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华秋干货分享|PCB电气安全间距设计规则

2022-12-15 16:16
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PCB工程师在设计电子产品的过程中,不能只考虑设计出来的精度以及完美要求,还有很大一个制约条件就是生产工艺的能力问题,因此DFM可制造性分析非常重要。避免设计出来的产品无法生产浪费时间及成本的问题发生。

那么走线层的可制造性都有那些问题呢?走线层的线距、焊盘、铜皮的距离关乎电气的安全间距,一般而言会考虑到线到线的距离、焊盘到焊盘的距离、焊盘与线之间的距离、线和焊盘离板边的距离,还有铜皮与其他物体的距离等……

PCB电气间距设计规则

PCB的设计规则有很多,以下为大家介绍有关电气安全间距的举例。电气规则设置是设计电路板在布线时必须遵守的规则,包括安全距离、开路、短路方面的设置。这几个参数的设置会影响所设计PCB的生产成本、设计难度及设计的准确性,应严谨对待。

1、安全间距规则

PCB设计有相同网络间距、不同网络的安全间距、其他、线宽都需要进行设置,线宽和间距默认都是6mil,间距默认6mil即可,线宽最小值设置为6mil,建议值(默认布线的宽度)设置为10mil,最大值设置为200mil。具体设置根据板子布线的难易度设置。

设置的线宽、间距还需要和PCB生产厂家事先协商好,因为有些厂家因为制程能力的问题不一定能做到设置的线宽和间距,而且线宽和间距越小,成本越高。

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2、线距3W规则

所有设计在时钟走线、差分线、视频、音频、复位线以及其他系统关键线路等。多个高速信号线长距离走线时,为了减少线与线之间的串扰,应保证线间距足够大,当线中心间距不少于3倍线宽时,则可保持大部分电场不互相干扰,这就是3W规则。3W规则可保持70%的电场不互相干扰,使用10W的间距时,可以达到98%的电场不互相干扰。

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3、电源层20H规则

20H规则是指电源层相对地层内缩20H的距离,当然也是为抑制边缘辐射效应。由于电源层与地层之间的电场是变化的,在板的边缘会向外辐射电磁干扰,称为边沿效应。解决的办法是将电源层内缩,使得电场只在接地层的范围内传导。以一个H(电源和地之间的介质厚度)为单位,若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地层边沿内,内缩100H则可以将98%的电场限制在内。

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4、阻抗线间距的影响

由两根差动信号线组成的控制阻抗的一种复杂结构,驱动端输入的信号为极性相反的两个信号波形,分别由两根差动线传送,在接收端这两个差动信号相减,这种方式主要用于高速数模电路中以获得更好的信号完整性及抗噪声干扰。阻抗与差分线间距成正比,差分线间距越大,阻抗就越大。

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5、电气的爬电距离

在高压开关电源PCB设计中比较重要的是电气间隙和爬电距离,如果电气间隙和爬电间距过小的话,需要注意漏电的情况。爬电间距以及电气间隙在PCB设计时,电气间隙可用布局来调整器件焊盘到焊盘的间距,当PCB空间紧张时爬电间距可以通过挖槽增加爬电间距。

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PCB制造间距的DFM设计

制造的电气安全间距主要取决于制版厂的水平,一般就是0.15mm,实际上可以更近,如果不是跟信号相关的电路,只要不短路,电流够用就行,大电流需要更粗的走线和间距,一般的设计原则是运用条件允许的情况下采用最粗的走线和间距。

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导线之间间距

导线与导线之间间距需要考虑PCB生产厂家的制成能力,建议走线与走线之间的间距不低于4mil。不过部分工厂3/3mil的线宽线距也能生产,从生产角度出发的话,当然是在有条件的情况下越大越好了。一般正常的6mil比较常规了。

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焊盘与线的间距

焊盘距线的距离一般不低于4mil,在有空间的情况下焊盘到线间距越大越好。因为焊盘阻焊需要开窗,开窗大于焊盘2mil以上,如间距不足不只是线路层短路的问题,还会导致线路露铜。

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焊盘与焊盘之间的间距

焊盘与焊盘的间距需要大于6mil,焊盘间距不足很难做出阻焊桥,不同网络的IC焊盘无阻焊桥焊接时可能会连锡短路。同网络焊盘与焊盘的间距小,焊接上锡全连接以后返修元器件不方便拆卸。

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铜皮与铜皮、线、PAD间距

带电铜皮与线、PAD间距要比其他线路层的物体间距大一些,铜皮与线、PAD间距大于8mil 方便生产制造。因为铜皮的大小不一定要做到多少值,大一点小一点关系不大,为了提升产品的生产良率,线、PAD距铜皮的间距尽量大一些。

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线、PAD、铜皮与板边的间距

走线、焊盘、铜皮距外形线的距离一般需要大于10mil,小于8mil在生产制造成型后会导致板边露铜,如果板边是V-CUT那么间距预留需大于16mil以上。线和PAD不只是露铜那么简单,线太靠近板边可能会做小,导致载流问题,PAD做小影响焊接,导致焊接不良。

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华秋DFM是专为电子行业打造的一款可制造性分析软件,为电子行业降本增效。低成本、高产出是所有公司永恒的追求目标。通过实施DFM规范,可有效地利用公司资源,低成本、高质量、高效率地制造出产品。如果产品的设计不符合公司生产特点,可制造性差,即就要花费更多的人力、物力、财力才能达到目的。同时还要付出延缓交货,甚者失去市场的沉重代价。

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