PCB 制版的注意事项

一、设计阶段​

（一）布局规划​

1. 元件间距：元件间距的设置在 PCB 设计中至关重要，它直接影响到电路板的可制造性、可维护性以及散热性能。对于手工焊接，元件引脚间距离不小于 1mm 是较为安全的标准，这能让操作人员有足够空间准确地将焊料施加到引脚连接处，避免因空间狭窄导致的焊接短路或虚焊问题。例如在一个采用直插式元件较多的电源模块中，电解电容、功率电阻等元件引脚间距如果小于 1mm，焊接时电烙铁头很容易同时接触到相邻引脚，造成短路。而对于机器焊接，得益于自动化设备的高精度，间距可适当减小，但也不宜小于 0.6mm。在大规模生产的消费电子产品，如手机主板中，大量采用的表面贴装元件（SMD）通过回流焊工艺进行焊接，0.6mm 的间距既能保证焊接质量，又能有效提高电路板的集成度。​

在功率较大芯片周围，散热问题尤为关键。以一款高性能的 CPU 为例，其在运行过程中会产生大量热量，需要安装散热片来辅助散热。此时，芯片周围元件的布局应充分考虑散热片的安装空间，并且其他元件与芯片的距离要足够远，一般建议在 5mm 以上，以避免阻挡散热片的空气流通路径，影响散热效果。如果在设计时忽略了这一点，将其他元件过于靠近芯片，可能导致芯片温度过高，进而影响整个系统的稳定性和性能。​

1. 信号流向：依据信号流向进行元件布局是优化信号传输的重要原则。以音频电路设计为例，声音信号从麦克风输入，经过前置放大器进行信号放大，再通过功率放大器驱动扬声器发声。在布局时，应将麦克风放置在靠近声音接收源的位置，前置放大器紧邻麦克风，功率放大器靠近扬声器，并且尽量使信号路径呈直线连接，减少信号的弯折和交叉。这样可以显著缩短信号传输距离，降低信号在传输过程中的衰减和干扰。​

在高速数字电路中，信号流向的合理性更为关键。例如在一个包含高速数据传输接口（如 USB 3.0）的电路板设计中，USB 接口芯片应与负责数据处理的主芯片直接相连，中间尽量不穿插其他无关元件，以确保高速信号能够快速、稳定地传输。同时，为了减少信号反射，信号走线应保持等长，误差控制在 ±5mil 以内。如果信号路径设计不合理，出现过长的走线或过多的弯折，信号在传输过程中就容易受到干扰，导致数据传输错误或速率下降。​

1. 模块划分：将功能相关的元件划分为不同模块是提高电路板设计可维护性和可扩展性的有效方法。以一个常见的嵌入式系统电路板为例，它通常包含电源模块、微控制器模块、通信模块等。电源模块负责将外部输入电源转换为电路板上各个元件所需的不同电压等级，应将电源芯片、滤波电容、电感等元件集中布局在一起，形成一个独立的电源模块。这样在调试电源部分的问题时，可以将注意力集中在这一区域，而不会受到其他模块的干扰。​

微控制器模块则围绕微控制器芯片进行布局，将其周边的晶振、复位电路、EEPROM 等相关元件紧密放置，形成一个完整的控制核心模块。通信模块，如 WiFi 模块、蓝牙模块等，也应单独划分区域，方便连接外部天线等设备，同时减少与其他模块之间的信号干扰。在后期维护或升级时，如果需要更换通信模块，只需关注该模块区域，而不会影响到其他功能模块的正常运行。​

（二）布线设计​

1. 线宽与线距：线宽和线距的确定需要综合考虑多个因素，其中电流承载能力是决定线宽的关键因素之一。一般经验规则是，1A 电流可选择 1 - 1.5mm 的线宽，但这并非绝对标准，还需考虑电路板的材质、散热条件等因素。在一个大电流的汽车电源电路板中，由于需要传输较大的电流（如 10A 以上），线宽可能需要增加到 3 - 5mm 甚至更宽，以降低线路电阻，减少发热。同时，要保证线距足够，防止短路。最小线距通常不小于 0.3mm，在高密度电路板设计中，虽然可以通过先进的制造工艺实现更小的线距，但从可靠性角度考虑，一般不建议小于 0.2mm。例如在手机主板这样高度集成的电路板中，线距可能会控制在 0.2 - 0.3mm 之间，以在有限的空间内实现更多的布线。​

在实际设计中，还需考虑不同网络之间的线宽和线距要求。对于电源网络，由于电流较大，线宽应适当加宽；而对于一些低电平、小信号网络，线宽可以适当减小，但线距仍需满足最小安全距离要求，以防止信号串扰。例如在一个包含模拟信号和数字信号的混合电路板中，模拟信号走线（如音频信号）线宽可能为 0.3 - 0.5mm，线距为 0.3mm，而数字信号走线（如 SPI 总线）线宽可能为 0.2 - 0.3mm，线距同样为 0.3mm，通过合理设置线宽和线距，既能满足不同信号的传输要求，又能有效利用电路板空间。​

1. 过孔设置：过孔在多层电路板中起到连接不同层线路的作用，其大小和数量的设置直接影响到电路板的电气性能和制造成本。过孔直径一般为 0.6 - 1mm，对于一般的电路板设计，0.8mm 的过孔较为常用，它既能保证良好的电气连接，又在制造工艺的可实现范围内。在高速信号传输的多层板中，由于信号对过孔的寄生参数较为敏感，可适当减小过孔直径，如采用 0.6mm 的过孔，同时增加过孔数量，以降低过孔的等效电阻和电感。例如在一个 8 层的高速数字电路板中，对于高速差分信号走线，可能每隔 10 - 15mm 就设置一个过孔，而过孔数量的增加需要在设计阶段仔细规划，避免因过孔过多导致电路板的机械强度下降，同时增加制造成本。​

过孔的类型也有多种选择，常见的有通孔、盲孔和埋孔。通孔贯穿整个电路板，是最常用的过孔类型，其制造工艺相对简单，成本较低。盲孔只连接电路板表面几层，埋孔则位于电路板内部，连接中间的某些层。在一些高密度、高性能的电路板设计中，会采用盲孔和埋孔相结合的方式，以减少电路板表面的过孔数量，提高电路板的布线密度和信号传输性能。但盲孔和埋孔的制造工艺更为复杂，成本也更高，需要根据具体的设计需求和预算进行选择。​

1. 特殊信号布线：对于高速信号，如 USB 3.0、HDMI 等，布线要求极为严格。以 USB 3.0 为例，其信号传输速率高达 5Gbps 甚至更高，对信号完整性要求极高。在布线时，首先要进行等长布线，确保差分信号对（如 D + 和 D-）的两根走线长度差在 ±5mil 以内，以保证信号的同步性。这是因为高速信号在传输过程中，如果两根线的长度不一致，信号到达接收端的时间就会有差异，从而产生信号失真和误码。同时，差分对布线要保持两根线的间距恒定，一般为 0.15 - 0.2mm，并且与其他信号走线保持足够的距离，通常建议距离大于 0.5mm，以避免其他信号对差分信号的干扰。​

在 HDMI 电路设计中，除了等长布线和差分对间距控制外，还需要注意对 HDMI 接口的屏蔽设计。由于 HDMI 信号传输的是高清视频和音频信号，对电磁干扰非常敏感，因此在 HDMI 接口周围应设置接地屏蔽层，将接口与其他电路部分隔离开来，减少外界电磁干扰对 HDMI 信号的影响。同时，HDMI 信号走线应尽量远离其他高速信号走线和电源走线，避免相互干扰。在实际设计中，可以通过仿真工具对高速信号的布线进行模拟分析，提前发现潜在的信号完整性问题，并进行优化调整，确保高速信号能够稳定、可靠地传输。​

（三）地层与电源层设计​

1. 大面积铺铜：在电路板上合理设置大面积的接地铜箔和电源铜箔是提高电路板抗干扰能力和电气性能的重要手段。接地铜箔应尽量保持完整，形成一个连续的接地平面，避免出现孤岛。这是因为完整的接地平面可以为电路板上的各个元件提供良好的接地参考，降低接地阻抗，减少信号回流路径上的干扰。例如在一个射频电路板中，大面积的接地铜箔可以有效屏蔽射频信号，防止其对外辐射，同时也能减少外界干扰对射频电路的影响。​

对于电源铜箔，同样应尽量大面积铺设，以降低电源的内阻，提高电源的稳定性。在多层板设计中，通常会专门设置一层或多层作为地层和电源层。例如在一个 4 层电路板中，可能将第 2 层设置为地层，第 3 层设置为电源层，通过这种方式，为电路板上的元件提供了稳定的电源和接地环境。在大面积铺铜时，还需要注意铜箔的连接方式，一般采用网格状或实心铜箔的形式，网格状铜箔可以在一定程度上减少铜箔在受热时的膨胀和收缩应力，避免电路板出现变形，但实心铜箔的电气性能更好，需要根据具体情况进行选择。​

1. 分割平面：当电路板上存在多种电源或不同电平的地时，进行平面分割是必要的。以一个同时包含数字电源和模拟电源的电路板为例，数字电源主要为数字电路（如微控制器、数字信号处理器等）提供电能，其电流变化较快，容易产生高频噪声；而模拟电源为模拟电路（如放大器、滤波器等）供电，对电源的稳定性要求较高，对噪声较为敏感。因此，需要将数字电源层和模拟电源层分开，通过磁珠或电感进行连接。磁珠或电感可以有效抑制数字电源产生的高频噪声通过电源路径传导到模拟电源部分，从而保证模拟电路的正常工作。​

在分割平面时，还需要注意分割线的位置和走向。分割线应尽量避免穿越信号走线，尤其是高速信号走线，以防止信号受到分割线的影响而产生反射和干扰。同时，不同电源区域和地区域之间的连接点应合理设置，一般选择在靠近需要同时使用多种电源或不同地电平的元件附近，以减少信号传输路径上的电压降和干扰。例如在一个包含数模混合芯片的电路板中，芯片的数字电源引脚和模拟电源引脚应分别连接到对应的数字电源层和模拟电源层，连接点应尽量靠近芯片引脚，以保证电源的稳定供应。​

二、生产阶段​

（一）板材选择​

1. 根据使用环境选择：板材的选择是 PCB 制版过程中的重要环节，需要根据电路板的使用环境来确定。如果电路板应用于高温环境，如汽车发动机舱内，温度可能会高达 100℃以上，此时应选择耐高温的板材，如聚酰亚胺（PI）基板。PI 基板具有优异的耐高温性能，其玻璃化转变温度（Tg）通常在 250℃以上，能够在高温环境下保持稳定的电气性能和机械性能。在汽车电子系统中，发动机控制单元（ECU）、车载充电器等电路板都需要使用 PI 基板，以确保在高温、振动等恶劣环境下可靠工作。​

对于一般的消费电子产品，如手机、平板电脑等，工作环境相对较为温和，可选用成本较低的 FR - 4 板材。FR - 4 板材是一种玻璃纤维增强环氧树脂基板，具有良好的电气性能和机械性能，其 Tg 一般在 130 - 160℃之间，能够满足大多数消费电子产品的使用要求。同时，FR - 4 板材的价格相对较低，有利于降低产品成本，因此在消费电子领域得到了广泛应用。​

1. 考虑电气性能：对于高频电路，板材的电气性能对信号传输起着至关重要的作用。在高频情况下，信号在传输过程中会受到板材的介电常数、介质损耗等因素的影响。因此，需要选择介电常数低且稳定的板材，以减少信号传输过程中的损耗。如罗杰斯（Rogers）系列板材，常用于 5G 通信等高频领域。罗杰斯板材具有极低的介电常数（一般在 2.2 - 3.0 之间）和极低的介质损耗角正切值（一般小于 0.002），能够有效降低信号在传输过程中的衰减，保证信号的完整性。在 5G 基站的射频电路板设计中，罗杰斯板材的使用可以大大提高信号的传输距离和质量，满足 5G 通信对高速、大容量数据传输的要求。​

除了介电常数和介质损耗，板材的吸水性也会影响其电气性能。在潮湿环境下，板材吸收水分后会导致介电常数增大，从而影响信号传输。因此，对于一些对环境湿度较为敏感的应用场合，应选择吸水性低的板材。例如在户外通信设备中，电路板需要长时间暴露在潮湿的空气中，此时应选择具有良好防潮性能的板材，以确保在各种环境条件下都能保持稳定的电气性能。​

（二）制造工艺要求​

1. 表面处理方式：表面处理方式的选择直接影响到电路板的焊接性能、电气连接可靠性以及外观质量。常见的表面处理方式有喷锡、沉金、OSP（有机保焊膜）等。喷锡是一种较为传统且成本较低的表面处理方式，它通过在电路板表面喷涂一层锡铅合金或纯锡，来保护电路板铜箔并提供良好的焊接表面。然而，喷锡工艺的表面平整度较差，锡层厚度不均匀，不适用于精细间距的元件焊接。在一些对焊接精度要求不高的电路板，如普通的电源板、工业控制板等，喷锡工艺仍然被广泛应用。​

沉金工艺则是在电路板表面通过化学镀的方法沉积一层金层，金层具有良好的导电性、抗氧化性和焊接性能。沉金工艺可以提供非常平整的表面，适用于高频电路和需要多次焊接的场合。例如在一些高端的服务器主板、通信设备主板中，沉金工艺被大量采用，以确保电路板在复杂的电气环境下能够稳定工作，并且在进行维修或升级时能够保证良好的焊接质量。​

OSP 工艺是在电路板表面涂覆一层有机保焊膜，该膜能够在常温下保护铜箔不被氧化，同时在焊接时能够迅速分解，为焊接提供良好的条件。OSP 工艺简单、成本低，但其对储存环境要求较高，在潮湿环境下易氧化。在一些对成本较为敏感且使用环境相对干燥的消费电子产品，如电脑主机板、显示器电路板等，OSP 工艺得到了广泛应用。​

1. 加工精度：明确电路板的加工精度要求是确保制版质量的关键。对于一般的电路板，最小线宽、线距、孔径公差等参数都有一定的行业标准。例如，最小线宽一般在 0.1 - 0.3mm 之间，最小线距在 0.1 - 0.3mm 之间，孔径公差在 ±0.05 - ±0.1mm 之间。然而，对于高密度互连（HDI）板，加工精度要求更高。HDI 板采用了微孔、盲孔、埋孔等先进技术，实现了更高的布线密度。在 HDI 板中，最小线宽和线距可以达到 0.05 - 0.1mm，微孔直径可以小至 0.1 - 0.2mm，孔径公差控制在 ±0.02 - ±0.05mm 之间。​

在与制造商沟通加工精度要求时，需要提供详细的技术规格说明，包括最小线宽、线距、孔径大小及公差范围等。同时，要了解制造商的生产能力和设备精度，确保其能够满足设计要求。例如，如果设计的电路板需要最小线宽为 0.08mm，而制造商的设备只能实现最小线宽 0.1mm，那么就需要调整设计或者寻找能够满足精度要求的制造商。在生产过程中，还可以要求制造商提供首件样品进行检测，确保加工精度符合设计要求后再进行批量生产。​

（三）文件提交​

1. Gerber 文件：向制造商提交的 Gerber 文件是 PCB 制版的重要依据，它包含了所有必要的信息，如顶层线路、底层线路、丝印层、阻焊层、钻孔文件等。确保 Gerber 文件的完整性和准确性至关重要，任何一个文件的缺失或错误都可能导致制版错误。在生成 Gerber 文件时，需要仔细检查各个层的设置，包括线路的宽度、间距、过孔的大小和位置等。同时，要注意 Gerber 文件的格式兼容性，不同的 PCB 设计软件生成的 Gerber 文件格式可能略有差异，需要确保制造商的生产设备能够正确读取和处理这些文件。​

例如，在使用 Altium Designer 软件生成 Gerber 文件时，需要按照制造商的要求设置好输出选项，包括单位（英寸或毫米）、分辨率等参数。在生成钻孔文件时，要确保钻孔的坐标和孔径信息准确无误。在提交 Gerber 文件之前，可以使用专门的 Gerber 查看软件进行预览，检查文件中的线路是否正确连接、丝印是否清晰、阻焊层是否覆盖正确等。如果发现问题，应及时返回设计软件进行修改，重新生成 Gerber 文件。​

1. 坐标文件：提供元件的坐标文件对于制造商进行贴片加工至关重要。坐标文件应与 Gerber 文件中的元件位置一一对应，坐标精度要满足生产要求。一般来说，坐标精度应达到 ±0.05mm 以内，以确保贴片设备能够准确地将元件放置在电路板上。在生成坐标文件时，需要注意元件的封装形式和方向，确保坐标文件中的信息与实际元件一致。例如，对于贴片电阻、电容等元件，其封装形式有 0402、0603 等多种，不同封装形式的元件在坐标文件中的尺寸和位置信息也不同。