有效PCB痕迹宽度和间距

2021年4月12日

关键的外卖

设计人员面临的路由挑战。
跟踪宽度和间距要求的示例。
使用您的PCB设计CAD工具来帮助您。

显示内层路由的多层电路板。

作为一个PCB设计师的优势之一是在印刷电路板布局中获得路线痕迹。早在《俄罗斯方块》或《Candy Crush》出现之前，追踪路由便为设计师提供了自己独特的谜题，即通过解开网络连接的老巢而创造出一个清晰的路由板。在电路板上布线轨迹可能是一项非常值得的成就，但随着设计的规模和复杂性的增长，它也可能变得非常复杂。

在今天的PCB布局中，每个网络可能都有不同的和独特的路由特性，为了使其按照设计的功能运行，必须应用这些特性。除了网络可以路由的特定区域或它们可以路由的层之外，还必须管理不同的PCB跟踪宽度和间距规则。

以下是今天设计师在布线时所面临的一些挑战，以及一些您可以使用的方法成功的途径根据所要求的规则和约束。

当今PCB路由技术所带来的挑战

曾几何时，在印刷电路板上布线是一个相当直接的过程。你的轨迹都被分配到一个默认的宽度和间距，除了电源和接地连接到它们的通孔的地方，它们必须变得更宽。可能需要的任何其他跟踪宽度都很少，可以通过在路由期间手动更改它们来轻松处理。然而，随着电路板技术的发展，迹宽和间距要求变得更加复杂。

现在，在任何一块黑板上，你可能会看到以下的部分或全部:

具有指定宽度和间隔的控制阻抗路由。
需要与其他具有较宽间距的路由隔离的敏感高速跟踪。
模拟路由可能有不同的默认宽度间距要求。
电源和接地需要更大范围的追踪。
可根据电路有多个迹宽的电源。
模拟和数字路由之间的额外间距使它们彼此隔离。

除了这些基于电路功能的迹线宽度和间距要求外，根据它们的位置也可能有不同的宽度和间距要求。其中一些如下:

连接器可能要求网络使用更小的轨迹宽度在紧密间隔的引脚之间蜿蜒前进。
细间距部件，如四平面包(QFP)或小轮廓包(SOP)，可能需要减少其轨迹宽度以进行转义路由。
球栅阵列(BGA)也可能需要缩小的轨迹宽度，以便在封装的引脚和通孔内和周围布线。

PCB布线的另一部分是用于层与层之间过渡的通孔。以前的电路板都是用胶带和托架手工布置的，设计师可以简单地拿一把Exacto刀，剪下一个通板，在它旁边挤出一个痕迹。然而，在今天的PCB设计CAD系统中，需要一种更精确的方法。设计师将使用一系列不同的通过类型和大小他们的路线。

经孔分为三种类型:

通孔
失明和被埋
微

通孔通孔是线路板设计中使用的标准通孔。它们是用机械钻成的，并贯穿整个板子。一个盲孔或深孔也是机械钻的，但它要么只会部分穿过木板，要么开始和停止在内部层。这些通孔需要更多的制造步骤来创建，因为在将板叠合在一起之前，必须对板的单独层对进行钻孔和对齐。微通孔是用激光制造的，这使得它们比机械钻的孔小得多，而且它们通常只横跨两层板。它们非常适用于板内通孔应用和高密度互连(HDI)设计，这些设计需要更小的通孔和通孔。

这些都是设计人员在设计复杂印刷电路板时所面临的一些挑战。接下来，我们将更详细地研究一些宽度和间距要求的特定示例。

显示电路板上轨迹路径的3D CAD层。

PCB痕迹宽度和间距示例

PCB痕迹宽度和间距可以在许多方面影响电路板。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路由将使用默认值的迹宽和间距，但有些网将需要不同的大小。例如，控制阻抗网将需要其迹宽计算基于的配置板层堆叠．敏感的高速跟踪可能需要更大的间距值，以防止串扰和其他信号完整性问题。

根据电路的用途，模拟路由也可能需要独特的迹线宽度和间隔。在某些情况下，默认跟踪宽度可能会在狭窄的区域内减小，但必须注意不要将此扩展到所有区域。如果迹线变得非常薄，以至于在PCB制作过程中受到损害，那么整个板的信号完整性可能会受到损害。

电源和接地布线

用于电力和地面布线的导线需要更宽，以传导更大的电流。如果痕迹太薄，它们会变热甚至烧透。由于暴露在空气中会提供更多的冷却，因此在板的内层上布线的电源痕迹也需要比在外层上布线的更宽来散热。对于那些在电源电路中使用的迹线，重要的是要使它们尽可能地短和宽，以处理电流，以及降低电感和噪声在电路中。重要的是增加携带较大电流的迹线的间距，以防止功率在它们之间发生电弧。

电路板制作

痕迹越宽，越容易伪造。加工蚀刻过程对长而孤立的痕迹影响更大，因此最好尽可能使其更宽。一个20毫米的痕迹比一个3毫米的痕迹有更大的金属流失的容忍度。痕迹宽度也取决于用于建造板层的铜的重量。如果这一层板需要更大的铜重量，由于更高的电流要求，制造商可能无法蚀刻更薄的痕迹宽度。

线路板总成

痕迹太宽会影响PCB组装过程中组件焊接的容易程度。用于电源和地网的宽痕迹也可以作为散热器，导致不均匀的加热和不良的焊点。小的双引脚部件连接到一个焊板上的大面积金属和另一个焊板上的细痕迹，可能会不平衡到足以使组件在焊料回流过程中被拉起。这种效果被称为“墓碑”，将迫使手工重做板的更正。BGA下的大量金属也会在焊接过程中引起问题，但由于板上BGA的尺寸，这些错误更难发现。

如果没有保持正确的轨迹宽度和间距，所有潜在的问题都可能发生，PCB布局工程师需要他们能得到的所有帮助。幸运的是，设计工具中有一些实用程序可以帮助实现这一点。

在Cadence Allogro的约束管理器中设置功率网跟踪宽度

建立了电网迹宽的设计规则和约束条件。

设计规则和限制

正如我们所看到的，在今天的印刷电路板布局中，有许多不同的迹宽和间距需要管理。这将包括单个网的宽度和间距分配，网组(公共汽车)，以及电力和地网。此外，在每个分配中都需要使用正确的通孔，在某些情况下，可能会有不止一组值必须分配给单个网络或组。PCB设计工具处理这一任务的方法是使用设计规则和约束管理系统。

从早期PCB设计CAD工具(当时可用的控制数量有限)开始，设计规则和约束已经向前发展了很长一段时间。现在,随着约束管理系统如上图所示，您可以使用电子表格风格的界面来设置各种规则和约束。如您所见，这些网被分配了不同的轨迹宽度。如果您在这个菜单中向右滚动，您还会发现跟踪间距、通过赋值等设置。

这样的约束管理系统使设计人员能够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，如信号定时、组件间距和锡膏和丝印的可制造性设置。

今天的CAD工具提供的不仅仅是规则和约束管理。然而;他们有广泛的路由工具，可以帮助设计师的效率。

Cadence Allegro的PCB编辑器中的路由菜单