基本PCB组件放置指南
关键的外卖
放置PCB组件时的功能要求
PCB组件放置的制造和可达性要求
先进的PCB设计工具，以帮助组件放置
在设计特定的设计约束时，这样的视觉提示可以提供位置指导
多年来，PCB布局逐渐变得更加复杂。随着功能需求的增加，需要额外的电路，而可用的电路板空间减少，以容纳更小的设备。高速电路的布局要求精确，以避免电磁干扰和其他信号完整性问题，同时产生更多的热量，必须通过设计消散。所有这些都直接落在PCB布局设计师的肩上，他们必须不断想出新的和创新的方法来把10磅的财宝装进5磅的袋子。
确保PCB布局将包含所有所需的组件并完美地执行的第一步是完善电路板的组件放置。这比看起来要复杂得多，因为PCB设计师必须平衡位置的性能需求与制造需求。与此同时，零件需要放在它们应该在的地方可用于测试升级的同时不会对主板的其他部分造成附带伤害。为了有所帮助，我们提出了一些基本的PCB组件放置指南。我们将首先从电路板的功能要求开始。
放置PCB组件时的功能要求
为了最好的PCB性能，组件需要放置在它们将帮助服务于电路的功能需求的地方。尽管最好的结果是将每个组件引脚放在可以直接与电路的下一个组件引脚连接的位置，但这在高密度布局中是不可能的。对于每个可以将其引脚紧密放在一起的电路，下一个电路将以其引脚分离结束。这种布局难题将设计师直接置于必须在布局中管理多个折衷方案的位置，以实现最佳的整体PCB性能。
为性能创造最佳组件位置的第一步是从对部件的布局进行楼层规划开始的。这些功能分区允许您在开始杂耍组件之前绘制出电路板的数字、模拟、射频和电源区域的位置图。这里的关键是保持这些区域的隔离，以防止一个区域的噪音影响到另一个区域。为了在你的设计中获得最好的信号和电源完整性，你还需要安排你的电路区域，以避免使用分裂地平面。
完成了不同电路区域的平面图后，就可以开始放置组件了。以下是一些需要记住的数字部件的一般放置指南:
- 首先放置固定组件(如连接器)，然后从它们构建其余的位置。
- 不要允许电路的一个区域的组件侵犯到另一个区域-除了过渡组件，如模拟到数字转换器。
- 当放置线路的密集区域时，请记住，您将需要内部区域的逃逸路由和总线路由空间。不要阻塞您的路由通道。
- 记住，用于转义和总线路由的通孔可能会潜在地阻塞参考平面上的信号返回路径，所以提前计划以保持清晰的返回路径。
- 将高速信号的组成部分放在一起，以便路由可以遵循原理图中所示的信号路径。你需要的是简短而直接的联系。
当你在设计中放置模拟和电源部分时，你也需要遵循同样的一般指导方针。电源组件也有一些额外的要求，应遵守良好的电源完整性:
- 使用大量电力的高速组件(例如，处理器设备)需要大量的去耦电容器连接到它们的电源引脚上。这对于BGA包中的大针数部件来说可能是一个真正的挑战，但这些帽必须尽可能地放置在它们的针脚附近，以管理接地反弹和其他电源完整性问题。
- 把电源的各个部件尽量靠在一起。这将使你能够保持引脚之间的路由短而宽，这对减少电感是必不可少的。
- 保持电源组件在同一层板上，以消除通孔的需要，也会产生不良的电感。
同样重要的是，放置组件的方式，以管理其运行产生的热量。热运行组件，如处理器，应该位于设计的中心，以更好地分散他们的热量在整个板。单个电源不应相邻放置。同样重要的是，要注意气流的流经，以免阻碍它提供冷却。这可能需要重新安置阻碍气流的较高部件。同时，在你的位置上留出空间散热片以及其他散热装置和策略。
有了所有这些功能PCB组件放置指南，您可能会认为这对任何设计师来说都足够了。但是，还有更多——现在我们需要以制造业的眼光来评估安置。
在电路板上放置元件
PCB组件放置制造指南
印刷电路板采用自动化装配工艺进行装配，包括波峰焊，主要用于通孔组件，以及表面贴装部件的焊锡回流。每一种系统都有PCB布局设计人员需要意识到的要求，以确保当板在充分生产时，最高的制造产量。
印刷电路板组装
波峰焊系统使用传送带使电路板通过熔化的焊料波峰。波过程迫使焊锡向上通过镀通孔在板上，形成一个坚实的连接插入的引脚。这个过程比其他过程更快，设置时间更短，但确实需要根据一些基本的指导方针来放置组件:
- 在板背面的SMT部件之间提供额外的间隙，使其不能波焊到附近的任何通孔销上。这将确保有足够的空间来屏蔽这些SMT部件，而不会阻碍波到达通孔销。
- 较小的分立组件，可以波焊应该以销钉为导向垂直于通过波的方向，所以两个引脚将同时焊接。
- 较小的SMT组件不应该直接放在通过波的较大组件的后面，以防止阴影产生良好的效果钎焊接头．
- 通孔连接器应该是定向的，所以他们的针旅行垂直于波，以获得最好的焊锡覆盖。
- 避免在板的背面放置不符合波的高度限制的高组件。
表面贴装部件使用焊锡膏固定在电路板上，然后通过焊锡回流烘箱运行。热熔化锡膏，然后它变硬，形成一个坚固的焊点。焊锡回流焊没有波峰焊那么多的位置要求，但设计师确实需要确保他们的零件的位置是最好的制造结果。当较小的双引脚部件热不平衡时，一个引脚将比另一个接受更多的热量，它们的焊料可能以不同的速度熔化。这种不平衡通常是由于引脚连接中的金属含量不同，可能导致一个焊盘上的焊料熔化，将另一个焊盘上的部分拉离，这种效果被称为墓碑。
在自动组装电路板之后，对于焊接错误的部件或无法通过自动组装流程运行的部件，可能需要手工返工。对于PCB设计人员来说，允许技术人员使用镊子、探针和烙铁等返工工具访问电路板是很重要的。放在大零件下面的零件对技术人员来说是非常困难的，而且在返工时其他零件可能会受到附带损害。
自动化测试和其他制造步骤
完成的电路板通常要经过自动测试过程来验证其组装。虽然这种测试可以手动完成，但大多数生产板将使用在线测试(ICT)系统或飞行探针机进行测试。ICT系统使用一个夹具同时探测电路板上的测试点，而飞行探测机则分别测试这些相同的点。无论哪种方式，电路板都需要设计测试点以促进这些过程，并且测试点有自己的放置要求。间距值因制造商而异，但设计人员应期望遵守以下要求:
- 测试点到测试点的间距。
- 测试点到组件间距。
- 测试点与板边间距。
该板将如何安排在其制造面板，也将影响组件应该如何放置。有些面板会使用评分工具将板分开，组件需要放置在边缘有足够的间隙，以免干扰这一过程。其他面板使用分离标签，组件需要保持远离标签，以避免打破焊接点和破裂的部分外壳时，板从他们的面板。另一个要注意的问题是，该板是否会被保形涂层。最好将一些独特的组件放置在靠近板边缘的地方，以避免将它们浸在涂层流体中。
我们已经看到PCB组件的位置是如何受到功能和制造需求和要求的影响。接下来，我们将了解如何放置部件，以便技术人员和现场服务人员更容易使用它们。
在CAD约束管理系统中使用不同的组件放置间隙
可访问性的组件放置建议
电路板要经过测试和调试阶段，尤其是在最初开发的时候。这一级别的测试通常需要访问电路板，以插入电缆，探测连接，并连接线夹。在某些情况下，原型板将使用套接字来构建，以便在测试过程中可以轻松地交换设备，而这最终将被排除在生产版本的板之外。布局设计师需要将这些部件放置在尽可能容易访问的地方，并为技术人员提供访问电路板所需的空间。
根据板的不同，也会有其他部分需要人工接口。线束和电缆将必须插入，设置开关，更换电池，其他部分将需要轻微调整。没有考虑到这一点的PCB布局可能会冒重新布局的风险，只是为了合并位置变化，以提供对连接器的访问。用于a的电路板multi-board系统还必须能够连接到彼此和系统控制。不考虑系统内连接的组件放置可能也必须经过重新设计，以便访问一两个连接器。
在布局电路板时，有很多要考虑的问题，这些PCB组件的放置指南应该有助于。另一个有用的资源是使用先进的PCB设计CAD系统，如Cadence的Allegro PCB编辑器来布局电路板。
Allegro的在线DRC系统显示一个组件放置错误需要纠正
PCB设计工具如何帮助创建最佳组件位置
您必须使用许多不同的间隙值来正确放置组件，以满足功能、制造和可访问性需求。Cadence的约束管理器允许您设置电气和制造设计规则对于组件的放置，给你有用的设计规则检查信息，如上图所示。在Allegro中组件放置的另一个有用的功能是在3D中查看和检查你的布局。这个功能可以让你实时反馈你的位置，而不是等待建立一个原型。您还可以拉入其他电路板布局，以获得您的设计如何与设备中的其他pcb插即用的完整系统视图。
有关组件放置和可制造性设计的其他信息，请查看这个DFM电子书从节奏。
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