电源PCB设计规范.docx
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电源PCB设计规范
PCB设计规范
2015/12/12
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1.目的
规范电源产品的PCB布局设计、PCB工艺设计、PCB安规及EMC设计， 规定PCB设计的相关参数，使得PCB 的设计满足可生产性、可测试性、符合安规、EMC等的技术规范要求，在产品设计过程中构建产品的工艺、技术、质量、成本优势。
体现DFM（Design For Manufacture）的原则，提高生产效率和改善产品的质量。
2.适用范围
本规范适用于驱动电源的PCB工艺设计，设计与改进审查等活动。
3.说明
电源设计必须遵守的技术设计规范。
在评审、验证和确认的各环节都必须得到严格的检查与确认。
尽量遵守的设计规范。
当评审、验证或确认时明确评价符合该规范存在难度或不适宜时，可以违反此规范。
4.引用/参考标准或资料
TS—S0902010001 <<信息技术设备PCB 安规设计规范>>
TS—SOE0199001 <<电子设备的强迫风冷热设计规范>>
TS—SOE0199002 <<电子设备的自然冷却热设计规范>>
IEC60194 《印制板设计、制造与组装术语》（Printed Circuit Board designmanufacture and assembly-terms and definitions）
IPC—A—600F <<印制板的验收条件>> （Acceptably of printed board）IEC6095。
5.规范内容
5.0.PCB基板规范
5.0.1一般情况下，工程师可在上述基本原则的前提下，根据电路的实际需要自行选用单面板或双面板。
例如FR—4、铝基板、陶瓷基板、纸芯板等，若选用高TG值的板材，应在文件中注明厚度公差。
5.0.2确定PCB的表面处理镀层 确定PCB铜箔的表面处理镀层，例如镀锡、镀镍金或OSP等，并在文件中注明。
5.0.3PCB板应采用玻璃纤维板FR-4或更经济的板材。
5.0.4在满足空间布局与线路的前提下，力求形状规则简单。
最好能做成长宽比例不太悬殊的长方形。
印制板的两条长边应平行，不平行的要加工艺边，以便于生产加工过程中的设备传输。
一般工艺边的宽度为5mm。
5.0.5制板材料的性能应符合公司相关标准的要求。
公司未使用过的规格或品牌的PCB板，使用须经与工艺部门评审，以保证其工艺性。
5.0.6制电路板的工艺要求原则上应该是喷锡板，特殊情况经过适当的评审后使用。
5.1.元器件的封装和孔的设计
5.1.1.定元件的封装
A.打开网络表（可以利用一些编辑器辅助编辑），将所有封装浏览一遍，确保所有元件的封装都正确无误并且元件库中包含所有元件的封装，网络表中所有信息全部大写，一面载入出问题，或PCBBOM不连续。
元件具体命名规则详见。
B.标准元件全部采用公司统一元件库中的封装。
5.1.2.元件库中不存在的封装，应让硬件工程师提供元件DATASHEET或实物由专人建库并请对方确认
5.1.3.元器件封装库优先选择经公司使用过的封装库，避免产生工艺问题。
5.1.4.插件电容、热敏电阻、压敏电阻、水泥电阻、继电器、插座、插片、蜂鸣器、接收头、陶瓷谐振器、数码管、轻触按键、液晶屏、保险管等器件采用与其脚距一致的封装形式。
PCB元件孔间距与元件脚间距必须匹配。
二极管类，插件电阻等引脚型零件脚距必须是2.5mm的整数倍,其它规格应以满足公司制程能力为准。
对有必要使用替换元件的位置，电路板应留有替换元件的孔位。
孔间距相邻两个元器件的孔距应保证1.5mm以上。
孔径的设计如下表
元件孔径设计表
引线直径
设计孔径（精度：
±0.05）
单面
双面
0.5以下
0.75
0.8
0.6±0.05
0.85
0.9
0.7±0.05
0.9
0.95
0.8±0.05
1.0
1.1
D（0.9或以上）
D+0.3
D+0.3
5.1.5.金属化孔
只作贯通连接的导通孔，在满足布线要求的前提下，一般不作特别要求，一般采用孔直径为1.0mm的孔，最小可以为0.5mm。
应尽量避免在焊盘上设计金属化孔（过孔），以及金属化孔和焊点靠得太近（小于0.5mm），过孔由于毛细管作用可能把熔化的焊锡从元器件上吸走，造成焊点不饱满或虚焊。
5.1.6.整个焊盘直径最大不大于元件孔径的3倍。
5.1.7.一般情况下，通孔元件采用圆型焊盘，焊盘直径大小为插孔孔径的1.8倍以上，单面板焊盘直径不小于2mm，双面板焊盘尺寸与通孔直径最佳比为2.5。
5.2.器件的标识
5.2.1.原理图及PCB板上元件的命名编号标识以下表为准。
如电阻命名为R1,R2…;连接器命名CN1,CN2…。
依此类推。
连接器
CN
电感
L
MOS管
Q
可控硅
Q
插座插槽
SL
保险丝
F
三极管
Q
跳线
J
温控开关
TS
变压器
T
二极管
D
散热片
HS
PFC电感
T
稳压管
ZD
X电容
CX
压敏电阻
VR
电容
C
Y电容
CY
热敏电阻
TH
电阻
R
电位器
W
气体放电管
GD
IC
U
继电器
RL
整流桥
BR
光耦
U
5.3.创建PCB文件
5.3.1.创建PCB文件：
首先确定板的属性，如：
单面板、双面板等等。
5.3.2.PCB设计工程师将初始PCB图（由原理图设计人员提供的已导入元器件封装的PCB文件）转入到已创建的PCB文件中，并确认转入前后的一致性。
5.3.3.PCB设计工程师对PCB文件进行相关规则属性设置。
5.3.4.建立PCB板框
1.根据PCB结构图，或相应的模板建立PCB文件，包括安装孔、禁布区等相关信息。
2.尺寸标注。
在钻孔层中应标明PCB的精确结构，且不可以形成封闭尺寸标注。
5.3.5.载入网络
1.载入网表并排除所有载入问题，具体请看《AtiumDesigner15技术大全》。
其他软件载入问题有很多相似之处，可以借鉴。
2.如果使用AtiumDesigner，网表须载入两次以上（没有任何提示信息）才可以确认载入无误。
5.4. PCB布局
5.4.1.首先要确定参考原点。
一般参考点都设置在左边和底边的边框线的交点（或延长线的交点）上或印制板件的第一个焊盘。
5.4.2.一但参考点确定以后，元件布局、布线均以此参考点为准。
布局推荐使用25MIL网格。
5.4.3.相同结构电路部分应尽可能采取对称布局。
5.4.4.按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准来优化布局。
5.4.5.同类行的元件应该在X或Y方向上一致。
同一类行的有极性分立元件也要力争在X或Y方向上一致，以便于生产和调试。
5.4.6.元件的放置要便于调试和维修，大元件边上不能放置小元件，需要调试的元件周围应有足够的空间。
发热元件应有足够的空间以利于散热。
热敏元件应远离发热元件。
5.4.7.集成电路的去偶电容应尽量靠近芯片的电源脚，高频最靠近为原则。
使之与电源和地之间形成回路最短。
5.4.8.旁路电容应均匀分布在集成电路周围。
5.4.9.元件布局时候，使用同一种电源的元件应考虑尽量放在一起，以便于将来的电源分割。
5.4.10.用于阻抗匹配目的的阻容器件的放置，应根据其属性合理布局。
A.匹配电容电阻的的布局要分清楚其用法，对于多负载的终端匹配一定要放在信号的最远端进行匹配。
B.联匹配电阻布局时候要靠近该信号的驱动端，距离一般不超过500MIL。
5.4.11.根据结构图设置板框尺寸；布置安装孔、接插件等需要定位的器件，赋予这些安装孔和器件不可移动属性。
5.4.12.根据结构和生产工艺要求设置印制板的禁止布线区、禁止布局区。
如：
安装孔周围，工艺边附近（工艺边的宽度为>1mm以上间距）。
5.4.13..根据要求先将所有有定位要求的元件固定并锁定。
5.4.14.布局的基本原则：
A、要依照各模块电路的特性，遵照“先大后小，先难后易”的布置原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局。
B、布局可以参考硬件工程师提供的原理图和大致的布局，根据信号流向规律放置主要原器件。
C、要考虑各元件立体空间协调与安规距离的符合。
D、总的连线尽可能的短，关键信号线最短。
E、强信号、弱信号、高电压信号和弱电压信号要完全分开。
F、高频元件间隔要充分。
G、模拟信号、数字信号分开。
5.4.15.过锡方向分析，散热分析，风向及风流量考虑 （如：
散热片应怎样放、多厚、散热牙（翼）方向、散热面积多大最利于散热、散热片材质要求、辅助散热、风道方向、PIN脚稳固性、可靠度等）。
5.4.16.布局应尽量满足以下要求:
初级电路与次级电路分开布局；交流回路, PFC、PWM回路，整流回路，滤波回路这四大回路包围的面积尽量小, 各回路中功率元件引脚彼此尽量靠近，控制IC要尽量靠近被控制的MOS管，控制IC周边的元件尽量靠近IC布置。
5.4.17. 电解电容不可触及高发热元件，如大功率电阻，变压器，散热片。
5.4.18.所有金属管脚不能紧靠在相邻元件本体上，以防过锡时高温使元件管脚烫伤其它元件外壳而短路或爆裂。
5.4.19.发热元件一般应均匀分布，以利于单板和整机的散热，除温度检测元件以外的温度敏感器件应远离发热量大的元器件。
5.4.20.跳线不要放在IC及其它大体积塑胶外壳的元件下，避免短路或烫伤别的元器件。
5.4.21.SMD封装的IC摆放的方向必需与过锡炉的方向成平行，不可垂直,如下图：
5.4.22.SMD封装的IC两端尽可能要预留2.0mm的空间不能摆元件，为了预防两端SMD元件吃锡不良。
如果布局上有困难，可允许预留1.0mm的空间。
5.4.23.多脚元件应有第1脚及规律性的脚位标识（双列16PIN以上和单排10PIN以上均应进行脚位标识）PFC MOS和PWM MOS散热片必须接地，以减少共模干扰。
5.4.24.对热敏感元件（如电解电容、IC、功率管等）应远离热源，变压器、电感、整流器等；发热量大的元件应放在出风口或边缘；散热片要顺着风的流向摆放；发热器件不能过于集中。
5.4.25．功率电阻要选用立插封装摆放，以便散热或避免烧坏板子；如果是卧插封装，作业时一定要用打KIN元器件。
5.4.26.考虑管子使用压条时,压条与周边元件不能相碰或出现加工抵触。
5.4.27.贴片元件间的间距：
A.单面板：
PAD与PAD之间要求不小于0.75mm；
B.双面板：
PAD于PAD之间要求不小于0.50mm；
C.大于0805封装的陶瓷电容，布局时尽量靠近传送边或受应力较小区域，其轴向尽量与进板方向平行（图4），尽量不使用1825以上尺寸的陶瓷电容。
（保留意见）
D.经常插拔器件或板边连接器周围3mm范围内尽量不布置SMD，以防止连接器插拔时产生的应力损坏器件。
连接器周围3mm范围内尽量不布置SMD
5.4.28.元器件的放置位置需考虑元器件的高度，元件布局均匀分布、重心平衡、版面美观的标准布局，并且必须保证安装。
整个板的重心接近印制电路板的几何中心，避免中心便宜到板的边缘区。
a.任何元件本体之间的间距尽可能达到0.5mm以上,至少不能紧贴在一起.以防元件难插到位或不利散热。
b.元器件最高处与安装空壳体应有间隙，不能受压，以致影响装配顺畅及受应力，导致可靠性下降。
5.3.29.插件、焊接和物料周转质量对器件布局的要求各工艺环节从质量的角度对器件布局提出了不同的要求。
a.同类插件元件在电路板上方向尽可能保持一致（如二极管、发光二极管、电解电容、插座等），以便于插件不会出错、美观，提高生产效率。
b.贴片元件（尤其是厚度较高的贴片元件）长轴放置方向应该尽可能垂直于波峰焊前进方向，以尽量避免产生阴影区。
c.对于贴片元件，相邻元器件焊盘之间间隔不能太近。
5.4.30.如有特殊布局要求，需用波峰焊工艺生产的PCB板，其紧固件安装孔和定位孔都应为非金属化孔。
当安装孔需要接地时,应将该安装孔作成梅花孔。
（具体按结构图要求）
5.4.31.布局完成后要求原理图设计者检查器件封装的正确性及布局合理性，并且确认接插件的引脚与信号对应关系（比如：
FUSE所接的输入端为L端等），经确认无误后方可开始布线。
5.4.32.电缆和周围器件之间要留有一定的空间，否则电缆的折弯部分会压迫并损坏周围器件及其焊点。
5.4.33.爬电距离、电气间隙和安全应符合相关法规对产品的要求。
5.4.34.器件布局应符合电磁兼容的设计要求。
a.单元电路应尽可能靠在一起。
b.温度特性敏感的器件应远离功率器件。
c.小信号电路应远离大电流电路。
d.退藕电容要靠近它的电源电路。
e.回路面积应最小。
5.5.PCB铜箔走线安全距离
电气间隙：
两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿空气测量的最短距离。
爬电距离：
两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿绝绝缘表面测量的最短距离。
5.5.1依照IEC60950-1/GB4943-2001（IT类）标准要求：
最小（空气间隙）爬电距离为：
导线间距应符合爬电距离、电气间隙的要求。
初、次级间：
（4.0）5.0mm（≥150Vin）；（1.6）3.2mm（≤150Vin）
初级对大地：
（2.0） 2.5mm（≥150Vin）；（1.0）1.6 mm（≤150Vin）
初级对功能地：
（4.0）5.0mm（≥150Vin）；（1.6）3.2mm（≤150Vin）
次级对大地或功能地：
（0.4） 0.8mm（≥150Vin）；（0.4 ）0.8 mm（≤150Vin）
L对N：
（2.0）2.5mm（保险之前）；（1.0）1.5mm（保险之后至大电解处）（≥150Vin）
（1.0）1.6mm（保险之前）；（0.4） 0.8mm（保险之后至大电解处）（≤150Vin）
电气间隙与爬电距离不区分：
原边其他直流高压：
1.5mm（≥150Vin）；0.8mm（≤150Vin）同类型线路间最小距离：
0.5mm（SMT 0.4mm），局部短线可以用到0.4mm（SM0.35mm）。
5.5.2依照IEC600065-1/GB8898-2001（AV类）标准要求：
最小空气间隙与爬电距离为：
（此标准两类距离不区分）
初、次级间：
6.0mm（≥150Vin），4.4mm（≤150Vin）
初级对大地：
3.0mm（≥150Vin），2.2 mm（≤150Vin）
初级对功能地：
6.0mm（≥150Vin），4.4mm（≤150Vin）
次级对大地或功能地：
0.9mm（≥150Vin）；0.9 mm（≤150Vin）
L对N：
3.0mm（保险之前）；1.7mm（保险之后至大电解处）（≥150Vin）
2.2mm（保险之前）；0.9mm（保险之后至大电解处）（≤150Vin）
电气间隙与爬电距离不区分：
原边其他直流高压：
1.7 mm（≥150Vin）；0.9 mm（≤150Vin）
同类型线路间最小距离：
0.5mm（SMT 0.4mm），局部短线可以用到0.4mm（SMT 0.2mm）
注：
1.以上为普通布板情况，特殊情况或未到之处请咨询安规工程师。
2.初、次级同时靠近一个地时，初级到地距离+次级到地距离≥初、次级间距离。
5.6.PCB布线
5.6.1.布线优先次序
A.密度疏松原则：
从印制板上连接关系简单的器件着手布线，从连线最疏松的区域开始布线，以调节个人状态。
B.核心优先原则：
例如DDR、RAM等核心部分应优先布线，类似信号传输线应提供专层、电源、地回路。
其他次要信号要顾全整体，不可以和关键信号想抵触。
C.关键信号线优先：
电源、模拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线。
5.6.2.尽量为时钟信号、高频信号、敏感信号等关键信号提供专门的布线层，并保证其最小的回路面积。
应采取手工优先布线、屏蔽和加大安全间距等方法，保证信号质量。
5.6.3.电源层和地层之间的EMC环境较差，应避免布置对干扰敏感的信号。
5.6.4.有阻抗控制要求的网络应布置在阻抗控制层上，相同阻抗的差分网络应采用相同的线宽和线间距。
5.6.5.地线回路规则：
环路最小规则，即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小，环面积要尽可能小，环面积越小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小。
针对这一规则，在地平面分割时，要考虑到地平面与重要信号走线的分布，防止由于地平面开槽等带来的问题；在双层板设计中，在为电源留下足够空间的情况下，应该将留下的部分用参考地填充，且增加一些必要的过孔，将双面信号有效连接起来，对一些关键信号尽量采用地线隔离，对一些频率较高的设计，需特别考虑其地平面信号回路问题，建议采用多层板为宜。
5.6.6.窜扰控制:
窜扰（CrossTalk）是指PCB上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰，主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用。
克服窜扰的主要措施是：
A.加大平行布线的间距，遵循3W规则。
B.在平行线间插入接地的隔离线。
C.减少布线层与地平面的距离。
5.6.7.屏蔽保护对应地线回路规则，实际上也是为了尽量减小信号的回路面积，多用于一些比较重要的信号，如时钟信号，同步信号；对一些特别重要，频率特别高的信号，应该考虑采用铜轴电缆屏蔽结构设计，即将所布的线上下左右用地线隔离，而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合。
5.6.8.走线方向控制规则相邻层的走线方向成正交结构，避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向，以减少不必要的层间窜扰；当由于板结构限制（如某些背板）难以避免出现该情况，特别是信号速率较高时，应考虑用地平面隔离各布线层，用地信号线隔离各信号线。
5.6.9.走线的开环检查规则一般不允许出现一端浮空的布线，主要是为了避免产生“天线效应”，减少不必要的干扰辐射和接受，否则可能带来不可预知的结果。
5.6.10.阻抗匹配检查规则同一网络的布线宽度应保持一致，线宽的变化会造成线路特性阻抗的不均匀，当传输的速度较高时会产生反射，在设计中应该尽量避免这种情况。
在某些条件下，如接插件引出线，BGA封装的引出线类似的结构时，可能无法避免线宽的变化，应该尽量减少中间不一致部分的有效长度。
5.6.11.走线闭环检查规则防止信号线在不同层间形成自环。
在多层板设计中容易发生此类问题，自环将引起辐射干扰。
5.6.12.分支长度控制规则尽量控制分支的长度，分支的长度应尽量短，一般的要求是Tdelay≤Trise/20。
5.6.13.走线长度控制规则即短线规则，在设计时应该尽量让布线长度尽量短，以减少走线长度带来的干扰问题，特别是一些重要信号线，如时钟线，务必将其振荡器放在离器件很近的地方。
对驱动多个器件的情况，应根据具体情况决定采用何种网络拓朴结构。
5.6.14.倒角规则PCB设计中应避免产生锐角和直角，产生不必要的辐射，同时工艺性能也不好。
所有线与线的夹角应≥135°。
5.6.15.器件去藕规则
A.在印制板上增加必要的去藕电容，滤除电源上的干扰信号，使电源信号稳定，在多层板中，对去藕电容的位置一般要求不太高，但对双层板，去藕电容的布局及电源的布线方式将直接影响到整个系统的稳定性，有时甚至关系到设计的成败。
B.在双层板设计中，一般应该使电流先经过滤波电容滤波再供器件使用，同时还要充分考虑到由于器件产生的电源噪声对下游器件的影响，一般来说，采用总线结构设计比较好，在设计时还要考虑到由于传输距离过长而带来的电压跌落给器件造成的影响，必要时增加一些电源滤波环路，避免产生电位差。
C.在高速电路设计中，能否正确地使用去藕电容，关系到整个板的稳定性。
5.6.16.IC相邻PIN脚不允许垂直于引脚相连 。
5.6.17.设计双面板时要注意，底部有金属外壳或绕铜线的元件，因插件时底部与PCB接触，顶层的焊盘要开小或不开，同时顶层走线要避开元件底部,以防短路发生不良。
5.6.18.电感的寄生并联电容应尽量小，电感引脚焊盘之间的距离越远越好；
5.6.19.双面板锰铜线顶层不要铺铜，锰铜线孔不做金属化；（锰铜丝等作为测量用的跳线，焊盘过孔要做成非金属化若是金属化，那么焊接后，焊盘内的那段电阻将被短路，电阻的有效长度将变小而且不一致，从而导致测试结果不准确）。
5.6.20.布线时交流回路应远离PFC、PWM回路，PFC、PWM回路要单点接地。
5.6.21.有金属与PCB接触的元件，禁止下面有元件跳线和走线。
5.6.22.金属膜电阻下不能走高压线 （针对多面板）。
5.6.23.反馈线应尽量远离干扰源（ 如PFC电感、PFC二极管引线、MOS管）的引线，不得与它们靠近平行走线。
5.6.24.若铜箔入焊盘的宽度较焊盘的直径小时，则需加泪滴，如下图。
经常需拆取的元件，引脚焊盘周围须加大铺铜面积，以防拆取元件造成翘皮，如插座多PIN脚、晶体脚、单焊盘铜箔等有可能经常取插维修之焊盘。
5.6.25.布线要尽可能的短，特别是EMI线路，主回路及部分回路与电源线,大电流的铜箔要求走粗；主回路及各功能模块的参考点或地线要分开。
5.6.26.（过孔/贯穿孔）大小定义：
a.信号线过孔/贯穿孔一般可设置0.3～1mm。
b.过孔/贯穿孔不能放于SMD之焊盘中。
c.加载铜箔加过孔/贯穿孔时一般设置1.0mm，如接地，功率线等。
d.过孔放置不应破坏高频电流在地层上的路径；
5.6.27.走线时IC的下方尽可能只走地线、电源线，尽可能在IC周围构成GND短路环。
同时尽可能构造初级GND短路环、次级GND短路环，以减少干扰。
5.6.28.裸露跳线下不能有走线和铺铜，以避免和板上的铜皮短路，绿油不能作为有效的绝缘。
5.6.29.所有元器件的焊盘禁止大面积铺铜（即要做"热焊盘"或"花孔"）。
5.6.30.若电源初次级共金属件或外壳为金属机壳，则需同结构、安规、工艺共同讨论电源周边布线及放元件的方式，决定是否需要加辅助绝缘材料等。
5.6.31.导线宽度应尽量宽一些。
铜箔最小线宽0.3mm，边缘铜箔线宽度最小为0.5mm。
且离板边缘距离最少有0.5MM（边缘走线宽度大于1MM时,此距离最小不能小于0.3MM）的距离,以防止开V槽或邮票连接孔时划伤走线撕断线路。
5.6.32.散热器正面下方无走线（或已作绝缘处理） 为了保证电气绝缘性，散热器下方周围应无走线（考虑到散热器安装的偏位及安规距离），若需要在散热器下布线，则应采取绝缘措施使散热器与走线绝缘，或确认走线与散热器是同等电位。
5.6.33.为了让线路通过更大的电流，通常会采用宽线路上大面积露铜设计，以便过波峰时上锡，但必须使用宽度不超过2mm间距0.4mm以上的条形状露铜，以免露铜处上锡不均。
5.6.34.为了防止印制电路板焊接工艺时的严重高温变形，铜箔线路的铺设应均匀、对称。
特别是贴片工
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