【再流焊】這種焊接技術的焊料是焊錫膏。預先在電路板的焊盤上塗上適量和適當形式的焊錫膏,再把SMT元器件貼放到相應的位置;焊錫膏具有一定粘性,使元器件固定;然後讓貼裝好元器件的電路板進入再流焊設備。
【波峯焊】波峯焊是讓插件板的焊接面直接與高溫液態錫接觸達到焊接目的,其高溫液態錫保持一個斜面,並由特殊裝置使液態錫形成一道道類似波浪的現象。
一、焊盤的設計
1.推薦元器件之間的最小距離
2.測試探針觸點:圓形40mil,方形36mil,與元器件距離大於200mil。
3.過孔型圓形焊盤尺寸一般爲孔徑尺寸的兩倍。矩形焊盤通常用來標識第一個引腳。對於一些發熱量較大、受力較大和電流較大的焊盤,可以將其設計成淚滴狀。
4. (1)標準孔徑尺寸:
導通孔孔徑: 10mil,16 mil,20 mil,24 mil;
其他標準孔徑:28 mil,32 mil,36 mil,40 mil,51 mil,63 mil,79 mil。
(2)一般焊盤環寬取10mil。
(3)標準安裝孔距:
優先選用: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、過孔
1.(1)過孔電容:過孔對地有寄生電容。在低頻情況下可以不考慮,在高速數字電路中,過孔寄生電容影響數字信號的上升沿減慢或者變差。
(2)過孔電感,在IC電源旁路電路中,將電容連接到電源面或者地面的每一個過孔都引入一個小電感,降低了旁路電容的有效性,電源濾波效果變差。
2. 過孔焊盤與孔徑尺寸設計(mil)
孔徑 |
8 |
12 |
16 |
20 |
24 |
32 |
40 |
焊盤 |
24 |
30 |
32 |
40 |
48 |
60 |
62 |
*測試卡可兼做導通孔,焊盤直徑不小於25mil,測試孔中心距不小於50mil。
3. 過孔與元件焊盤的距離應當不小於20mil,不能設計在焊盤上。
過孔焊盤上有阻焊劑,則距離可小至4mil。無阻焊導通孔焊盤之間的間隔大於20mil。
三、走線
1. 天線
產生電磁波輻射的兩個必要條件是:天線和流過天線的交變電流。天線的兩種基本形式:電流環天線和電偶極天線(兩個導體之間存在電壓爲偶級天線,一個導體和大地之間存在電壓爲單級天線)。
(1)對於電偶極天線:屏蔽結構和搭接結構的設計依據即消除導體之間的電壓。
(2)對於電流環天線:無處不在,減小的方法即控制電流回路的面積。
2. 減小走線之間的串擾的措施:
(1) 走線儘可能短
(2) 使高頻信號線遠離敏感信號線線
(3) 儘量使用輸入阻抗較低的敏感電路,必要時使用旁路電容降低敏感電路的輸入阻抗。
(4) 在互相干擾的的線中間布一根地線,可減少互容干擾。
(5) 增加相互干擾的線之間的距離,避免平行,減小互感。
3. PCB佈線的一般原則
(1) 相鄰層走線方向成正交結構,無法避免時,用地線或者地層隔離。
(2) 檢查走線的開閉環。不允許出現一段浮空的佈線。防止信號線在不同層之間形成自環。
(3) 走線長度儘可能的短。對於數字電路系統,需要考慮走線長度與延時的問題。
(4) 線與線的夾角應該大於135度,採用45度拐角或者圓角代替90度拐角,拐角長度大於等於3倍線寬。
(5) 接地保護線,在敏感信號兩邊平行布一對接地走線,串擾減少一個等級。
(6) 佈線長度不得爲波長的整數倍,以免產生諧振現象。
(7) 佈線密度(線寬/間距):12/10;8/8;6/6;5/5
(8) 線寬大於12mil的導線必須從焊盤中心引出;0805及其以下的片類式SMD之間需要通過一段“隔熱路徑”,線長大於20mil,線寬小於16mil。
(9) 連接SOIC,PLCC,QFP,SOT,建議將導線從焊盤兩端引出再連接。
(10) 不同厚度、不同寬度的銅箔的載流量(降額50%使用)
四、接地
(1)接地:電流返回其源的低阻抗通道。
(2)接地干擾:因爲阻抗的存在,因此地線上各點電位一定相等的假設不成立。從而產生接地干擾。若連接導線和地線構成地環路,地環路中存在的電流將產生RF。
(3)不同的接地分別設置:
模擬地(弱電地):模擬電路零電位的公共基準地線。
數字地(弱電地):數字電路零電位的公共基準地線。
電源地:電源零電位的公共基準地線,通常是電源負極。
功率地(強電地):負載電路或者功率驅動電路零電位的公共基準地線。電路電流強,若地線電阻大會產生顯著的壓降,從而產生干擾。
屏蔽地:屏蔽網絡的接地,用於抑制變化的電磁場的干擾。
設備地:設備外殼接地。弱電地和強電地絕緣,信號地和安全地可以採用浮地式(不連接),單點接地式(直接連接)或者通過一直3uF電容連接。其他地最後匯聚在安全地,然後連接至接地極。
系統地:爲了使系統及與之相連的電子設備均能可靠運行而設置的接地。若與大地相連,不受外界電磁場的影響,但需要注意共地線干擾和地環路干擾。若不與大地相連,則相對零電位不穩定。
(4)接地方式:
1. 單點接地:
1) 串聯單點接地
各電路接地引線短,阻抗小,可採用該方式接地。把最怕干擾的電路放置在離接地點最近的地方。
2) 並聯單點接地
可有效避免個單元之間的地阻抗干擾,但增加地線的長度,各地線之間的耦合,因此不適用與高頻(大於1MHz)。
在實際設計電路時,一般相同類型的地之間採用串聯單點接地,不同租的地採用並聯單點的方式接到接地點。當電路板上有分開的模擬地和數字地時,應用二極管背靠背互連,防止電路板上的靜電累積。
2. 多點接地:某一系統中,需要接地的電路都直接接到距離最近的接地平面上。接地線阻抗最小。在高頻是由於趨膚效應,高頻電流直流經導體表面,因此通常用矩形截面導體作爲接地導體帶。適用於高頻電路(大於10MHz)。但多點接地存在環路,容易對設備內的敏感電路產生環地干擾。
3. 混合接地:一般是在單點接地的基礎上,利用電容或者電感實現多點接地,從而使得接地系統在低頻和高頻呈現不同的特性。適用於高低頻混合的電路系統。
4. 懸浮接地:信號地與安全地隔離。抑制來自地線的干擾,沒有環路電流的影響。設備地與公共地之間容易產生靜電累積,可通過電阻接地避免。
(5)接地系統的設計原則(沒有絕對正確的接地方案,靠經驗 =。= 頭疼!)
***書中此部分討論給予多層板,即有獨立的地面和電源面,選擇性跳過部分內容。
1.地線網絡:
1)將多根導線並聯起來降低地線電感。對於雙層PCB,在兩面分別鋪設水平和垂直的地線,交叉的地方用金屬化過孔連接起來,要求每根平行導線之間的距離要大於1cm。
2)地線不一定要很寬,有比沒有強。
3)在佈局時,應先鋪設好地線,在鋪設信號走線。因爲地線時信號穩定工作的基礎,無論空間怎樣的緊張,地線的位置必須要保證。
4)高速數字電路避免採用梳狀地線,應加上橫向走線變爲網格結構。
2.電源和地線柵格
1)電源線垂直分佈在板子的頂層,地線水平分佈在板子的底層。
2)網格面積小於3.8cm2,每個交叉點用退耦電容連接。頻率越高,柵格面積越小。
3)注意保持走線距離,減小互感。
4)可採用輻射狀連線縮短導線長度,地線和電源線相隔排列,減小公共返回路徑(?)。
3.指狀佈局
1)如圖所示。這種佈局的優勢爲可在單層PCB上實現電源和地線的佈局,信號線走另外一層。但引入大量的自感和互感,高速數字邏輯電路避免採用。
2)相鄰的電源線和地線之間布退耦電容。
4.最小化面積:信號線與其迴路構成的環形面積儘可能要小,以避免潛在的天線。
5.按電路功能分割接地面:如圖,每個電路的電源輸入都用LC濾波,減少電源面之間的耦合。
實例:
五、去耦合
去耦電容的PCB佈局設計:
1.去耦電容應當佈局在相對IC靠近電源的一側,纔能有效的去耦。否則電源的變化和噪聲會先作用於IC。
2.最小化去耦電容和IC之間的電流回路,最大限度的降低電流環路的輻射。
3.去耦電容和電源引腳共用一個焊盤,使IC和去耦電容之間形成的間隔距離最小。電源線先連接到電容上,再連IC。
4.當去耦電容因爲某種原因不能靠近IC電源引腳時,可以在IC和去耦電容之間採用一個小面積的電源平面來代替電源線。
5.在每一個電源引腳斷都連接去耦電容。
6.並聯一個大電容,一個小電容,大電容用於抵制低頻噪聲,小電容抵制高頻噪聲。但可能在某個頻率產生反諧振效應。