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[導讀]在PCB設計中,Design Rule設計規則是關係到一個PCB設計成敗的關鍵。所有設計師的意圖,對於設計的功能體現都通過設計規則這個靈魂來驅動和實現。精巧細緻的規則定義可以幫助設計師在PCB佈局佈線的工作中得心應手,節省工程師的大量精力和時間,幫助設計師實現優秀的設計意圖,大大方便設計工作的進行。

       在PCB設計中,Design Rule設計規則是關係到一個PCB設計成敗的關鍵。所有設計師的意圖,對於設計的功能體現都通過設計規則這個靈魂來驅動和實現。精巧細緻的規則定義可以幫助設計師在PCB佈局佈線的工作中得心應手,節省工程師的大量精力和時間,幫助設計師實現優秀的設計意圖,大大方便設計工作的進行。

       在設計數據從原理圖階段轉移到PCB設計階段之後,進行PCB設計佈局佈線時,就需要提前定義好設計規則Design Rule。後續的整個PCB設計都需要遵守規則定義。包括最基本的電氣規則(間距,短路斷路),佈線規則(線寬,走線風格,過孔樣式,扇出等),平面規則(電源地平面層連接方式,鋪銅連接方式);以及其他常用的輔助規則如佈局規則,製造規則,高速設計規則,信號完整性規則等等。在規則驅動的設計完成之後,還可以進行規則檢查Design Rule Check來重新審視您的設計,看看有無違反規則的情況發生並加以改進和完善。最終設計出完全符合規則定義並滿足設計意圖的優秀作品。

       相對於PCB製造相關的設計規則尤其具有現實意義。倘若設計規則設置的不符合PCB工藝製造的要求,將不僅僅是影響產品功能那麼簡單,甚至會無法加工無法實現工程師的設計意圖。因此,在定義設計規則的時候,瞭解下下游製造方對設計的工藝製造要求是至關重要的。

PCB加工的製造工藝有哪些精度方面的要求?

       如下圖所示為某家PCB製版生產廠家的工藝要求。包括電路板層數,厚度,孔徑,最小線寬線距,銅厚等基本參數要求;也包括板材類型,表面處理,特殊加工等特別要求。一般在PCB加工的時候,分測試用的打樣加工,以及最終成型的批量產品加工。對於設計師來説,有實際意義並需要嚴格遵守的是批量產品加工的工藝要求。

       而對於製造精度相關的工藝要求來説,最基本最重要的是線寬線距和最小孔徑。也即加工廠能處理最小多細的線寬以及最小多大的孔。如果線寬在設計中沒有達到要求,太細的話是無法正確加工出來的。線寬線距精度同樣影響到絲印層上的文字圖案是否清晰。而孔徑太小的話也是沒有相應的鑽頭支持的。最小孔徑所對應的鑽頭尺寸同樣影響到機械孔,安裝孔等各種類型板形剪切的公差精度。

線寬線距與孔徑規則設置注意事項

       本文帶您瞭解如何根據PCB生產製造工藝要求,在PCB製造精度方面,設置合乎要求並且滿足設計意圖的線寬線距與孔徑規則.

  1. 最小線寬/間距4mil

      在PCB設計中,批量加工所能支持的最高精度為線寬線距4mil。即佈線寬度必須大於4mil,兩條線之間的間距也需要大於4mil。當然只是線寬線距的最低極限值。在實際的工作中線寬需要按照設計需要定義為不同的值。比如電源網絡定義寬一些,信號線定義細些。這些不同的需求都可以在規則Design - Rules - Routing - Width 裏定義不同網絡不同的線寬值,然後根據重要程度設置規則應用優先級。同樣,對於線距來説,在規則頁面Design - Rules - Electrical - Clearance 裏定義不同網絡之間的電氣安全間距,當然也包括線距。

      另外有一種特殊情況。對於高密度管腳的元器件來説,器件內焊盤之間的間距一般很小,比如6mil,雖然滿足最小線寬或間距大於4mil的製造方面的要求,但作為設計PCB來説可能不符合規則設計要求。如果整個PCB的最小安全間距設置是8mil,那麼元器件焊盤的間距明顯違反了規則設置。在規則檢查時或在線編輯時會一直綠色高亮來顯示違規。這種違規顯然是不需要處理的,我們應該修正規則設置來消除綠色高亮顯示。在原來的處理辦法中,是用query語言單獨為這個器件定義不同的安全間距規則,並設置為高優先級。在新的版本中,只需要簡單的勾選選項即可解決這個問題,即忽略封裝內的焊盤間距Ignore Pad to Pad clearance within a footprint。如下圖所示。

       用此選項勾選非常簡便。不需要原來那樣用Query語句InComponent('U1') ,然後設置其最小安全間距為6mil,並設為最高間距優先級.

      2.   最小機械孔徑0.2mm(8mil)最小鐳射孔徑4mil  

      PCB設計中不可避免要用到鑽孔。而在設計規則的設置方面,甚至具體的鑽孔操作方面,具體要鑽怎樣的孔(通孔,盲孔,埋孔,還是背鑽孔?)以及鑽多大尺寸的孔,您做到心中有數了嗎?您會不會看別人鑽多大孔自己也鑽多大孔,或者隨便填寫個尺寸以滿足板面佈局和走線的方便程度?

      孔的類型如下圖所示。一般不太複雜的設計,板層疊層不多的設計中通常用到通孔。在複雜的設計中,特別是多層板,高速高密設計,PCB佈線空間要求很高的情況下,可根據實際需要設置盲孔或埋孔。當然盲埋孔因為製造工藝上比通孔複雜,製造成本會相應增高。

機械鑽孔與鐳射鑽孔的區別

      首先了解下鑽孔的過程。如下圖所示,鑽孔是用不同規格的鑽頭尺寸來進行的。如果您的設計中過孔孔徑的尺寸與加工廠現有的鑽頭尺寸不相同,那麼會選擇離您的設計值最近的鑽頭規格來鑽孔。而Entry面板是用來防護鑽頭及枱面,減少毛刺並降低鑽頭温度的作用。Backup底板是用來保護板面防止壓痕,防止打滑導向並減少毛刺的作用。

機械鑽孔的鑽頭通常有ST型和UC型。一般來説UC型比ST型鑽孔的精度更高。

       鐳射鑽孔一般用於微通孔。隨着PCB想微型和高密度互聯的方向發展,越來越多制板加工採用導孔的連接方式實現高密度互連。而傳統機械鑽孔的小孔能力,幾乎到了極限。隨着盲孔設計的發展,高密度的需求其可靠性也要新的工藝來改善,鐳射鑽孔應運而生。如下圖所示為鐳射鑽孔的方法。

       所以,機械鑽孔與鐳射鑽孔的區別如下:

       鐳射鑽孔的精度會比機械鑽孔高出許多。因此最小機械鑽孔的孔徑在規則設置裏不得小於0.2mm(8mil)。最小鐳射孔徑在規則裏設置不能小於4mil。

3  孔徑設置與板層厚度,層數等關係  

      孔徑的設置大小首先在滿足最小工藝要求的情況下,根據板子要求的精度,板層厚度,疊層數等共同決定。它們之間的關係如下:

      因此,在設置孔徑尺寸的時候可以參考上面的表格來根據板厚,疊層數等來設置相應的符合要求的尺寸。也可通過如下簡易的板厚/孔徑比來大概根據整個板厚尺寸來定義合適的鑽孔孔徑的尺寸。


-END-


來源 | Altium


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