【再流焊】这种焊接技术的焊料是焊锡膏。预先在电路板的焊盘上涂上适量和适当形式的焊锡膏,再把SMT元器件贴放到相应的位置;焊锡膏具有一定粘性,使元器件固定;然后让贴装好元器件的电路板进入再流焊设备。
【波峰焊】波峰焊是让插件板的焊接面直接与高温液态锡接触达到焊接目的,其高温液态锡保持一个斜面,并由特殊装置使液态锡形成一道道类似波浪的现象。
一、焊盘的设计
1.推荐元器件之间的最小距离
2.测试探针触点:圆形40mil,方形36mil,与元器件距离大于200mil。
3.过孔型圆形焊盘尺寸一般为孔径尺寸的两倍。矩形焊盘通常用来标识第一个引脚。对于一些发热量较大、受力较大和电流较大的焊盘,可以将其设计成泪滴状。
4. (1)标准孔径尺寸:
导通孔孔径: 10mil,16 mil,20 mil,24 mil;
其他标准孔径:28 mil,32 mil,36 mil,40 mil,51 mil,63 mil,79 mil。
(2)一般焊盘环宽取10mil。
(3)标准安装孔距:
优先选用:2.5 mm,5.0 mm,10.0 mm;
其他:2.0mm,3.5 mm, 7.5 mm, 12.5 mm,15.0 mm,17.5 mm,20.0 mm,22.5 mm,25.0 mm
二、过孔
1.(1)过孔电容:过孔对地有寄生电容。在低频情况下可以不考虑,在高速数字电路中,过孔寄生电容影响数字信号的上升沿减慢或者变差。
(2)过孔电感,在IC电源旁路电路中,将电容连接到电源面或者地面的每一个过孔都引入一个小电感,降低了旁路电容的有效性,电源滤波效果变差。
2. 过孔焊盘与孔径尺寸设计(mil)
孔径
8
12
16
20
24
32
40
焊盘
24
30
32
40
48
60
62
*测试卡可兼做导通孔,焊盘直径不小于25mil,测试孔中心距不小于50mil。
3. 过孔与元件焊盘的距离应当不小于
20mil,不能设计在焊盘上。
过孔焊盘上有阻焊剂,则距离可小至4mil。无阻焊导通孔焊盘之间的间隔大于20mil。
三、走线
1. 天线
产生电磁波辐射的两个必要条件是:天线和流过天线的交变电流。天线的两种基本形式:电流环天线和电偶极天线(两个导体之间存在电压为偶级天线,一个导体和大地之间存在电压为单级天线)。
(1)对于电偶极天线:屏蔽结构和搭接结构的设计依据即消除导体之间的电压。
(2)对于电流环天线:无处不在,减小的方法即控制电流回路的面积。
2. 减小走线之间的串扰的措施:
(1) 走线尽可能短
(2) 使高频信号线远离敏感信号线线
(3) 尽量使用输入阻抗较低的敏感电路,必要时使用旁路电容降低敏感电路的输入阻抗。
(4) 在互相干扰的的线中间布一根地线,可减少互容干扰。
(5) 增加相互干扰的线之间的距离,避免平行,减小互感。
3. PCB布线的一般原则
(1) 相邻层走线方向成正交结构,无法避免时,用地线或者地层隔离。
(2) 检查走线的开闭环。不允许出现一段浮空的布线。防止信号线在不同层之间形成自环。
(3) 走线长度尽可能的短。对于数字电路系统,需要考虑走线长度与延时的问题。
(4) 线与线的夹角应该大于135度,采用45度拐角或者圆角代替90度拐角,拐角长度大于等于3倍线宽。
(5) 接地保护线,在敏感信号两边平行布一对接地走线,串扰减少一个等级。
(6) 布线长度不得为波长的整数倍,以免产生谐振现象。
(7) 布线密度(线宽/间距):12/10;8/8;6/6;5/5
(8) 线宽大于12mil的导线必须从焊盘中心引出;0805及其以下的片类式SMD之间需要通过一段“隔热路径”,线长大于20mil,线宽小于16mil。
(9) 连接SOIC,PLCC,QFP,SOT,建议将导线从焊盘两端引出再连接。
(10) 不同厚度、不同宽度的铜箔的载流量(降额50%使用)
四、接地
(1)接地:电流返回其源的低阻抗通道。
(2)接地干扰:因为阻抗的存在,因此地线上各点电位一定相等的假设不成立。从而产生接地干扰。若连接导线和地线构成地环路,地环路中存在的电流将产生RF。
(3)不同的接地分别设置:
模拟地(弱电地):模拟电路零电位的公共基准地线。
数字地(弱电地):数字电路零电位的公共基准地线。
电源地:电源零电位的公共基准地线,通常是电源负极。
功率地(强电地):负载电路或者功率驱动电路零电位的公共基准地线。电路电流强,若地线电阻大会产生显著的压降,从而产生干扰。
屏蔽地:屏蔽网络的接地,用于抑制变化的电磁场的干扰。
设备地:设备外壳接地。弱电地和强电地绝缘,信号地和安全地可以采用浮地式(不连接),单点接地式(直接连接)或者通过一直3uF电容连接。其他地最后汇聚在安全地,然后连接至接地极。
系统地:为了使系统及与之相连的电子设备均能可靠运行而设置的接地。若与大地相连,不受外界电磁场的影响,但需要注意共地线干扰和地环路干扰。若不与大地相连,则相对零电位不稳定。
(4)接地方式:
1. 单点接地:
1) 串联单点接地
各电路接地引线短,阻抗小,可采用该方式接地。把最怕干扰的电路放置在离接地点最近的地方。
2) 并联单点接地
可有效避免个单元之间的地阻抗干扰,但增加地线的长度,各地线之间的耦合,因此不适用与高频(大于1MHz)。
在实际设计电路时,一般相同类型的地之间采用串联单点接地,不同租的地采用并联单点的方式接到接地点。当电路板上有分开的模拟地和数字地时,应用二极管背靠背互连,防止电路板上的静电累积。
2. 多点接地:某一系统中,需要接地的电路都直接接到距离最近的接地平面上。接地线阻抗最小。在高频是由于趋肤效应,高频电流直流经导体表面,因此通常用矩形截面导体作为接地导体带。适用于高频电路(大于10MHz)。但多点接地存在环路,容易对设备内的敏感电路产生环地干扰。
3. 混合接地:一般是在单点接地的基础上,利用电容或者电感实现多点接地,从而使得接地系统在低频和高频呈现不同的特性。适用于高低频混合的电路系统。
4. 悬浮接地:信号地与安全地隔离。抑制来自地线的干扰,没有环路电流的影响。设备地与公共地之间容易产生静电累积,可通过电阻接地避免。
(5)接地系统的设计原则(没有绝对正确的接地方案,靠经验 =。= 头疼!)
***书中此部分讨论给予多层板,即有独立的地面和电源面,选择性跳过部分内容。
1.地线网络:
1)将多根导线并联起来降低地线电感。对于双层PCB,在两面分别铺设水平和垂直的地线,交叉的地方用金属化过孔连接起来,要求每根平行导线之间的距离要大于1cm。
2)地线不一定要很宽,有比没有强。
3)在布局时,应先铺设好地线,在铺设信号走线。因为地线时信号稳定工作的基础,无论空间怎样的紧张,地线的位置必须要保证。
4)高速数字电路避免采用梳状地线,应加上横向走线变为网格结构。
2.电源和地线栅格
1)电源线垂直分布在板子的顶层,地线水平分布在板子的底层。
2)网格面积小于3.8cm2,每个交叉点用退耦电容连接。频率越高,栅格面积越小。
3)注意保持走线距离,减小互感。
4)可采用辐射状连线缩短导线长度,地线和电源线相隔排列,减小公共返回路径(?)。
3.指状布局
1)如图所示。这种布局的优势为可在单层PCB上实现电源和地线的布局,信号线走另外一层。但引入大量的自感和互感,高速数字逻辑电路避免采用。
2)相邻的电源线和地线之间布退耦电容。
4.最小化面积:信号线与其回路构成的环形面积尽可能要小,以避免潜在的天线。
5.按电路功能分割接地面:如图,每个电路的电源输入都用LC滤波,减少电源面之间的耦合。
实例:
五、去耦合
去耦电容的PCB布局设计:
1.去耦电容应当布局在相对IC靠近电源的一侧,才能有效的去耦。否则电源的变化和噪声会先作用于IC。
2.最小化去耦电容和IC之间的电流回路,最大限度的降低电流环路的辐射。
3.去耦电容和电源引脚共用一个焊盘,使IC和去耦电容之间形成的间隔距离最小。电源线先连接到电容上,再连IC。
4.当去耦电容因为某种原因不能靠近IC电源引脚时,可以在IC和去耦电容之间采用一个小面积的电源平面来代替电源线。
5.在每一个电源引脚断都连接去耦电容。
6.并联一个大电容,一个小电容,大电容用于抵制低频噪声,小电容抵制高频噪声。但可能在某个频率产生反谐振效应。