有效的PCB走线宽度和间距

2021-04-14

有效的PCB走线宽度和间距

多层电路板，显示内部层上的布线。

成为PCB设计人员的优点之一是可以在印刷电路板布局中布线。在Tetris或Candy Crush诞生之前很久，走线布线就为设计师带来了独特的难题，方法是解开老鼠的网状连接嵌套，以创建干净的走线电路板。电路板上的布线走线可能是一项非常有意义的成就，但是随着设计的规模和复杂性的增加，它也会变得非常复杂。

在当今的PCB布局中，每个网络可能具有不同且独特的布线特性，必须对其应用以使其按设计运行。除了可以布线的特定区域或可以布线的层之外，还必须管理不同的PCB走线宽度和间距规则。 

这是当今设计师在布线电路板时面临的一些挑战，以及可以用来根据所需规则和约束成功进行布线的一些方法。

当今的PCB布线技术带来的挑战

一次，在印刷电路板上布线走线是相当简单的过程。您的走线都被分配了默认的宽度和间距，但连接过孔的电源和地线连接的宽度必须加宽。可能需要的任何其他走线宽度都很少，并且可以通过在布线过程中手动更改走线宽度来轻松处理。但是，随着电路板技术的发展，走线宽度和间距要求变得更加复杂。 

现在，在任何给定的板上，您可能会看到以下一些或全部：

具有指定宽度和间距的受控阻抗布线。

敏感的高速走线需要与其他具有较大间距的布线隔离。

模拟路由可能具有不同的默认宽度间距要求。

电源和接地连接，需要更宽的走线。

根据电路的不同，电源可能具有多种走线宽度。

模拟和数字路由之间要留出额外的间隔，以使它们彼此隔离。

除了基于电路功能的这些走线宽度和间距要求外，还可能存在不同的宽度和间距要求，具体取决于它们的位置。其中一些如下：

连接器可能要求网络使用较小的走线宽度，以在间距很小的引脚之间蜿蜒行进。

诸如四方扁平封装（QFP）或小外形封装（SOP）之类的细间距部件可能需要减小走线宽度，以进行逃生布线。

球栅阵列（BGA）可能还需要缩小的走线宽度，以绕进封装的引脚和过孔。

PCB布线的另一部分是用于在各层之间过渡的过孔。当以前用胶带和手推车手动布置电路板时，设计人员只需拿起Exacto刀并修整过孔焊盘即可挤压走线。但是，在当今的PCB设计CAD系统中，需要一种更精确的方法。设计人员将使用不同通孔类型和尺寸的阵列进行布线。

通孔分为三种类型：

通孔

盲人和埋葬

微

通孔是电路板设计中使用的标准通孔。它们是经过机械钻孔的，并且一直贯穿整个电路板。也可以通过机械方法钻出盲孔或埋孔，但它只会部分穿过电路板，也可能在内部层上开始和停止。这些通孔需要更多的制造步骤，因为在将板层压在一起之前，必须对板的各个层对进行钻孔和对齐。微型通孔是用激光创建的，这使得它们可以比机械钻孔小得多，并且它们通常仅跨越电路板的两层。它们非常适合需要较小走线和过孔的焊盘中通孔应用和高密度互连（HDI）设计。

这些是设计师在布线复杂的印刷电路板时面临的一些挑战。接下来，我们将更详细地讨论宽度和间距要求的一些特定示例。

3D CAD层显示电路板上的走线布线。

PCB走线宽度和间距示例

PCB走线的宽度和间距会在很多方面影响电路板。在决定使用什么宽度和间距值时，需要考虑以下四个方面：

电气性能和信号完整性

电路板上的大多数数字布线都将使用默认值作为走线宽度和间距，但是某些网络需要的尺寸不同。例如，受控阻抗网将需要根据板层堆叠的配置来计算其走线宽度。灵敏的高速走线可能需要较大的间距值，以防止串扰和其他信号完整性问题。 

根据电路的目的，模拟布线可能还需要唯一的走线宽度和间距。在某些情况下，可以在狭窄且狭窄的区域中减小默认走线宽度，但是必须注意不要将其延伸到整个电路板上。如果走线如此之细，以至于在PCB制造过程中受到损害，那么整个电路板的信号完整性可能会受到损害。

电源和地面布线

用于布线电源和地面的走线需要更宽，以传导更大的电流。如果痕迹太细，它们可能会变热甚至烧穿。为了散热，在电路板内层布线的电源走线也需要比在外层布线的电源走线宽，因为暴露在空气中会提供更多的冷却。对于电源电路中使用的走线，重要的是要使它们尽可能短和尽可能宽，以处理电流，并减少电路中的电感和噪声。重要的是，增大承载较大电流的走线的间距，以防止电源之间产生电弧。

电路板制造

迹线越宽，制造越容易。制造蚀刻工艺将对较长且隔离的迹线产生更大的影响，因此最好在可能的情况下使其更宽。20 mil的走线将比3 mil的走线具有更大的金属损耗容限。迹线宽度还取决于用于构建电路板层的铜的重量。如果由于较高的电流要求，该板的该层需要更大的铜重量，那么制造商可能也无法在其上蚀刻更细的走线宽度。

电路板组装

太宽的走线会影响在PCB组装期间组件焊接的难易程度。用于电源和接地网的宽走线也可能充当散热器，从而导致加热不均匀和焊点不良。在一个焊盘上连接大面积金属而在另一个焊盘上连接较细走线的小两针零件可能不平衡，以至于在回流焊期间最终将组件拉起。这种现象被称为“墓碑轰炸”，将迫使电路板进行人工返工以进行校正。BGA下的大量金属也会在焊接过程中引起问题，但是由于板上BGA的尺寸，这些错误更难以发现。

如果不保持正确的走线宽度和间距，可能会发生所有潜在问题，因此PCB布局工程师需要他们所能获得的所有帮助。幸运的是，设计工具中包含实用程序，可以帮助您解决这一问题。

针对电源网络走线宽度设置了设计规则和约束。

设计规则和约束

如我们所见，当今印刷电路板的布局中需要管理许多不同的走线宽度和间距。这些将包括单个网络，网络组（总线）以及电源和地面网的宽度和间距分配。此外，在每个分配中都需要使用正确的过孔，并且在某些情况下，可能有不止一组值必须分配给单个网络或组。PCB设计工具处理此任务的方式是使用设计规则和约束管理系统。

自PCB设计CAD工具诞生之初起，当时可用的控制量有限，因此设计规则和约束条件已经取得了长足的进步。现在，使用上面所示的约束管理系统，您可以使用电子表格样式的界面来设置各种规则和约束。如您所见，为网络分配了不同的走线宽度。如果要在此菜单中向右滚动，还可以通过分配等方式找到迹线间距的设置。 

这样的约束管理系统使设计人员可以完全控制其设计的跟踪路由规则。此外，这些系统还将控制其他设计值，例如信号时序，组件间距以及焊膏和丝网印刷的可制造性设置。

当今的CAD工具不仅提供规则和约束管理，还提供了更多功能。然而; 他们拥有广泛的路由工具，这些工具也可以帮助设计人员提高效率。

Cadence Allegro PCB编辑器中提供了一些不同的布线选项。

使您的PCB设计工具的全部功能发挥作用

尽管PCB布局中会有许多网，这些网需要不同的布线方式，但您不再需要亲自手动布线所有这些网。该设计工具将具有多种跟踪路由功能，可以提供帮助。例如，以Cadence Allegro中的路由功能为例，该功能为设计人员提供了大量的路由辅助工具和工具，例如：

视觉提示，以在手动路由时向您显示最佳频道。

平视显示器将在您进行布线时跟踪您的布线约束。

推，推，拥抱和滑动选项可帮助您进行手动布线。

乱涂乱画路由功能，使您可以手动勾画出路线，然后让自动引擎来繁重地路由走线。

轮廓布线功能可帮助创建任何角度的弯曲轨迹。

定时功能，使您可以在路由中添加和编辑跟踪调整段。

自动布线引擎可通过扇出添加单个迹线，或将整个电路板完全布线。

自动交互路由，用于手动组织和操纵网络捆绑，以便自动路由器最终确定。

路由清理功能，例如上光迹线以进行清理或在焊盘和迹线连接处添加泪滴以增强可制造性。