常用PCB設計規則

你應該遵循一些重要的PCB設計規則。這些規則能幫助你製作出性能良好的電路板，也能讓你的電路板更容易製作。如果你遵循這些規則，你就能避免很多錯誤。許多設計師都使用 IPC標準為了幫助他們。以下是一些例子：

標準版	簡介
工控機-2221	討論所有PCB設計中的機械和電氣部件。
工控機-6012	重點介紹剛性PCB的強度和易於製造的特點。
工控機-7351	提供陸地佈局設計技巧以及零件放置位置建議。

將這些規則作為檢查清單。它們能幫助你每次都做出更好的PCB板。

關鍵要點

使用IPC標準，確保您的PCB設計運作良好並符合規範。在放置元件之前，請先設定清晰的網格和電路板輪廓。這將有助於您更好地進行PCB設計。路線規劃更便利這能幫助您避免錯誤。合理規劃堆疊方式，有助於維持訊號強度並控制發熱。先放置重要部件，並將相似部件放在一起。這樣可以降低噪音，讓測試更輕鬆。使用清晰的標籤和文檔，有助於更快地完成組裝和解決問題。

PCB設計基本規則

當你開始一個新的PCB專案時，你需要遵循一些步驟。 PCB設計基本規則這些規則可以幫助您避免錯誤，並使電路板的製作更加輕鬆。許多設計師都使用IPC標準來指導他們的工作。下表列出了一些最重要的標準：

IPC標準	簡介
工控機-2221	制定PCB設計規則，包括材料、散熱管理和品質。
工控機-2222	詳細介紹了高壓電路板，例如間距和絕緣。
工控機-6012	專注於剛性PCB的可靠性和性能。
IPC-A-600	列出PCB製造完成後合格的標準。
工控機-7351	涵蓋表面貼裝元件的焊盤圖案設計。
工控機-4101	解釋了可用於PCB的材料。
工控機-2615	談論靈活性電路設計和製造。
工控機-6013	與高頻PCB設計相關。

你應該將這些標準當作檢查清單。它們可以幫助你確保你的電路板運作良好並通過檢驗。

網格設定和電路板輪廓

在放置任何元件之前，您需要先設定網格。網格可以幫助您對齊元件和走線。大多數設計軟體都允許您選擇網格尺寸。常用的尺寸是 0.1 英吋或 2.54 毫米。這個尺寸與許多標準元件相符。如果使用合適的網格，您的電路板看起來會更整齊，佈線也會更方便。

接下來，您需要繪製電路板輪廓。輪廓圖顯示了PCB的形狀和尺寸。輪廓圖應清晰簡潔。除非您的項目需要，否則請避免繪製不規則形狀。清晰的輪廓圖有助於製造商正確切割電路板，也有助於您將電路板裝入外殼。

小提示: 請務必與機械團隊核對電路板輪廓，或使用設計軟體中的 3D 檢視器。這一步驟有助於及早發現錯誤。

堆疊和分層規劃

在開始佈線之前，你需要規劃好疊層結構。疊層結構是指PCB中各層的順序。良好的疊層結構規劃有助於… 信號完整性以及散熱控制。下表顯示了疊層結構如何影響電路板：

方面	對訊號完整性和熱管理的影響
層結構	影響訊號品質並減少干擾
受控阻抗路徑	在高速設計中保持訊號清晰
熱管理	有助於主機板更好地散熱。

規劃堆疊方案時，請遵循以下步驟：

保持堆疊平衡。這一步驟可以避免製造過程中產生應力。
將接地平面放置在高速訊號層附近。這種設定可以為訊號提供安全的傳輸路徑並降低雜訊。
優先佈置高速號誌。將它們放置在外層或靠近參考平面的位置。
使用仿真工具檢查你的設計。測試原型，及早發現串擾等問題。
考慮生產限制。材料厚度和線寬在生產過程中可能會改變。

良好的疊層結構還能幫助您避免常見問題。例如，糟糕的層佈局會導致訊號遺失或過熱。您可以使用可靠的接地層和精心的層排列來解決這些問題。

許多設計工具，例如 Altium Designer 和 OrCAD，都能幫助您遵循這些 PCB 設計規則。它們會在您將電路板發送到工廠之前檢查您的疊層結構並標記錯誤。

請注意： 遵循這些步驟，就能為整個設計打下堅實的基礎。良好的網格設定、電路板輪廓和疊層規劃，會讓後續的每一步都更輕鬆。

元件放置

優先放置必備組件

首先，將最重要的元件放置在PCB板上，包括連接器、主晶片和電源。將連接器靠近邊緣放置，以便於操作。盡量將主晶片放置在電路板的中間位置，這樣有助於訊號佈線。接下來，在主要元件附近添加電阻器和電容器等其他元件。

下表列出了放置必備組件時需要考慮的因素：

關鍵因素	簡介
組件分組	將具有相同 VCC 和 GND 的電路連接在一起。
函數類型	將類比電路、數位電路和電源電路分別放置在各自的區域。
熱管理	將發熱部件放置在散熱片旁或空曠的地方。
電壓和電流	使用高電壓和大電流零件時要小心。
下單順序	先從連接器開始，然後是主晶片，最後是其他部件。
熱管理	使用導熱孔並讓空氣流通冷卻。

分組和方向

將元件按功能分組。例如，將所有類比元件放在一起，將所有數位元件放在一起。這樣可以降低噪聲，方便測試。確保功能相似的元件朝向相同。如果所有電阻器的方向都相同，組裝時可以更快地檢查它們。

小提示: 將零件分組並採用相同方向的安裝方式有助於組裝和測試。使用標準介面和牢固的緊固件也能減少組裝過程中的錯誤。

間距和可製造性

社交媒體間距規則這樣您在製作電路板時就不會遇到問題。 IPC 規範要求元件之間以及鑽孔之間留有間隙。這可以防止元件接觸並導致短路。例如，保持至少16萬在孔洞之間。如果使用的空間較小，則必須遵守特殊規則。

零件之間要留出足夠的空間，以便焊接和檢查。
鑽孔時應遠離線路和其他部件。
內外層都要遵循間距規則。

遵循這些PCB設計規則，你的電路板更容易製造和測試。良好的間距也有助於你的電路板通過品質檢測。

路由規則

線寬和間隙

您需要為電路板選擇合適的走線寬度和間距。走線寬度會影響走線的載流能力。間距是指走線之間的距離。這兩者對於安全性和性能都至關重要。最小間距取決於電壓、訊號速度和環境。例如，低壓電路的走線間距至少需要 0.1 毫米（4 密耳）。功率轉換器件需要 0.13 毫米（5.1 密耳）。高壓電路至少需要 1.5 毫米（約 60 密耳）。如果您處理的是高速訊號，請保持間距至少為走線寬度的三倍。這有助於防止串擾和訊號問題。

線寬（mil）	建議電流（A）
6	不適用
10-12	不適用

小提示: 始終遵循 IPC 2221 標準規定的最小間隙要求。如果預計會遇到高濕度或其他惡劣環境，請調整您的設計。

短而直接的路由路徑

盡量保持走線短而直接。短走線有助於訊號更快、更穩定地傳輸。長走線則像天線一樣，會產生電磁幹擾 (EMI)。 EMI 會損害電路效能。短而直接的路徑還能降低訊號損耗和反射的風險。這對於高速電路設計至關重要。保持走線短，可以獲得更好的效果，並減少問題。

避免跨越網

盡量避免網路交叉。網路交叉會增加佈線難度，並可能迫使您使用更多層或過孔。您可以透過仔細規劃元件佈局來避免這種情況。放置元件時，應確保相關訊號無需交叉。在混合訊號設計中，應將類比和數位走線分開。這有助於防止雜訊幹擾，並使電路板佈線更加便利。

放置過程中盡量減少交叉網。
利用巧妙的零件佈局來減少網路交叉。
類比區域和數位區域要分開。

遵循這些PCB設計規則將有助於您製作出性能良好且易於製造的電路板。

電力和地面管理

電源平面佈局

為了確保電路板正常運作，您必須合理規劃電源層。良好的電源層佈局可以防止電壓降和雜訊。以下是一些改進設計的方法：

策略	簡介
優化走線寬度和銅層厚度	選擇較寬的導線和較厚的銅線。這樣可以降低電阻並保持電壓穩定。
鄰接原則	將電源層和接地層相鄰放置。這有助於降低雜訊並控制電磁幹擾。
包括大容量電容器	增加大容量電容器以保持電壓穩定並降低電源雜訊。

小提示: 在電源層和接地層之間使用一層薄層材料。這可以增加層間電容，有助於去耦。

地面平面練習

對於堅固的PCB而言，可靠的接地層至關重要。它為回流電流提供了一條低阻抗路徑，從而降低雜訊並保持訊號純淨。

將地面做成一個整體，不要分割。
當訊號在層間傳輸時，使用縫合過孔連接接地層。
保持迴路區域較小，以降低電磁幹擾並阻擋外部雜訊。
將每個訊號及其返迴路徑視為一個閉合迴路。

良好的接地層有助於電路板通過電磁幹擾測試，並保持訊號強度。

去耦電容

去耦電容有助於保護電路免受電壓尖峰和雜訊的影響。為了正確放置去耦電容，您應該注意以下幾點：

給每條電源軌配備獨立的去耦電容。
使用多個過孔將電容器連接到電源層和接地層。
使用短過孔將電容器放置在靠近電源層的位置。
先將元件接腳連接到電容器，然後再連接到過孔。
使用並聯電阻和電容來濾除高頻雜訊。
有時，在 I/O 走線上串聯電容器可以阻隔直流電。

數位晶片在切換時需要快速的電流脈衝。上升時間越短，電流越大。為了確保電路板能夠快速提供所需的電流，必須降低其阻抗。這是確保電路穩定性的最重要的PCB設計原則之一。

訊號完整性

高速設計指南

在高速電路中，確保訊號安全至關重要。良好的訊號完整性有助於電路板正常運作。以下是一些您應該遵循的步驟：

使走線阻抗與訊號源和負載阻抗相匹配，這樣可以降低訊號反射。
對於高速傳輸線路，請使用受控阻抗。這樣可以保持訊號穩定。
縮短線路長度，以減少延遲和雜訊。
不要使用尖角。繪製路徑時，請使用平滑的彎曲。
保持走線寬度相同。這有助於保持阻抗穩定。
空格分隔是為了防止串擾。
對於需要差分對路由的訊號，請使用差分對路由。
在高速線路下方設定接地線和電源線層。
保持訊號返迴路徑短而直接。

小提示: 在電源引腳附近放置去耦電容。使用不同阻值的電容來阻隔多種類型的雜訊。

受控阻抗

透過匹配電路板材料、走線尺寸和位置，可以實現可控阻抗。這能確保訊號阻抗在安全範圍內。大多數PCB走線所需的阻抗介於25歐姆到125歐姆之間。盡量將阻抗容差控制在±10%以內。穩定的阻抗可以抑制反射，保持訊號純淨。請務必與製造商確認您的設計是否符合這些數值要求。

降低電磁幹擾和串擾

電磁幹擾 (EMI) 和串擾會導致電路出現問題。您可以降低電磁幹擾透過縮小迴路面積來降低電感。將高速走線靠近其回流路徑佈置。不要分割接地層。謹慎使用過孔以保持低電感。

你也可以：

利用接地平面為電流提供安全路徑，並縮小迴路面積。
空間訊號軌跡彼此分離，以降低串擾。
使用差分對傳輸高速訊號可以消除雜訊。
在積體電路電源引腳附近放置去耦電容。
增加屏蔽層，例如金屬罩，以阻擋電磁幹擾。

如果遵循這些PCB設計規則，您的訊號將保持強勁，您的電路板也將可靠。

標籤和文件

字體大小便於閱讀

您需要確保所有人都能看清PCB板上的文字。清晰的標籤有助於您和其他人快速找到元件。使用合適的字體大小可以避免組裝和維修過程中的錯誤。 IPC標準對絲網印刷文字有明確的規定。您應該遵循以下尺寸：

字體大小類型	測量
最小字體高度	0.040吋（40密耳）
最小筆畫寬度	0.006吋（6密耳）
理想的字體高度，確保高可見性	0.050 到 0.060 英寸（1.27 到 1.524 毫米）
最大字體高度	除非空間允許，否則請避免超過 0.080 英吋（2.032 毫米）。

字體高度在 0.050 到 0.060 英吋之間，標籤清晰易讀。盡量不要使用小於 0.040 英吋的字體。小字在生產過程中可能會褪色或模糊。大字則可能佔用過多空間，遮蔽重要的標籤頁。此外，筆畫寬度應至少保持在 0.006 英寸，這樣才能確保字母清晰銳利。

小提示: 務必在設計軟體的預覽中檢查網版印刷效果。這有助於您發現過小或與其他元素距離過近的文字。

清晰的組件標籤

清晰的標籤有助於您更快地組裝和維修電路板。使用優質的絲網印刷標記，您可以在測試過程中快速找到元件。此外，它還能降低電路板組裝過程中出錯的機率。以下是清晰標籤如何提升您的工作效率：

證據說明	對效率的影響
清晰的絲網標記便於在調試過程中快速定位元件。	節省故障診斷時間。
精心設計的網版印刷圖案減少了對組裝說明的誤解。	確保設計稿的準確翻譯。
遵循指導原則可減少高達 30% 的組裝錯誤。	尤其是在手工組裝方面。
標籤的策略性放置有助於在高密度板材上快速識別。	一目了然，使用更方便。
簡單的改進可以減少 15-20% 的人工組裝時間。	降低出錯需要返工的可能性。

你應該把標籤貼在元件旁邊，而不是下面。這樣組裝完成後更容易辨認。使用簡短明了的名稱，例如 R1、C2 或 U3。遵循這些 PCB 設計規則，可以讓你的電路板更容易使用和維修。良好的文件也有助於其他人理解你的設計。

設計規則檢查和製造準備

設定DRC參數

您必須設定您的設計規則檢查（DRC）製作電路板前的參數。 DRC參數它們能幫助您及早發現錯誤。它們確保您的設計符合規範和製造商的要求。下表列出了最重要的 DRC 參數及其重要性：

DRC參數	定義	重要性	指引
清關規則	線、焊盤和銅箔之間的最小間距。	阻止短路和訊號問題。	使用 IPC-2221 或製造商的最低要求（例如，標準 PCB 的最低要求為 4 mil）。
跡線寬度規則	允許的最小軌跡寬度。	防止過熱並保持訊號強勁。	使用 IPC-2152 圖表為您的電流選擇合適的寬度。
通孔和鑽孔規則	最小的鑽孔尺寸和過孔間距。	保持聯繫牢固且易於建立。	標準通孔鑽頭直徑至少 0.3 毫米。
墊片尺寸和環形環	鑽孔周圍的銅環。	增強元件引腳的強度。	至少保留 4-5 毫米的環形圈。
阻焊層規則	焊盤和焊道周圍的阻焊層空間。	防止焊錫橋接和短路。	口罩條的最小尺寸應為 4 mil 或更大。
元件放置規則	零件之間以及與電路板邊緣之間的間隙。	避免機械故障，並有助於焊接。	使高大部件遠離連接器；邊緣間隙至少保持 40 mil。
高壓間隙與爬電距離	高壓設計空間。	消除電弧，符合安全規定。	爬電距離應遵循IEC 60950-1標準。
差分對規則	為 USB 或 HDMI 等配對裝置配對路由。	保持訊號清晰，降低噪音。	匹配長度在 5–10 mil 以內，並控制阻抗。
長度匹配和時間規則	確保訊號同時到達。	防止計時錯誤。	使用蛇形佈線來匹配走線長度。
熱釋放和銅平衡	有助於散熱並保持銅質均勻。	防止變形並有助於焊接。	使用散熱墊並平衡銅箔澆注。

設定這些參數有助於避免代價高昂的錯誤，也能讓你的電路板更容易組裝。

剛果民主共和國常見違規行為

檢查設計時，您可能會發現一些常見的 DRC 違規。這些問題會導致電路板無法正常工作或難以製造。下表列出了最常見的違規及其解決方法：

普通違規	簡介	剛果（DRC）解決方案
痕跡清除不足	線路間距過近，可能會短路。	根據電壓設定合適的間隙規則。
錯誤的走線寬度	痕跡太細或太粗。	為右電流定義走線寬度規則。
過孔錯位或尺寸不當	過孔太小或未對齊。	設定過孔尺寸和間距規則。
焊錫掩膜間隙不足	阻焊層空間不足。	設定焊錫掩膜間隙以防止焊錫橋接。
電路板邊緣鄰近問題	銅片離邊緣太近了。	強制執行邊緣間隙規則。
訊號完整性違規	高速訊號的路由效果不佳。	使用差分對和阻抗控制規則。

自動化的 DRC 工具可以幫助您快速找到這些錯誤。及早修復這些錯誤可以簡化建造過程，並降低延誤的可能性。

產生製造文件

通過所有剛果民主共和國的檢查後，你需要獲得文件已準備好用於生產大多數PCB製造商需要以下文件類型：

Gerber 文件：顯示 PCB 的每一層。
ODB++：整合所有用於建立電路板的資料。
物料清單（BOM）：列出電路板上的每個零件。
質心（拾取和放置）文件：顯示每個零件的位置及其旋轉方向。
IPC-2581：將所有製造和組裝資料打包到一個文件中。

發送文件前務必仔細檢查。使用設計驗證工具和高級檢測方法，例如AOI或X射線檢測，以發現任何遺漏的錯誤。

要使電路板做好生產準備，您應該按照以下步驟操作：

按照製造商的規則匯出您的PCB佈局。
執行自動錯誤檢查以檢查錯誤。
進行電氣規則檢查（ERC），確保所有連接都能正常運作。
確保您的設計符合行業標準和專案需求。

品質管制在PCB製造過程中，仔細檢查和高品質的文件至關重要。這有助於您製作出性能良好且通過所有測試的電路板。在每個步驟中遵循PCB設計規則，將使您的電路板的建造和使用更加輕鬆。

遵循PCB設計規則，您的電路板會更安全，也更容易製造。您可以減少錯誤並節省成本。自動化工具可以幫助您及早發現問題。良好的規劃意味著您無需浪費資金來修復錯誤。

方面	簡介
自動化	軟體會檢查你的設計是否符合規則。
早期檢查	在製作電路板之前就能發現問題。
節約成本	你無需額外花錢來彌補錯誤。

挑選優質材料有助於延長滑板的使用壽命。提前做好應對高溫和應力的準備，可以增強滑板的強度。這樣，滑板性能更佳，不易受損。不斷學習新的設計方法，有助於你製作出更優質的滑板。

常見問題

PCB設計中最重要的規則是什麼？

走線和焊盤之間務必保持足夠的間距。這條規則有助於避免短路，提高電路板的安全性。良好的間距也有助於電路板通過檢驗。

如何選擇合適的線寬？

您需要檢查走線能夠承載多大的電流。可以使用 IPC-2152 圖表或線上計算器。較寬的走線可以承載更大的電流，並且散熱更好。

為什麼需要接地平面？

接地層為訊號提供安全路徑，降低噪聲，保持電路板穩定，還能使電路板更容易通過電磁幹擾 (EMI) 測試。

你需要向PCB製造商發送哪些文件？

您發送以下文件：

格柏文件
物料清單 (BOM)
取放文件

請務必向製造商確認其文件要求。

常用PCB設計規則

關鍵要點