新设计之初，大部分时间都花在了电路设计和元器件选择上， PCB 由于缺乏经验，布局和布线阶段往往没有综合考虑。 未能在设计的 PCB 布局和布线阶段投入足够的时间和精力，可能会在设计从数字域过渡到物理现实时导致制造阶段出现问题或功能缺陷。 那么，设计一块纸面和实物都真实的电路板的关键是什么？ 让我们探索在设计可制造的功能性 PCB 时需要了解的前五项 PCB 设计指南。

1 – 微调您的组件布局

PCB 布局过程的元件放置阶段既是一门科学也是一门艺术，需要对板上可用的主要元件进行战略性考虑。 虽然这个过程可能具有挑战性，但您放置电子设备的方式将决定制造电路板的难易程度以及它满足您原始设计要求的程度。

虽然元件放置有一个通用的一般顺序，例如连接器、PCB 安装元件、电源电路、精密电路、关键电路等的顺序放置，但也有一些特定的指导原则需要牢记，包括：

方向 – 确保类似的组件定位在同一方向将有助于实现高效且无错误的焊接过程。

放置 – 避免将较小的组件放置在较大的组件后面，因为较大组件的焊接可能会影响它们。

组织 – 建议将所有表面贴装 (SMT) 组件放置在电路板的同一侧，并将所有通孔 (TH) 组件放置在电路板顶部，以最大限度地减少组装步骤。

一个最终的 PCB 设计指南——当使用混合技术组件（通孔和表面贴装组件）时，制造商可能需要额外的流程来组装电路板，这会增加您的总成本。

良好的芯片元件方向（左）和不良的芯片元件方向（右）

良好的元件放置（左）和不良的元件放置（右）

No. 2 – 正确放置电源、接地和信号线

放置元件后，您可以放置​​电源、接地和信号线，以确保您的信号具有干净、无故障的路径。 在布局过程的这个阶段，请记住以下准则：

定位电源和接地平面层

始终建议将电源和接地平面层放置在电路板内部，同时对称且居中。 这有助于防止您的电路板弯曲，如果您的组件位置正确，这也很重要。 为IC供电，建议每个电源使用一个公共通道，确保牢固稳定的布线宽度，并避免设备到设备的菊花链电源连接。

信号线通过电缆连接

接下来，按照原理图中的设计连接信号线。 建议始终采用最短路径和组件之间的直接路径。 如果您的组件需要水平放置而没有偏置，建议您基本上将电路板的组件从电线出来的地方水平布线，然后在它们从电线出来后垂直布线。 当焊料在焊接过程中迁移时，这会将组件保持在水平位置。 如下图上半部分所示。 图中下半部分所示的信号接线可能会在焊接过程中随着焊料的流动而导致元件偏转。

推荐接线（箭头表示焊锡流向）

不推荐的接线（箭头表示焊锡流向）

定义网络宽度

您的设计可能需要承载各种电流的不同网络，这将决定所需的网络宽度。 考虑到这一基本要求，建议为低电流模拟和数字信号提供 0.010″(10mil) 的宽度。 当您的线路电流超过 0.3 安培时，应加宽。 这是一个免费的线宽计算器，可以让转换过程变得简单。

第三。 – 有效隔离

您可能已经体验过电源电路中的大电压和电流尖峰会干扰您的低压电流控制电路。 要尽量减少此类干扰问题，请遵循以下准则：

隔离 – 确保每个电源与电源和控制源分开。 如果必须在 PCB 中将它们连接在一起，请确保它尽可能靠近电源路径的末端。

布局——如果您在中间层放置了一个接地层，请务必放置一个小的阻抗路径，以降低任何电源电路干扰的风险并帮助保护您的控制信号。 可以遵循相同的准则来保持数字和模拟分开。

耦合——为了减少由于在其上方和下方放置大地平面和布线而导致的电容耦合，尝试仅通过模拟信号线交叉模拟地。

元件隔离示例（数字和模拟）

No.4 – 解决散热问题

您是否曾因发热问题而导致电路性能下降甚至电路板损坏？ 因为没有考虑散热，所以出现了很多困扰很多设计师的问题。 以下是一些有助于解决散热问题的指导原则：

识别有问题的组件

第一步是开始考虑哪些组件会从板上散发最多的热量。 这可以通过首先在组件的数据表中找到“热阻”级别，然后按照建议的指南来传递产生的热量来实现。 当然，您可以添加散热器和冷却风扇来保持组件冷却，并记住让关键组件远离任何高热源。

添加热风垫

添加热风焊盘对于可制造的电路板非常有用，它们对于多层电路板上的高铜含量组件和波峰焊接应用至关重要。 由于工艺温度难以保持，因此始终建议在通孔元件上使用热风垫，通过减慢元件引脚处的散热速度来使焊接过程尽可能简单。

作为一般规则，始终使用热空气垫连接任何连接到接地或电源层的通孔或通孔。 除了热风焊盘，您还可以在焊盘连接线的位置添加泪滴，以提供额外的铜箔/金属支撑。 这将有助于减少机械和热应力。

典型的热风垫连接

热气垫科学：

许多在工厂负责Process或SMT的工程师经常会遇到自发电能，例如自发排空、去湿或冷湿等电路板缺陷。 无论工艺条件如何改变或回流焊炉温如何调节，都有一定比例的锡无法焊接。 这到底是怎么回事？

撇开元器件和电路板氧化问题不谈，调查其返修后，现有的焊接不良有很大一部分实际上来自电路板布线（布局）设计缺失，其中最常见的一种是在元器件上。某些焊脚连接到大面积的铜板上，这些元件经过回流焊焊接焊脚， 一些手工焊接的元件也可能会因为类似的情况造成虚焊或熔覆问题，有的甚至会因为加热时间过长而导致元件无法焊接。

一般PCB在电路设计中往往需要铺设大面积的铜箔作为电源（Vcc、Vdd或Vss）和地（GND、Ground）。 这些大面积的铜箔通常直接连接到一些控制电路（ICS）和电子元件的引脚。

不幸的是，如果我们要将这些大面积的铜箔加热到熔化锡的温度，通常比单个焊盘需要更多的时间（加热较慢），而且散热更快。 这么大的铜箔布线的一端接小电阻、小电容等小元件，另一端不接时，容易出现熔锡和凝固时间不一致的焊接问题； 如果回流焊的温度曲线调整不好，预热时间不够，这些元件连接在大铜箔中的焊脚，由于达不到熔锡温度，容易造成虚焊问题。

在手工焊接过程中，连接到大铜箔的元件的焊点会很快消散，无法在要求的时间内完成。 最常见的缺陷是虚焊和虚焊，即焊锡只焊接在元件的引脚上，没有连接到电路板的焊盘上。 从外观上看，整个焊点会形成一个球； 更有什者，操作者为了将焊脚焊接在电路板上，不断提高烙铁的温度，或加热时间过长，使元器件在不知不觉中超过耐热温度而损坏。 如下图所示。

既然知道了问题点，就可以解决问题。 一般我们需要所谓的Thermal Relief pad设计来解决大型铜箔连接元件焊脚造成的焊接问题。 如下图，左边的走线没有使用热风焊盘，而右边的走线采用了热风焊盘连接。 可以看出，焊盘与大铜箔的接触区域只有几条细线，可以大大限制焊盘上的温度损失，达到更好的焊接效果。

No. 5 – 检查你的工作

当你把所有的部分拼凑在一起时，很容易在设计项目结束时感到不知所措。 因此，在此阶段对您的设计工作进行双重和三次检查可能意味着制造成功与失败之间的差异。

为了帮助完成质量控制过程，我们始终建议您从电气规则检查 (ERC) 和设计规则检查 (DRC) 开始，以验证您的设计是否完全符合所有规则和约束。 使用这两个系统，您可以轻松检查间隙宽度、线宽、常见制造设置、高速要求和短路。

当您的 ERC 和 DRC 产生无错误的结果时，建议您检查每个信号的接线，从原理图到 PCB，一次一根信号线，以确保您没有遗漏任何信息。 此外，使用您的设计工具的探测和屏蔽功能来确保您的 PCB 布局材料与您的原理图相匹配。