PCB设计28条电气、布线、SMT、制造规则

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1、电气规则(electrical rules)

电气设计规则用来设置在电路板布线过程中所遵循的电气方面的规则,包括安全间距、短路、未布线网络和未连接引脚这四个方面的规则:

(1)、安全间距规则(clearance)
该规则用于设定在PCB设计中,导线、过孔、焊盘、敷铜填充等对象之间的安全距离。
安全距离的各项规则以树形结构形式展开,用鼠标单击安全距离规则树中的一个规则名称,如polygon clearance,则对话框的右边区域将显示这个规则使用的范围和规则的约束特性---如polygon clearance规则约束PCB文件中的多边形敷铜与文件中其他的对象如走线、焊盘、过孔等的安全距离是0.5mm。

(2)、短路规则(short-circuit)
该规则设定电路板上的导线是否允许短路,在该规则的约束对话框中的constraints区域中选中allow short circuit复选框,则允许短路,反之则不允许短路。---一般保持默认不改

(3)、未布线网络规则(unrouted net)
该规则用于检查指定范围内的网络是否布线成功,如果网络中有布线不成功的,该网络上已经布完的导线将保留,没有成功布线的将保持飞线。---一般保持默认不改

(4)、未连接引脚规则(unconnected)
该规则用于检查指定范围内的元器件引脚是否连接成功。默认是一个空规则,如果有需要设计有关的规则,可以添加。

2、布线规则(routing rules)

布线规则主要是与布线设置有关的规则,共有以下七类:

(1)、布线宽度(width)
该规则用于布线时的布线宽度的设定。用户可以为默写特定的网络设置布线宽度,如电源网络。一般每个特定的网络布线宽度规则需要添加一个规则,以便于其他网络区分。
constraints区域内含有粉色框中的三个宽度约束,即:最小宽度、首选宽度和最大宽度(分别为从左到右的顺序说明)。该区域中还有四个可选项,即:分别检查导线/弧线的最小/最大宽度、检查敷铜连接的最小/最大宽度、特性阻抗驱动的线宽、只针对层集合中的层即可布线层(分别为从上到下顺序说明)。

(2)、布线方式(routing topology)
该规则用于定义引脚之间的布线方式。
此规则有七种布线方式,从上到下的顺序依次表示布线方式为:以最短路径布线、以水平方向为主的布线方式(水平与垂直比为5:1)、
以垂直方向为主的布线方式(垂直与水平比为5:1)、简易菊花状布线方式(需指定起点和终点,否则与shortest方式相同)、中间驱动的菊花状布线方式(需指定起点和终点,否则与shortest方式相同)、平衡菊花状布线方式(需指定起点和终点,否则与shortest方式相同)、放射状布线方式。---在自动布线时需要设置

(3)、布线优先级别(routing priority)
该规则用于设置布线的优先次序,优先级别高的网络或对象会被优先布线。优先级别可以设置的范围是0到100,数字越大,级别越高。可在routing priority选项中直接输入数字设置或用其右侧的增减按钮来调节。---在自动布线时需要设置

(4)、布线板层(routing layers)
该规则用于设置允许自动布线的板层,默认状态下其顶层为垂直走向,底层为水平走向(若要改变布线方向,则可执行auto route-->set up,再单击situs routing strategies对话框中的edit layer directions按钮,打开层布线方向设置对话框来设置走线方向)。---在自动布线时需要设置

(5)、布线转角(routing corners)
该规则用于设置自动布线的转角方式,有45°,90°和圆弧转角三种布线方式。---在自动布线时需要设置

(6)、布线过孔类型(routing via style)
该规则用于设置布线过程中自动放置的过孔尺寸参数,在constraints区域中设置过孔直径(via diameter)和过孔的钻孔直径(via hole size)。---在自动布线时需要设置,同时在手动布线过程中按*键切换布线层时添加的过孔的大小也受此规则约束。

(7)、扇出布线控制(fanout control)
该规则主要用于球栅阵列,无引线芯片座等种类的特殊器件的布线控制。默认状态下,包含以下五种类型的扇出布线规则:fanout_BGA(球栅阵列封装扇出布线),fanout_LCC(无引脚芯片封装扇出布线),fanout_SOIC(小外形封装),fanout_small(元器件引脚少于五个的小型封装),fanout_default(系统默认扇出布线)。

以上五种类型的扇出布线规则选项的设置方法都相同,均在constraints区域:

Fanout style:扇出类型,用于选择扇出过孔与SMT元器件的放置关系。有auto(扇出过孔自动放置在最佳位置),inline rows(扇出过孔放置成两个直线的行),staggered rows(扇出过孔放置成两个交叉的行),BGA(扇出重现BGA),under pads(扇出过孔直接放置在SMT元器件的焊盘下)这5中选择。

Fanout direction:扇出方向,用于确定扇出的方向。有disable(不扇出),in only(向内扇出),out only(想歪扇出),in then out(先向内扇出,空间不足时再向外扇出),out then in(先向外扇出,空间不足时再向内扇出),alternating in and out(扇出时先内后外交替进行)这6种选择。

Direction from pad:焊盘扇出方向选择项。有away from center(以45°向四周扇出),north-east(以向北向45°扇出),south-east(以东南向45°扇出),north-west(以西南向45°扇出),north-west(以西北向45°扇出),toward center(向中心扇出)这6种选择。

Via placement mode:扇出过孔放置模式。有close to pad(follow rules)---接近焊盘和centered between pads---两焊盘之间这2个选择。---在自动布线时需要设置

3、SMT规则(SMT rules)

SMT规则主要针对的是表贴式元器件的布线规则,共有以下三类:

(1)、表贴式焊盘引线长度(SMD to corner)
该规则用于设置SMD元器件焊盘与导线拐角之间的最小距离。这个距离决定了它与该焊盘相邻的焊盘的远近情况。默认时这是一个空规则,你可以根据需要添加新规则。

(2)、表贴式焊盘与内电层的连接间距(SMD to plane)
该规则用于设置SMD与内电层(plane)的焊盘或过孔之间的距离。表贴式焊盘与内电层的连接只能用过孔来实现。这个规则设置指出要离SMD焊盘中心多远才能使用过孔与内电层连接。默认时这是一个空规则,你可以根据需要添加新规则。

(3)、表贴式焊盘引出线收缩比(SMD neck down)
该规则用于设置SMD焊盘引出的导线宽度与SMD元器件焊盘宽度之间的比值关系(默认值为50%)。默认时这是一个空规则,你可以根据需要添加新规则。

4、阻焊/助焊覆盖规则(mask rules)

阻焊/助焊覆盖规则用于设置阻焊层、锡膏防护层与焊盘的间隔规则,总共有以下两类:

(1)、阻焊层扩展(solder mask expansion)
通常阻焊层除焊盘或过孔外,整面都铺满阻焊剂。阻焊层的作用就是防止不该被焊上的部分被锡连接。回流焊就是靠阻焊层来实现的。阻焊层的另一个作用是提高布线的绝缘性,防氧化和美观。

在制作电路板时,先使用PCB设计软件设计的阻焊层数据制作绢板,再用绢板将阻焊剂(防焊漆)印制到电路板上。当将阻焊剂印制到电路板上时,焊盘或过孔被空出,如果expansion输入的是正值,则焊盘或过孔空出的面积要比焊盘或过孔大一些,如果是负值,则可以将过孔盖油(一般将该值设置为-1.5mm)。

(2)、锡膏防护层扩展(paste mask expansion)
在焊接表贴式元器件前,先给焊盘涂一层锡膏,然后将元器件粘在焊盘上,再用回流焊机焊接。通常在大规模生产时,表贴式焊盘的涂膏时通过一个钢模完成的。钢模上对应焊盘的位置按焊盘形状镂空,涂膏时先将钢模覆盖在电路板上,再将锡膏放在钢模上,用括板来回扩,则锡膏会透过镂空的部位涂到焊盘上。

PCB设计软件的锡膏层或锡膏防护层的数据就是用来制作钢模的,钢模上镂空的面积要比设计焊盘的面积小,该规则就是设置这个差值的最大值(即钢模上的镂空面积与设计焊盘的面积的差值,默认值为0)。

5、内电层规则(plane rules)

内电层规则用于设置电源层和覆铜层(P,G)的布线,主要针对电源层和覆铜层与焊盘、过孔或布线等对象的连接方式和安全间距。共有以下三类:

(1)、电源层的连接类型(power plane connect style)
该规则用于设置过孔或焊盘与电源层的连接类型。Connect style连接类型有间隙连接、直接连接和不连接三种连接类型可供选择;conductors(导线数)表示选择间隙连接(relief connect)时,焊盘与内电层或覆铜层连接线的个数,有二线或四线这两个选择;conductors width用来设置连接线的宽度;air-gap用来设置间隙连接时的间隙宽度;expansion用来设置焊盘或过孔中线钻孔到间隙内侧的距离。---在四层板或四层以上的板时可使用

(2)、电源层安全间距(power plane clearance)
该规则用于设置电源板层与穿过该层的焊盘或共空间的安全距离(焊盘或过孔的内壁与电源层铜片的距离)。---在四层板或四层以上的板时可使用

(3)、覆铜连接方式(polygon connect style)
该规则用于设置覆铜与焊盘、过孔和布线之间的连接方法。在constraints区域中,connect style和conductor width的设置与电源层的连接类型中相同,连接角度有45°和91°两种。

6、测试点规则(testpoint rules)

测试点规则用于设置测试点的样式和使用方法。有裸板测试点和装配测试点两种,在设计中一般都不用,所以就不介绍。

7、制造规则(manufacture rules)

制造规则主要设置于电路板制造有关的内容。共有以下九类:

(1)、最小环宽(minimum annular ring)
该规则用于设置最小环形布线宽度,即焊盘或过孔与其钻孔之间的半径之差。

(2)、最小夹角(acute angle)
该规则用于设置具有电气特性布线之间的最小夹角,最小夹角应不小于90°,否则易在蚀刻后残留药物,导致过度蚀刻。

(3)、钻孔尺寸(hole size)
该规则用于设置焊盘或过孔的钻孔直径的大小。

(4)、钻孔板层对(layer pairs)
该规则用于设置是否允许使用钻孔板层对。

(5)、钻孔与钻孔之间安全间距(hole to hole clearance)
该规则用于设置钻孔之间的安全间距(钻孔内壁与钻孔内壁之间的距离)。勾选allow stacked micro vias时,表示允许微通孔堆叠。

(6)、最小阻焊条(minimum solder mask sliver)
该规则用于设置最小阻焊条的宽度,默认为10mil。

(7)、外露元器件焊盘上的丝印(silkscreen over component pads)
该规则用于设置元器件焊盘与丝印之间的安全间距。

(8)、文本标注于任意元器件之间安全间距(silk to silk clearance)
该规则用于设置文本标注与任意元器件之间的安全间距,如丝印与丝印间的安全间距。

(9)、飞线公差(net antennae)
该规则用于设置飞线公差,默认设置为0,这样就可以确保有以小段线(线段长大于0就好)多余都会汇报。

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