PCB设计上的“数据派”，涉及丝印、过孔、线宽等

百科 2024-10-18 15:35 北京

PCB由多个导电层（铜箔）、绝缘材料层以及（可选的）防护涂层组成。根据层数的不同，PCB可分为单层板、双层板乃至多层板。其中，多层板通过在绝缘材料中夹入多个铜箔层，实现了更复杂的电路布局和更高的集成度。

一、PCB上的字符层设计的位号是为了贴装和维修方便。丝印层字符布置原则是：“不出歧义，见缝插针，美观大方”。

二、PCB厂的丝印工艺：线宽一般是0.07~0.1mm，字高为1mm。

1.字符线宽与字高的最佳比例是1:8，最低保证在1:6。建议最小的线宽为5mil，最小的字高在30mil以上。

2.字符的字体尽量设计正楷字。

3.字符框距离焊盘有6mil以上的距离，可以确保标识清晰准确。

4.位号尽量不要设计在走线或铜与基材交接区域，否则字符油墨下油不均会导致字符不清。

三、过孔载流能力计算评估

1. 查IPC-2152 Conservative Chart（保守图表）来计算PCB过孔尺寸：

上图是IPC-2152给出的过孔横截面积计算图表，将上图中过孔孔壁横截面积公式变换一下：D为空外径，d为孔内径，(D-d)/2为孔壁厚度（过孔铜厚）。过孔铜厚并不是确定的，不同PCB厂的铜厚可能不同（据了解JLC保证铜厚>18um）。如果过孔要过较大电流，更好的办法可能是多打几个过孔。

可得到容易理解的过孔孔壁横截面积计算公式：

2. 实例说明过孔尺寸计算方法：

例：某PCB设计项目要求温升不超过20℃，过孔孔壁铜厚1OZ（1.38mil），过孔载流能力为1A，求过孔内径尺寸。

解：

1）查IPC-2152 Conservative Chart可知，当温升为20℃，载流能力为1A时相互交叉点对应的横截面积约为28mil^2，根据公式可得到：

π（D.D - d.d)/4=28mil^2。

2）又知过孔的孔壁铜厚为1OZ（1.38mil），可得出等式：D-d=1.38mil。

3）根据等式和等式求得：d=7.28mil（0.185mm）。

答：温升20℃，载流1A，铜厚为1OZ时，过孔内径设为0.185mm即可满足要求，且余量较大，使用起来十分安全。

PCB载流能力速查表

备注：外层铜皮厚度和过孔孔壁电镀层厚度的关系：假设要求表面成品铜厚为1OZ，在生产PCB时，先在表层粘贴约1/3OZ的铜皮，然后再钻孔，接着在孔壁上用化学方法沉镍约1/3OZ，最后电镀时候，将表层和孔壁再电镀2/3OZ的铜，这样就使得表层铜皮和过孔镍铜总厚度相等；但在实际生产时，过孔镍铜（也称电镀层）总厚度等于或略小于表层铜箔总厚度。

四、PCB若有过流过压风险，过孔应选择多大尺寸？

在PCB设计中，过孔是用来连接不同层电路的关键部分，其尺寸选择直接影响电路的导电能力、散热效果及整体稳定性，特别是在面对过流过压隐患，合理选择过孔尺寸是很有必要的。

1.外径与内径比

过孔的外径与内径之比，称为AR比；这是考虑导电性能和生产成本的关键因素。一般来说，为了应对过压过流风险，常用的AR比建议为4:1至5:1，即外径约为内径的4至5倍。

2.具体尺寸推荐

内径：在过流需求较大的区域，内径应适当增大以承载更高的电流。具体尺寸可依据电流容量计算，但一般建议内径不小于0.2mm（8mil），以保证足够的导电面积。对于高电流密度的应用，内径可增大至0.3~0.5mm。

外径：根据AR比建议，若内径为0.2mm，则外径应为0.8~1mm；若内径为0.3mm，则外径应为1.2~1.5mm。这样的尺寸组合，既能满足导电需求，又能在一定程度上减少电镀困难。

3.特殊考虑

对于精密的多层电路板，可以设计更小的过孔以满足空间要求，但需注意过小的过孔可能增加塞孔难度和成本。因此，在精密设计中，过孔尺寸应适当平衡导电需求和制造可行性。

五、外层线宽与内层线宽的概念

1.外层线宽：指的是PCB最外侧可见的铜箔线路的宽度，直接暴露于空气或覆盖有防护层。外层线路主要用于连接电子元件，如电阻、电容、集成电路等，并可能包含测试点或焊接区域。

2.内层线宽：是指位于PCB内部，被绝缘材料层隔开的铜箔线路宽度。这些线路通常用于提供电源、接地或实现不同外层之间的信号交叉连接，是构成多层PCB复杂布线结构的关键部分。

六、做PCB设计时线宽、线距规则设置多大比较好？

1. 对于需要控制阻抗的信号线，建议严格按照层叠计算出的线宽和线距进行设置。例如，对于常规50Ω控制的射频信号、重要单端50Ω信号、差分90Ω和差分100Ω信号，通过层叠设计可以计算出具体的线宽和线距（如下图所示）。

2.设计线宽和线距时，应考虑所选PCB厂的生产工艺能力。如果设计时的线宽和线距超过了合作PCB厂的制程能力，轻则会增加生产成本，重则可能导致设计无法生产。

这里的线宽线距设置规则适用于线到孔、线到线、线到焊盘、线到过孔、孔到盘等元素之间的间距。

例：厂家生产工艺

当线宽线距>6mil时价格最低，<6mil时价格增加，最低只能做到3mil。

当线宽一定时，孔径≥0.3mm时价格最低，孔径<0.3mm时价格增加。

3.在设置规则时，应考虑设计文件中的瓶颈区域。例如，对于1mm的BGA芯片，若管脚深度较浅，两行管脚之间只需布一根信号线，可设置为6/6mil；若管脚深度较深，两行管脚之间需布两根信号线，则需设置为4/4mil。对于0.65mm的BGA芯片，通常设置为4/4mil；对于0.5mm的BGA芯片，线宽线距最小需设置为3.5/3.5mil；对于0.4mm的BGA芯片，一般需要进行HDI设计。为了提高生产合格率，可以在设计瓶颈区域设置较小的局部线宽线距规则，而在PCB的其他地方则采用较宽松的规则。

4.根据PCB设计的密度来进行设置。如果密度较小，板子较为宽松，可以设置较大的线宽和线距；反之，则需要设置较小的线宽和线距。

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