有效的PCB走線寬度和間距

2021-04-14

有效的PCB走線寬度和間距

多層電路板，顯示內部層上的布線。

成為PCB設計人員的優點之一是可以在印刷電路板布局中布線。在Tetris或Candy Crush誕生之前很久，走線布線就為設計師帶來了獨特的難題，方法是解開老鼠的網狀連接嵌套，以創建干凈的走線電路板。電路板上的布線走線可能是一項非常有意義的成就，但是隨著設計的規模和復雜性的增加，它也會變得非常復雜。

在當今的PCB布局中，每個網絡可能具有不同且獨特的布線特性，必須對其應用以使其按設計運行。除了可以布線的特定區域或可以布線的層之外，還必須管理不同的PCB走線寬度和間距規則。 

這是當今設計師在布線電路板時面臨的一些挑戰，以及可以用來根據所需規則和約束成功進行布線的一些方法。

當今的PCB布線技術帶來的挑戰

一次，在印刷電路板上布線走線是相當簡單的過程。您的走線都被分配了默認的寬度和間距，但連接過孔的電源和地線連接的寬度必須加寬?？赡苄枰娜魏纹渌呔€寬度都很少，并且可以通過在布線過程中手動更改走線寬度來輕松處理。但是，隨著電路板技術的發展，走線寬度和間距要求變得更加復雜。 

現在，在任何給定的板上，您可能會看到以下一些或全部：

具有指定寬度和間距的受控阻抗布線。

敏感的高速走線需要與其他具有較大間距的布線隔離。

模擬路由可能具有不同的默認寬度間距要求。

電源和接地連接，需要更寬的走線。

根據電路的不同，電源可能具有多種走線寬度。

模擬和數字路由之間要留出額外的間隔，以使它們彼此隔離。

除了基于電路功能的這些走線寬度和間距要求外，還可能存在不同的寬度和間距要求，具體取決于它們的位置。其中一些如下：

連接器可能要求網絡使用較小的走線寬度，以在間距很小的引腳之間蜿蜒行進。

諸如四方扁平封裝（QFP）或小外形封裝（SOP）之類的細間距部件可能需要減小走線寬度，以進行逃生布線。

球柵陣列（BGA）可能還需要縮小的走線寬度，以繞進封裝的引腳和過孔。

PCB布線的另一部分是用于在各層之間過渡的過孔。當以前用膠帶和手推車手動布置電路板時，設計人員只需拿起Exacto刀并修整過孔焊盤即可擠壓走線。但是，在當今的PCB設計CAD系統中，需要一種更精確的方法。設計人員將使用不同通孔類型和尺寸的陣列進行布線。

通孔分為三種類型：

通孔

盲人和埋葬

微

通孔是電路板設計中使用的標準通孔。它們是經過機械鉆孔的，并且一直貫穿整個電路板。也可以通過機械方法鉆出盲孔或埋孔，但它只會部分穿過電路板，也可能在內部層上開始和停止。這些通孔需要更多的制造步驟，因為在將板層壓在一起之前，必須對板的各個層對進行鉆孔和對齊。微型通孔是用激光創建的，這使得它們可以比機械鉆孔小得多，并且它們通常僅跨越電路板的兩層。它們非常適合需要較小走線和過孔的焊盤中通孔應用和高密度互連（HDI）設計。

這些是設計師在布線復雜的印刷電路板時面臨的一些挑戰。接下來，我們將更詳細地討論寬度和間距要求的一些特定示例。

3D CAD層顯示電路板上的走線布線。

PCB走線寬度和間距示例

PCB走線的寬度和間距會在很多方面影響電路板。在決定使用什么寬度和間距值時，需要考慮以下四個方面：

電氣性能和信號完整性

電路板上的大多數數字布線都將使用默認值作為走線寬度和間距，但是某些網絡需要的尺寸不同。例如，受控阻抗網將需要根據板層堆疊的配置來計算其走線寬度。靈敏的高速走線可能需要較大的間距值，以防止串擾和其他信號完整性問題。 

根據電路的目的，模擬布線可能還需要唯一的走線寬度和間距。在某些情況下，可以在狹窄且狹窄的區域中減小默認走線寬度，但是必須注意不要將其延伸到整個電路板上。如果走線如此之細，以至于在PCB制造過程中受到損害，那么整個電路板的信號完整性可能會受到損害。

電源和地面布線

用于布線電源和地面的走線需要更寬，以傳導更大的電流。如果痕跡太細，它們可能會變熱甚至燒穿。為了散熱，在電路板內層布線的電源走線也需要比在外層布線的電源走線寬，因為暴露在空氣中會提供更多的冷卻。對于電源電路中使用的走線，重要的是要使它們盡可能短和盡可能寬，以處理電流，并減少電路中的電感和噪聲。重要的是，增大承載較大電流的走線的間距，以防止電源之間產生電弧。

電路板制造

跡線越寬，制造越容易。制造蝕刻工藝將對較長且隔離的跡線產生更大的影響，因此最好在可能的情況下使其更寬。20 mil的走線將比3 mil的走線具有更大的金屬損耗容限。跡線寬度還取決于用于構建電路板層的銅的重量。如果由于較高的電流要求，該板的該層需要更大的銅重量，那么制造商可能也無法在其上蝕刻更細的走線寬度。

電路板組裝

太寬的走線會影響在PCB組裝期間組件焊接的難易程度。用于電源和接地網的寬走線也可能充當散熱器，從而導致加熱不均勻和焊點不良。在一個焊盤上連接大面積金屬而在另一個焊盤上連接較細走線的小兩針零件可能不平衡，以至于在回流焊期間最終將組件拉起。這種現象被稱為“墓碑轟炸”，將迫使電路板進行人工返工以進行校正。BGA下的大量金屬也會在焊接過程中引起問題，但是由于板上BGA的尺寸，這些錯誤更難以發現。

如果不保持正確的走線寬度和間距，可能會發生所有潛在問題，因此PCB布局工程師需要他們所能獲得的所有幫助。幸運的是，設計工具中包含實用程序，可以幫助您解決這一問題。

針對電源網絡走線寬度設置了設計規則和約束。

設計規則和約束

如我們所見，當今印刷電路板的布局中需要管理許多不同的走線寬度和間距。這些將包括單個網絡，網絡組（總線）以及電源和地面網的寬度和間距分配。此外，在每個分配中都需要使用正確的過孔，并且在某些情況下，可能有不止一組值必須分配給單個網絡或組。PCB設計工具處理此任務的方式是使用設計規則和約束管理系統。

自PCB設計CAD工具誕生之初起，當時可用的控制量有限，因此設計規則和約束條件已經取得了長足的進步。現在，使用上面所示的約束管理系統，您可以使用電子表格樣式的界面來設置各種規則和約束。如您所見，為網絡分配了不同的走線寬度。如果要在此菜單中向右滾動，還可以通過分配等方式找到跡線間距的設置。 

這樣的約束管理系統使設計人員可以完全控制其設計的跟蹤路由規則。此外，這些系統還將控制其他設計值，例如信號時序，組件間距以及焊膏和絲網印刷的可制造性設置。

當今的CAD工具不僅提供規則和約束管理，還提供了更多功能。然而; 他們擁有廣泛的路由工具，這些工具也可以幫助設計人員提高效率。

Cadence Allegro PCB編輯器中提供了一些不同的布線選項。

使您的PCB設計工具的全部功能發揮作用

盡管PCB布局中會有許多網，這些網需要不同的布線方式，但您不再需要親自手動布線所有這些網。該設計工具將具有多種跟蹤路由功能，可以提供幫助。例如，以Cadence Allegro中的路由功能為例，該功能為設計人員提供了大量的路由輔助工具和工具，例如：

視覺提示，以在手動路由時向您顯示最佳頻道。

平視顯示器將在您進行布線時跟蹤您的布線約束。

推，推，擁抱和滑動選項可幫助您進行手動布線。

亂涂亂畫路由功能，使您可以手動勾畫出路線，然后讓自動引擎來繁重地路由走線。

輪廓布線功能可幫助創建任何角度的彎曲軌跡。

定時功能，使您可以在路由中添加和編輯跟蹤調整段。

自動布線引擎可通過扇出添加單個跡線，或將整個電路板完全布線。

自動交互路由，用于手動組織和操縱網絡捆綁，以便自動路由器最終確定。

路由清理功能，例如上光跡線以進行清理或在焊盤和跡線連接處添加淚滴以增強可制造性。