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元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

像这样的视觉线索在设计特定的设计约束时提供了放置指导

多年来，PCB布局逐渐变得越来越复杂。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。高速电路要求其布局精确，以避免EMI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。所有这些都落在了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磅的宝贝装进5磅的袋子里。

确保PCB布局包含所有所需组件并完美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设计师必须平衡放置的性能需求和制造要求。同时，部件需要放置在它们所在的位置便于测试升级的同时不会对董事会的其他部分造成附带损害。为了提供帮助，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

为了获得最佳的PCB性能，需要将组件放置在有助于满足电路功能需求的地方。虽然通过将每个元件引脚放置在可以直接与电路的下一个元件引脚连接的位置可以获得最佳结果，但高密度布局是不可能的。对于每个可以将其引脚靠近放置的电路，下一个电路将以引脚分开告终。这种布局难题使设计人员不得不在布局中进行多种折衷，以实现最佳的PCB整体性能。

为性能创造最佳组件位置的第一步是从零件的地板规划开始的。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，RF和电源区域需要位于何处。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。为了在您的设计中获得最佳的信号和电源完整性结果，您还需要安排电路区域以避免使用分裂地平面。

完成不同电路区域的平面布置图后，就可以开始元器件的放置了。以下是一些要记住的数字部件的一般放置指南:

• 首先放置固定组件，例如连接器，然后从它们构建其余的布局。
• 不要让电路的一个区域的元件侵犯到另一个区域——除了像模拟到数字转换器这样的过渡元件。
• 当放置电路密集区域时，请记住，您将需要空间用于内部区域的逃生路由和总线路由。不要阻塞路由通道。
• 请记住，用于逃逸和总线路由的过孔可能会阻塞参考平面上的信号返回路径，因此请提前计划以保持清晰的返回路径。
• 将高速信号的组件紧密地放在一起，以便路由可以遵循原理图中所示的信号路径。你需要这些连接是短而直接的。

在放置设计的模拟和电源部分时，您还需要遵循相同的一般准则。电源组件也有一些额外的要求，应遵守良好的电源完整性:

• 使用大量功率的高速元件(例如处理器器件)需要大量的去耦电容连接到它们的电源引脚上。对于BGA封装中引脚数较大的部件来说，这可能是一个真正的挑战，但这些帽必须尽可能靠近引脚放置，以管理地面反弹和其他电源完整性问题。
• 将电源的各个部件尽可能地放在一起。这将使您能够保持引脚之间的路由短而宽，这对于减小电感是必不可少的。
• 将电源元件保持在电路板的同一层上，以消除对过孔的需要，过孔也会产生不良电感。

同样重要的是，要以这样一种方式放置组件，以管理其操作产生的热量。热运行的组件，如处理器，应该位于设计的中心，以更好地散热在整个板。单个电源不应相邻放置。同样重要的是要注意整个板上的气流，以免阻碍它提供冷却。这可能需要重新安置阻塞气流的较高组件。此外，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——现在我们需要从制造业的角度来评估安置。

电路板上的元件放置

制造PCB组件放置指南

印刷电路板使用自动化组装过程进行组装，其中包括波峰焊，主要用于通孔组件，以及表面贴装部件的焊料回流。这些系统中的每一个都有PCB布局设计人员需要了解的要求，以确保在电路板全面生产时获得最高的制造产量。

印刷电路板组装

波峰焊系统使用传送带将电路板移动到熔化的焊料波中。波过程迫使焊料通过板上的镀通孔，与插入其中的引脚形成牢固的连接。这个过程是快速的，需要比其他更少的设置时间，但确实要求组件放置根据一些基本准则:

• 提供额外的间隙，从SMT部件在板的背面，不能波峰焊到任何附近的通孔引脚。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引脚。
• 可以波峰焊的较小的分立元件应该是用它们的引脚定向垂直于波的传播方向，所以两个引脚会同时被焊接。
• 较小的SMT组件不应直接放置在穿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．
• 通孔连接器应该定向，使它们的引脚垂直于波移动，以获得最佳的焊料覆盖。
• 避免在电路板背面放置不符合波浪高度限制的高组件。

表面贴装部件使用锡膏固定在电路板上，然后通过焊锡回流炉。热融化锡膏，然后变硬，形成一个坚实的焊点。回流焊没有波峰焊那么多的放置要求，但设计人员确实需要确保他们的零件定位到最佳的制造效果。当较小的双引脚部件热不平衡时，一个引脚将比另一个引脚接收更多的热量，并且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量不同，并可能导致一个焊盘上熔化的焊料将零件从另一个焊盘上拉下来，这种效果称为墓碑。

在自动组装电路板之后，对于没有正确焊接的部件或无法通过自动组装过程运行的部件，可能需要进行一些手工返工。对于PCB设计师来说，允许技术人员使用镊子、探头和烙铁等返工工具访问电路板是很重要的。放置在较大部件下面的部件对于技术人员来说是非常困难的，而其他部件在试图重新加工时可能会遭受附带损坏。

自动化测试和其他制造步骤

完成的电路板通常要经过一个自动测试过程来验证其组装。虽然这种测试可以手工完成，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系统使用夹具同时探测电路板上的测试点，而飞行探针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来促进这些过程，并且测试点有自己的放置要求。间距值因制造商而异，但设计人员应遵循以下要求:

• 测试点到测试点的间距。
• 测试点到组件的间距。
• 测试点到板边的间距。

电路板将如何安排在其制造面板也将对组件应该如何放置产生影响。一些面板将使用计分工具分离板，组件需要放置足够的间隙边缘，以免干扰该过程。其他面板使用分离标签，组件需要保持远离标签，以避免打破焊点和裂纹的部分外壳，当板被打破他们的面板。另一个要记住的考虑是，如果板将保形涂层或不。可能需要将一些独特的组件放在靠近电路板边缘的地方，以避免将它们浸入涂层液中。

我们已经看到了PCB组件放置是如何受到功能和制造需求的影响的。接下来，我们将看看零件应该如何放置，以使技术人员和现场服务更容易访问。

在CAD约束管理系统中处理不同的部件放置间隙

可访问性的组件放置建议

电路板要经过一个测试和调试阶段，尤其是在它们刚被开发出来的时候。这种级别的测试通常需要访问电路板以插入电缆，探测连接和连接线夹。在某些情况下，原型板将使用插座构建，以便在测试期间可以轻松地交换设备，这最终将被排除在板的生产版本之外。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。

根据电路板的不同，还会有其他部分需要人机界面。电线线束和电缆必须插入，开关必须设置好，电池必须更换，其他部件需要进行小的调整。没有考虑到这一点的PCB布局可能会冒着重新布局的风险，只是为了结合放置变化来提供对连接器的访问。电路板用于amulti-board系统还必须能够相互连接和控制系统。没有考虑到系统内连接的组件放置也可能需要重新设计，以获得对一两个连接器的访问。

在布局电路板时需要考虑很多问题，这些PCB组件放置指南应该有所帮助。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 Editor来布局电路板。

Allegro的在线DRC系统显示组件放置错误需要纠正

您的PCB设计工具如何帮助创建最佳的组件布局

为了正确放置组件以满足功能、制造和可访问性需求，您必须使用许多不同的间隙值。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放置，提供有用的设计规则检查信息，如上图所示。Allegro中另一个有用的组件放置功能是在3D中查看和检查布局的能力。这个功能为您提供了放置位置的实时反馈，而不是等待构建原型。您还可以拉入其他电路板布局，以获得一个完整的系统视图，了解您的设计如何与设备中的其他pcb进行插拔。

有关部件放置和可制造性设计的更多信息，请查看此DFM电子书从节奏。

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