|
通用PCB设计网格系统 2010-1-7 14:38:52 资料来源:SMT易网 作者: 摘要： PCB设计布线使用多种度量单位往往会降低设计的完美性。优秀的PCB设计由构建CAD库部件开始，然后就立刻开始面对元器件布局、过孔位置以及布线等各方面的挑战。输出生产机器使用的数据可能会非常复杂，也可能会非常简单，这直接取决于整个PCB设计过程中使用的PCB设计布线的度量单位。本文考察了电子行业最重要、但有时也会被忽视或想当然的一个课题——PCB设计网格系统。 引言： 20世纪60年代到80年代，主要PCB设计网格系统一直采用英制单位。所有PCB设计要素和网格布线的最小度量单位都是0.001” (1 mil)，一切都是对称的、均衡的。之后，在1988年，多家世界标准组织联合起来，一致认为，公制单位可以更好地解决PCB设计开发问题。20世纪90年代，元器件制造商的产品技术资料和JEDEC元器件封装尺寸资料中开始转型，此前曾一度采用英制“英寸”单位的资料，现在开始逐渐转为采用公制单位。 世界标准组织IPC建议“PCB设计网格系统”的基本值为0.05mm，同时开始把PCB设计中的所有要素都统一到网格系统中。然而，在美国，这受到大力抵制。美国一些PCB设计企业、制造企业、机械工程师和电气工程师目前仍然反对这一转换。 从一种单位转向另一种单位，给PCB设计行业带来了混乱，因为PCB设计人员被迫在转型期间使用两种不同的单位。CAD厂商处理转型的方式是引入了种“基于无网格形状”的自动布线功能，为PCB设计人员使用公制和英制引脚间距连接焊盘形状提供了一种解决方案。他们引入了许多新的技术术语，如“网格外”(“Off-Grid”)或“无网格”(“Gridless”)和“基于形状的”布线解决方案。这一概念完全基于这样一个事实，即以PCB设计规则作为主要因素，PCB设计人员的客观目标是遵守规则，而不管连接盘形状多么不规则。某些CAD库元器件采用英制的引脚间距，某些采用公制引脚间距。PCB设计网格系统出现混乱，处理无网格环境给PCB设计人员带来了新的挑战。 无网格系统对PCB布线的主要影响是轨迹路由计算粒度非常小，因此占用的存储器和CPU处理能力大大提高。无网格系统新增了成千上万个变换选项，实际上降慢了自动布线工具的速度。另外，这样也很难在两个元器件引线中心或过孔中心间方便的手动布线。 从创建CAD库、元器件布局、过孔放置到布线，“通用PCB设计网格系统”影响着一切项目，同时占用的计算机存储器和CPU处理能力大大下降。它能标出引脚和走线的中心位置，提高了制造良品率。它还改善了元器件布局和布线的整体美观性。 IPC 标准及设计完美PCB的最终目标是让PCB设计中所有的尺寸都以0.05 mm作为最小度量单位，向0.05mm网格系统看齐。本文将排除疑议，证明这是一种最优秀的解决方案。注：0.05mm = 0.0019685”或约等于2 mils。 下面将解释遵守“通用PCB设计网格系统”所需的指标，并了解这一体系的先进特点。不过，我们首先要了解一下电子产品开发行业标准化进程中的几个主要组织。略 创建焊盘 CAD库： 在这些标准组织的指导下，PCB设计人员已经制订了各种规则，以使用CAD工具创建一致的优质连接盘图形。在理想的通用网格系统中，许多单元的最小度量单位都是0.05mm，虽然这些规则也有一些例外，但大多数情况下适用这些规则。 IPC编制的SMT和PTH所有CAD库焊盘外形的通用尺寸 – • 外形的最小度量单位是0.05mm 包括丝网、组装和贴装
• 焊盘尺寸的最小度量单位是0.05mm
• 孔径的最小度量单位是0.05mm
• 极性标记的最小度量单位是0.05mm
• 本地基准的最小度量单位是0.05mm
• 指示标注高度和线宽的最小度量单位是0.05mm IPC-7351 标准中BGA封装使用的球栅阵列网格标准– • 球和焊盘的尺寸的最小度量单位为0.05mm (参见表1)
• 引脚间隙的最小度量单位为0.05mm
• 封装体外形尺寸的最小度量单位为0.05mm JEDEC编制的QFP、SOP和SOT鸥翼型引脚封装标准– • 封装体外形尺寸的最小度量单位为0.05mm
• 封装容差的最小度量单位为0.05mm
• 端子引线尺寸的最小度量单位为0.05mm
• 引脚间隙、焊盘尺寸“X, Y”的最小度量单位为0.05mm，焊盘中心“C”的最小度量单位为0.1mm。参见图1。 EIA编制的电阻器、电容器、二极管和电感器芯片元器件引脚标准 – • 封装体外形长度和宽度的最小度量单位是0.05mm
• 端子引线尺寸的最小度量单位是0.05mm
• 焊盘尺寸“X, Y”的最小度量单位是0.05mm，焊盘中心“C”的最小度量单位是0.1mm JEDEC编制的SON、QFN、DFN、SOTFL和SODFL无铅元器件引脚标准 – • 引脚间距的最小度量单位为0.05mm
• 封装体外形尺寸的最小度量单位为0.05mm (包括高度)
• 端子引线尺寸的最小度量单位为0.05mm
• 封装容限的最小度量单位为0.05mm 在当前元器件封装技术中，基本规则是在大多数情况下，元器件封装尺寸和焊接端子引线的最小度量单位是0.05mm。当然，20世纪80年代生产的所有元器件封装是这一规则的例外情况。为全面转向公制单位及引入成熟的电子产品开发自动化系统，必须消除基于英制的元器件封装。 元器件布局网格系统： 如果要以毫米为单位构建CAD库部件，最好的布局网格规则是使用可以均匀划分成1mm的数值，且在小数点右面一位。优化的公制布局网格包括：1mm、0.5mm, 0.2mm和0.1mm。为实现最佳效果，只有在绝对必要时，才应该使用其它部件布局网格，如固定连接器或PCB边缘开关。 过孔尺寸和放置网格系统： 过孔尺寸的最小度量单位是0.05mm，包括所有通孔尺寸。在全局布线时最佳的过孔尺寸为：0.5mm焊盘、0.25mm通孔、0.7mm 无阻焊区域。如果PCB设计中的每个过孔放在1mm网格系统上，那么设计时布线可以完美的穿过这些过孔而不会产生不必要的弯曲。最佳的过孔放置网格是1mm，过孔间允许通过两条0.1mm走线。参阅下面的图3、图4和图5。 1mm 间距BGA过孔，线宽为0.1mm 0.5mm 间距QFP过孔，线宽为0.1mm
图5是这个阵列中两个过孔的放大图
图5清楚地表明了对准1mm网格的两个过孔，其中两条0.1mm走线完美居中。当然，在完美居中的两个过孔之间，也可以只布一条0.1mm 走线。无阻焊区域不会超出走线界限，在参考平面上提供了一条干净的回路。这为高速技术提供了一种杰出的走线解决方案，同时提供了简化的工作环境。 走线/ 空间尺寸网格系统： 除一个是0.125mm (5 mils)外，公制走线宽度规则的最小度量单位是0.05mm。 0.25mm = 10 mils
0.20mm = 8 mils
0.15mm = 6 mils
0.125mm = 5 mils
0.10mm = 4 mils
0.075mm = 3 mils
0.05mm = 2 mils 布线网格系统： 最优秀的公制布线网格为0.05mm。 参考标注和文本网格系统： 0.1mm是放置参考标注和文本常用的网格，空间比较紧张时则使用0.05mm。 覆铜和填充网格系统: 0.1mm是覆铜轮廓和对准网格的常用网格，而0.05mm则可以用于高密度布局和布线。 安装孔尺寸和布局网格系统： 所有安装孔焊盘的最小度量单位是0.05mm，布局网格的最小度量单位是0.05mm。 结论：略 | 
[复制链接]
发表于 2012-6-10 12:18:56
楼主
发表于 2012-6-10 13:27:14
