基板/印製板的可靠性設計準則
1) 覆銅箔印製板的選擇
2) 基板的工作溫度範圍和特性
3) 印製板裝配的散熱
4) 元器件的佈局
5) 元器件的安裝技術
6) 佈線原則
7) 印製導線設計
8) 多層板線條間距和邊距設計原則
n PCB可靠性設計的目的,是為了實現PCB良好地散熱和電磁相容性,保證PCB上的元器件和功能電路工作可靠。
n 為了提高PCB裝配的可靠性,必須在結構選材、元器件及電路佈局和製造工藝這四個方向滿足電路性能要求。
n PCB裝配板常出現的失效模式有:信號干擾、印製線剝落和銹蝕、元器件引線蝕斷、耐用衝擊性能差、接外掛程式斷開、電暈打火、板面翹曲及元器件損壞等。
1) 覆銅箔印製板的選擇
n 實際中,基板的選材應依據整機的性能指標,使用條件(如氣候、電氣環境、化學條件酸鹼度等)以及經濟性,否則可能會影響電路正常穩定工作或者造成浪費。
l 對於高壓電路,應選用具有良好高壓絕緣性能的板材。如果選用絕緣性能差的酚醛紙基覆銅箔板,則可能會造成基板擊穿打火而產生火花放電干擾,嚴重時可能碳化短路;
l 高頻電路要選擇高頻損耗小的基板,如聚四氟乙烯板。如果選用高頻特性差的酚醛板,將會由於高頻損耗過大而影響電路高頻性能;
l 一般的低頻低壓及民用電路,則要求基板經濟性好,價格低廉,如果選用成本較高的玻璃布板,則會造成不必要的浪費。
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3) 印製板裝配的散熱
n 印製板的散熱主要是設法將印製板及印製線上安裝的元器件工作時產生的熱量散佈出去。選用厚度大的印製線,以利於導熱和自然對流散熱。應減少元器件引線腳與印製線間的熱阻。
n 當元器件的發熱密度過大,單靠元器件引線腳和元器件本身不足以充分散熱時,可採用散熱網、匯流條、散熱管等措施,以增加元器件的熱傳導。
n 若元器件的發熱密度非常高,可考慮安裝散熱器,並在元器件、散熱材料和散熱器之間塗抹導熱膏。
n 對於安裝密度較高,採用上述措施後還不能充分散熱時,應採用導熱性能好的PCB,如金屬基底印製板和陶瓷基底印製板。
4) 元器件的佈局
n 設計印製電路板不僅僅是簡單地將各個元器件之間用印製導線連接起來,更重要的是應當考慮電路的特點和要求。如高頻電路對於低頻電路的影響,各元器件之間是否會產生有害的干擾,以及熱傳遞等方面的影響等。由於布局不正確帶來的分佈參數的影響也不可以忽略,所以在設計印製電路板時應當充分考慮元器件的擺放位置。
5) 元器件的安裝技術
n 為了提高PCB裝配板的耐振動和衝擊的性能,元器件的安裝應有一定的措施。
n 靜電敏感器件的安裝在等電位工作臺上進行,以免靜電損壞器件。
n 對大電流器件(如整流二極體),其引腳有散熱作用,不可過短,也不宜套上絕緣管。
n 必須保證焊接品質,消除虛焊。焊接處的清潔是保證焊接品質的首要條件。焊接組裝完畢後,需要進行檢查和清洗。
n 表面貼裝技術的應用
6) 佈線原則
n 不相容的地線分別佈置。為了防止公共地線阻抗耦合干擾,對不相容的地線如大電流與小電流、高頻與低頻、類比與數位、不同電源電壓的地線應分別佈置。
l 對於單、雙面板而言,常採用軌線作為地線。為了減小其阻抗,應使之儘量加粗,但當干擾頻率很高時,地線上的干擾電壓仍可能加大,所以要採用分地的方法防止不同地回路間干擾互相影響。另外對雙面板或多層板可採用大面積接地或將一面作為地線層,這時的地線電感量就變得很小。
l 在分地過程中,還應注意的是不相容電路的回路不要有公共部分。同時應當在適當位置上連接起來。
n 電源線的佈置,注意去耦
n 信號線的佈置,注意平行走線、時延等問題
7) 印製導線設計
n 主要是合理地確定其厚度、寬度、間距、路程及圖形。
l 厚度,主要取決於覆銅箔的厚度。一般薄一些更好。厚度要均勻。
l 寬度決定了導線與基板的附著力,寬度太小,附著力小,擦傷及潮濕都會引起導線脫離基板。選擇寬度時,主要考慮導線允許的載流量、溫升和電壓降。通常,0.5mm、1.0mm、1.5mm線寬的印製導線,在溫升為40℃時,允許載流量分別為1.5A、2.3A、3A左右。
l 間距: 相鄰印製線之間的距離也必須符合電氣絕緣要求。
l 圖形設計也很重要,一般不應有急劇的彎曲和夾角,否則容易因電應力集中而引起電弧、電暈產生干擾。盡可能地避免導線分支,分支處應圓滑,半徑不小於2cm。板面上有較大面積的銅箔時,應鏤空成柵條狀,導線寬度過寬時,可分成二、三支平行走線,這樣在使用波峰焊接時,能保證加熱均勻、焊接牢固,也可防止銅箔的翹曲和剝落。