線片而不是 V 型槽來進行去面板。對于帶有連接器的電路板，這是意料之中的。否則，V 型槽是一種將電路板與面板分離的更具成本效益的方法。還需要與電路板邊緣保持足夠的間隙，以防止在分板過程中元件或金屬電路開裂。

散熱：靠近電路板邊緣的部件可能會干擾冷卻電路板所需的預期氣流。

測試點間隙

盡管不是物理組件，但需要將測試點放置在與其接觸的測試夾具探針不會與電路板上的零件發生碰撞的位置。對于測試夾具探針，測試點之間還需要有足夠的間距。

人員訪問

大多數電路板都有必須由人手接觸的接口部件。必須設置開關，插入和拔出連接器，并且需要使用手動測試設備探測某些網絡。這些部件不僅需要放置在用戶可以接觸到的地方，而且還需要與其他部件保持足夠的間隙，這樣用戶就不會在此過程中冒對其他部件造成附帶損壞的風險。

這些 DFM 問題通?？梢栽谠桶迳辖鉀Q，其中快速周轉對于推出新產品至關重要。但是當電路板進入正常生產時，這些問題需要得到糾正，以幫助降低制造時間和成本。幸運的是，PCB CAD 系統中有一些功能和實用程序可以提供幫助。

使用您的 CAD 系統的 DRC 功能可以為您省去很多麻煩，如 Cadence Allegro 中所示

使用 PCB設計工具管理元件放置公差

統一搜索實用程序，可在 Cadence Allegro 設計工具中使用

正如我們所見，使用精確的 PCB封裝對于保持正確的組件放置公差至關重要。有多種輔助工具可以幫助解決此問題，包括行業標準和封裝創建向導，但最好的方法之一是使用外部庫服務。高級 PCB設計系統通常有一個實用程序，允許設計人員直接連接到外部庫服務以搜索和下載 CAD 模型。在上圖中，您可以看到在 Cadence 設計工具套件中找到的統一搜索實用程序的圖片。使用統一搜索工具，設計人員可以找到他們正在尋找的部件并下載制造商的原理圖符號、SPICE 模型、數據表、部件信息、圖像和 PCB 封裝。

這些設計工具中還有其他有用的功能也可以提供幫助。其中之一是約束管理系統，可以針對不同的組件間隙進行設置。您不僅可以設置組件到組件的間隙，還可以為組、區域甚至特定零件設置間隙。像這樣的約束系統將允許您的設計規則檢查 (DRC) 提醒您組件放置間隙不在容差范圍內，并幫助您設計更好的電路板。