画 PCB 这件事,卡人的地方从来不是软件难装,而是装好之后不知道从哪下手。我刚上手 AD(Altium Designer)那阵子,原理图画完了,对着一个空白的 PCB 文档坐了一下午,不知道该先把元件拖过来还是先把板子画出来;元件放上去了,又纠结线该走多宽;好不容易连完,导出文件交给板厂,人家回一句"少一个钻孔文件",又得返工。后来带过几个新人,发现大家卡住的点几乎一模一样:原理图到 PCB 的同步、元件库和封装的对应关系、布线规则怎么设、最后怎么导出能直接投产的 Gerber。这篇就把我用 AD 画一块简单 PCB 的完整流程摊开讲,从建工程、配库、设规则,到布局布线、铺铜、3D 检查,再到出图交付,每一步尽量把"为什么这么做"也说清楚。刚接触 PCB 设计的朋友可以照着走一遍,画过几块板但总觉得差点意思的人,也能从里面挑几条规则和经验去改自己的习惯。
1. 先把"简单"这两个字定义清楚
1.1 什么样的板子算简单板
我理解的"简单 PCB",得同时满足几个条件。层数上,双层板基本就是上限,四层板虽然现在打样也不贵,但一旦涉及内电层划分、阻抗控制、层叠对称,复杂度立刻上一个台阶。元件数量上,我一般把 50 个器件以内、无 BGA、无 QFN 密集引脚、最大封装是 SOP 或 0805 的板子归到简单这一类。信号类型上,只有直流电源、低速数字信号、普通模拟信号,没有 DDR、USB 差分、以太网这些需要严格等长和阻抗的走线。走线密度上,单面走不通可以翻到背面,不需要靠盲埋孔来腾空间。
举个具体的例子:一个 24V 转 5V 的降压模块,加一颗单片机做几个 IO 控制,再挂两个 LED 和一路串口,整板尺寸 40mm×30mm,双层板,1.6mm 板厚,1oz 铜厚——这就是典型简单板。类似 SW6206 这类移动电源方案的原厂资料里,PCB 部分也基本是这个量级:一颗主控、几颗电感电容 MOS,没有高速信号,难点在功率环路布局而不是走线密度。
把这个边界划清楚很重要。因为简单板的做法和复杂板完全不是一套逻辑:简单板追求"一次做对、不返工、能一次点亮",而高速板追求"信号完整性、阻抗匹配、回流路径"。用对待高速板的心态去画简单板,纯属给自己找罪受;反过来,把简单板的随意习惯带到复杂板上,那是要出事的。
1.2 简单板也躲不开的三个坑
很多新手觉得板子简单就不会出问题,我从实际返工记录里挑三个最常见的坑说说。
第一个是封装对不上。原理图里那个元件画得挺漂亮,引脚标着 1、2、3,结果 PCB 库里给的封装是 SOT-23-3,而实物买回来是 SOT-89,焊盘位置完全不一样。这种错误在打样阶段才暴露,板子回来焊不上,只能重新投一次,钱和时间都白花。我现在的习惯是:原理图里每一个元件的封装名都要和实物丝印、数据手册的封装章节对一遍,尤其是二极管、三极管、LDO 这些封装种类多的器件。
第二个是线宽凭感觉。信号线随手拉一条,电源线也随手拉一条,结果 5V 那路要过 1A 电流,线宽只有 0.2mm,板子一上电就开始发烫。这个问题后面第 6 节会给出具体的计算表格,这里先记住一句话:电流和线宽是有量化关系的,不是靠"看起来挺粗"来判断的。
第三个是出图漏文件。Gerber 导出了,钻孔文件忘了;或者钻孔文件导了,但单位和 Gerber 不一致,板厂打开发现孔位对不上。这类问题几乎每个新手都要踩一次,我在第 4 节会把该给板厂的东西列成一张清单,照着核对就行。
1.3 一块板从想法到成品的完整链路
理顺整条链路,心里才有底。我的流程是这样的:先明确功能和接口,列出需要的器件清单;然后在 AD 里建工程,画原理图;原理图编译通过、封装全部确认后,同步到 PCB;接着定板框、定层栈、设规则;然后布局、布线、铺铜;最后做 DRC 检查、丝印整理、3D 预览;一切正常后导出 Gerber、钻孔文件、BOM 和坐标文件,打包发给板厂;板厂回来之后先目检、再万用表测短路,最后上电调试。
整条链路里,真正花时间的是布局和布线,但决定成败的往往是前后两头:前面的器件选型和封装确认,后面的 DRC 检查和文件导出。中间那部分做错了还能改,两头做错了就是重投。
2. 动手之前:环境、库、规则三件事
2.1 AD 装好之后先改这几个设置
软件装完,第一件事是把单位制和显示调顺手。AD 默认用 mil,我习惯按 Q 键在 mil 和 mm 之间来回切:看封装尺寸、看板框用 mm,看线宽、看间距用 mil,具体看哪个顺手。显示方面,按 L 打开 View Configuration 面板,把想看的层勾上。画双层板时,我一般常开 Top Layer、Bottom Layer、Top Overlay、Bottom Overlay、Mechanical 1(板框)、Keep-Out Layer,Multilayer 只在查焊盘的时候打开。层开太多,屏幕上一片花花绿绿,反而看不清东西。
汉化这事看个人。AD 支持界面本地化,在设置里的系统选项里能找到本地化开关,勾上重启就能切成中文界面。我自己用英文界面,原因是绝大多数教程、论坛帖子和报错信息都是英文关键词,用英文界面搜问题会快很多;但如果你只是偶尔画个板,中文界面学习成本确实低。这两种选择没有对错,别来回折腾就行。
快捷键是提效的关键,值得花半小时专门练。我日常用得最多的几个:Shift+S 单层显示,布线的时候特别有用;Ctrl+M 测量任意两点距离,定板框和摆器件必用;P-T 交互式布线;P-G 铺铜;P-P 多边形切割;D-S-D 重新定义板子形状;T-D 跑设计规则检查。还有个小技巧,按住 Shift 拖动元件可以复制,按住 Alt 拖动会强制对齐网格,这两个动作在摆一排电阻电容的时候能省不少事。
2.2 元件库:能拿来用就别自己画
关于元件库,我的原则很明确:能用现成的就别自己画,但必须验证过再用。AD 自带的集成库覆盖了常见的电阻电容、通用逻辑器件,够应付大部分简单板。除此之外,芯片原厂官网一般都给原理图符号和 PCB 封装,像 TI、ADI、ST 这些都有;嘉立创、立创商城这类平台也有现成的库可以直接下。这些库的质量参差不齐,但比你从零画一个 100 引脚的封装靠谱得多。
拿到库之后别急着用,先验证。原理图符号要检查引脚编号和引脚名跟数据手册是否一致;PCB 封装要拿数据手册的推荐焊盘尺寸对一遍,重点看焊盘长度、宽度、间距和整体外形尺寸。我踩过一次坑:某个第三方库里给的 SOP-8 封装,焊盘长度画短了 0.3mm,手工焊还行,过回流焊就容易虚焊。后来我养成习惯,所有新用的封装都先放到一个测试 PCB 里导一次 3D 看一眼,确认实物能放进去,再正式用。
自己画封装的时候,有两个地方新手容易忽略。一是原点位置,我一般把原点定在元件中心,这样摆放和旋转的时候逻辑最清晰。二是丝印层,器件外框要画在 Top Overlay,而且不能压在焊盘上——丝印压焊盘会导致阻焊开窗,焊接的时候容易连锡。AD 有丝印到阻焊的间距规则可以自动检查,这个规则后面会讲。
2.3 开画前必须改的默认规则
AD 的默认设计规则是给通用场景准备的,直接拿来画板,要么太松要么太严。我每次开新工程都会先改这几条。
Clearance(安全间距)默认是 0.254mm,也就是 10mil。这个值对双层板来说偏保守,实际国内板厂普遍能做到 6mil 甚至 5mil。我一般改成 0.2mm,既留了余量又不会让布线太难走。如果板子密度高,可以放到 0.15mm,但第一次打样前最好跟板厂确认一下他们的工艺能力。
Width(线宽)规则默认是一条。我习惯分成三类:普通信号线 0.254mm,电源线 0.5mm 起步,大电流路径按计算值单独设。AD 支持按网络类(Net Class)来设规则,把 VCC、GND、各个电源网络分别归到不同的 Class 里,规则一次配好,后面布线就自动按对应宽度走,不用每次手动改。
Via(过孔)规则里,过孔尺寸和孔径的关系要算一下。常见做法是过孔外径 0.6mm、孔径 0.3mm,这个组合几乎所有板厂都能做,成本也最低。如果要更小的过孔,得先确认板厂的加工能力。
规则配置里还有一个挺实用但很多人不知道的功能:自定义规则查询。比如你想让某个电源网络的间距比其他网络大一点,可以在规则里用查询语句指定网络范围,把规则精确地作用到特定对象上,而不是全局一刀切。
3. 从原理图到 PCB 的完整实操
3.1 原理图自检:这一步偷懒,后面全还回来
原理图画完,别急着往 PCB 同步。先在工程菜单里跑一次编译,看消息面板有没有报错和警告。常见的红色错误是引脚悬空、元件位号重复、电源端口没连接;黄色警告大多是"某个输入引脚没有驱动源"这类,需要你自己判断是不是真问题。
编译通过之后,重点做两件事。第一是核对每个元件的封装字段,确保填了封装名而且名字和 PCB 库里的完全一致——大小写和空格都算,这点很坑,差一个字符就会在同步的时候报"找不到封装"。第二是整理位号,用工程里的位号标注功能重新编号,让位号连续、不跳号。位号乱的话,后面调试和查 BOM 都很痛苦。
还有一个进阶操作值得提一句:如果你的板子有机械结构限制,比如外壳上有固定的接口位置,可以先把结构图导进来当参考。AD 支持导入 DXF/DWG 格式的二维图形,导入时把图层映射到 Mechanical 层,就能把外壳轮廓、螺丝孔位置、接口开孔位置直接叠在 PCB 上,布局的时候有参照,不用靠猜。导入的时候注意单位要选对,DXF 用 mm 还是 inch 一定要看清楚,选错了图形大小会差 25.4 倍。
3.2 同步到 PCB:板框、层栈和原点
原理图确认无误,在原理图界面用更新 PCB 的命令,把网络表和元件一次性同步过去。同步前 AD 会弹一个差异对比窗口,把新增、修改、删除的元件列出来,仔细看一遍再确认,这个窗口是发现封装错误的第一道防线。
元件同步过来之后,先在 Keep-Out Layer 上画板框。AD 里定义板子形状有好几种方式,我常用的是先用线条画出闭合轮廓,然后选中这些线,用"根据选中的对象定义板子形状"把它变成实际板框。板框尺寸要留余量:元件最外沿到板边至少留 0.5mm,如果是 V-CUT 拼板,边上要留够 1mm 以上;有螺丝孔的话,孔径按螺丝规格来,M3 螺丝一般开 3.2mm 孔,孔周围留出 6mm 直径的禁布区,避免螺钉帽压到元件。
层栈在大部分情况下用默认的两层就行:顶层信号、底层信号加铺地。层叠厚度上,1.6mm 是最通用的板厚,板厂备料最全、价格最低。如果对厚度有特殊要求,比如要塞进很薄的壳体里,可以用 1.0mm 或 0.8mm,但要注意薄板的刚性会下降,大尺寸板子容易翘。四层板的常见结构是信号-地-电源-信号,中间两层做完整平面,对简单板来说其实用不上,除非你的电源噪声实在压不下去。
原点位置也要设一下。我一般把原点设在板子的左下角,这样所有元件的坐标都是正值,看起来清爽,导出坐标文件给贴片厂的时候也不会出现负坐标引发的问题。
3.3 布局:先接口后核心,先大后小
布局是整块板子最考验经验的一步。我总结的顺序是:先定接口,再放大件,然后处理核心器件,最后塞小元件。
先定接口,是因为接口位置通常由外壳或者使用场景决定,比如 USB 口必须在板边、接线端子要方便拧螺丝、排针要对着另一块板。接口定死了,剩下的空间才好分配。把连接器、排针、按键、指示灯先摆到位,并且注意它们的方向——USB 口朝哪边、排针是立插还是卧插,这些细节装壳的时候会要命。
再放大件,指的是电解电容、电感、大封装 IC、继电器这些占地大户。它们的位置一旦定下来,基本不会再动,剩下的空间才轮到小元件去填。
然后处理核心器件。以开关电源为例,这是布局的重中之重。功率环路——输入电容、开关管、电感、输出电容——围成的面积要尽可能小,因为环路面积越大,辐射和噪声越严重。反馈采样点要从输出电容的焊盘上直接取,不能从电感后面随便找个点拉过去,否则采到的是带纹波的电压,输出会不稳。芯片的接地脚要先接到输入电容的地,再连到整板的地平面,这个顺序如果反了,开关噪声会顺着地串到整个系统里。
小元件最后塞。去耦电容要贴着芯片电源脚放,越近越好,走线长度控制在几毫米以内。晶振要尽量靠近芯片,周围挖空、包地,走线不要从晶振下面穿过。LED 限流电阻跟着 LED 走。这些小件摆得好不好,直接决定后面布线顺不顺。
布局阶段还有一个容易被忽略的问题:热。发热元件比如 LDO、功率电阻、MOS 管,要分散摆开,别挤在一起;同时留出足够的铜皮面积帮助散热。如果板子上有温度敏感的器件,比如 NTC 热敏电阻(常见于 10K 的 B 值 3950 那类),要远离热源,否则采到的温度是板子局部温度而不是环境温度。
3.4 布线:手动为主,线宽按规则来
布线这块,我的建议是简单板也尽量手动布,自动布线只在你完全不在乎性能、只想快点连上的时候用。自动布线出来的走线又长又绕,过孔还多,电源路径完全没有优化,看着就不舒服。
开始布线前,先把规则再确认一遍,尤其是网络类对应的线宽。然后按优先级来:先走电源和地,再走关键信号,最后走普通信号。电源和地先走的原因是它们决定了整块板的骨架,先走完电源,信号线的空间还剩多少一目了然;反过来先走信号,电源可能就被挤得没地方了。
走线的时候有几个手法。按 Shift+S 切到单层显示,屏幕上只留下当前层,视线清楚很多。走线过程中按 Tab 可以随时改线宽和过孔尺寸。遇到需要换层的地方,用快捷键放一个过孔。拐角尽量用 45 度或者圆弧,90 度直角在高频下会有阻抗突变,虽然对简单板影响不大,但养成好习惯没坏处。
关于从铜皮里走过线避让的问题,这在有铺铜的板子上很常见。AD 里的处理方式是:铺铜本身会自动避让不同网络的走线和焊盘,前提是铺铜的避让规则设置正确。如果你的铺铜没有避让某条线,先检查那条线是不是被设成了同一个网络,再看铺铜的属性里"去除死铜"和"避让"选项。实在需要手动让位,可以在铺铜前先用多边形切割工具在铜皮上挖掉一块,再走线。
等长、包地这些操作,简单板基本用不上。唯一值得做的是给晶振和敏感的模拟走线包地处理:在信号线两侧拉两条地线,并在两端接地,能明显改善抗干扰能力。
3.5 铺铜、多边形填充、铜皮挖空和开窗
铺铜是双层板提升性能最划算的操作。按 P-G 调出铺铜工具,画一个覆盖整板的区域,然后设置网络为 GND。AD 会自动把这块区域填成铜,并避开所有不同网络的焊盘和走线。
铺铜有几个关键设置要调。一是"去除死铜",把孤立的、没有接到任何网络的铜块自动删掉,否则会留下一堆悬空的碎铜,既没用又影响美观。二是在焊盘连接方式上,我一般选"热风焊盘"(Thermal Relief)连接而不是全连接,这样焊接的时候热量不会顺着铜皮散得太快,手工焊会容易很多。三是铺铜的优先级,如果板子上有多块铺铜,优先级高的先铺,后面的会自动避让前面的。
铜皮挖空也是常用操作。板子上的天线区域、需要隔离的高低压区域、螺丝孔周围,这些地方都不该有铜。做法是用多边形切割工具,在铺铜区域内画出要挖掉的形状,铜皮重铺的时候就会自动避开。如果只是想临时禁止某块区域布线,用 Keep-Out Layer 画个区域更简单。
铜皮开窗是另一个概念,指的是把铜皮上的阻焊层去掉,露出一块可以焊接或者散热的裸铜。常见场景是大电流路径上贴铜条增强载流能力,或者功率器件下面焊散热片。做法是在 Solder Mask 层上画一块和铜皮重叠的形状,板厂就会在这个位置不开阻焊,铜就露出来了。要注意的是开窗区域不能太靠近其他焊盘,否则会连锡。
铺完铜之后一定要重新跑一次 DRC。铺铜之后经常会出现新的间距违规,尤其是铜皮边缘离板边太近、铜皮和某个走线挤在一起这类问题。DRC 报出来的每一条都要么改设计、要么确认可以接受,不能直接忽略。
3.6 丝印整理与 3D 检查
丝印不是装饰,是给自己和调试的人看的。我的整理原则是:每个元件都能通过丝印找到它的位置和方向,但丝印不能压焊盘、不能互相重叠、不能盖住需要阅读的信息。
具体来说,元件外框用细线画在 Top Overlay 层,位号放在元件旁边的空白处。有极性的元件——电解电容、二极管、IC——要在丝印上标出方向,常用的做法是画一条横线或者一个缺口标记对应一号脚。连接器的功能标注也要写清楚,比如"5V""GND""TX""RX",调试的时候能省很多时间。
全部布完之后,切到 3D 视图看一眼。AD 的 3D 预览能把板子渲染成立体模型,元件的 3D 封装如果做好了,就能直观地看到高度是否干涉、元件之间有没有打架、接口位置对不对。
给元件加 3D 封装有三种方式。最简单的是用 AD 自带的通用 3D 模型,选个长方体,填上长宽高就行;好一点的是从元件库自带的 STEP 模型直接关联;最准确的是从原厂下载 STEP 文件,通过放置 3D 元件体的方式导入,然后调整位置和旋转角度对齐焊盘。常见的电阻电容,我一般用简化模型,高一点的地方用真实模型,因为 3D 检查主要看的是干涉,不是外观。
如果你需要把某个器件单独导出 3D 文件给结构工程师,AD 支持在 PCB 或 PCB 库里选中单个器件,导出成 STEP 格式。这个功能在做外壳配合的时候很有用。
4. 出图:Gerber、钻孔、PDF、BOM 一样都不能少
4.1 Gerber 导出参数逐项拆解
Gerber 是交给板厂的"施工图",导出参数设置错一个,板子就废了。我从文件菜单进制造输出里的 Gerber 设置,逐项说。
单位选英寸还是毫米都行,关键是和钻孔文件保持一致。我习惯用毫米。格式精度一般选 4:4 或者 2:4,四个整数位加四个小数位,精度足够,板厂也认。有些老厂只认 2:4,第一次合作前问一句最稳妥。
层选择上,双层板至少要导出:顶层线路、底层线路、顶层阻焊、底层阻焊、顶层丝印、底层丝印、顶层锡膏、底层锡膏、机械层(板框和外形)、Keep-Out 层。四层板还要加内层线路和平面层。机械层里要有板框、拼板标记、V-CUT 线、定位孔,这些信息板厂要靠它来切割和成型。
"包含未连接的中间焊盘"这个选项要勾上,尤其是板子上有排针、排母或者长条焊盘的时候,不勾会丢焊盘,板子回来直接没地方插。
导出之后别急着发出去,用 AD 自带的 Gerber 查看器或者第三方免费工具打开看一遍。重点看三样:板框是不是闭合的、焊盘有没有丢、钻孔和线路是不是对齐。这一步花五分钟,能省掉一次返工。
4.2 钻孔文件和层叠说明
钻孔文件是单独导的,在制造输出里找 NC Drill。导出时的单位和格式必须和 Gerber 完全一致,这是新手最容易出错的地方——Gerber 用 mm,钻孔用 inch,板厂打开发现孔全部偏到板子外面去。
钻孔文件导出后,一般还会附一份钻孔表(Drill Drawing),标出每种孔径的数量和位置。这份文件不是必须的,但给板厂能减少沟通成本。
层叠说明对双层简单板来说,一句话就够:板厚 1.6mm,铜厚 1oz,FR-4 材质,绿油白字,有铅喷锡或者无铅喷锡。如果是四层板或者有阻抗要求,就得画一张层叠示意图,标清楚每层的介质厚度和铜厚,板厂会照着做。
顺便提一句"导出 PCB 文件"这个需求。如果你是要把文件给同事看,直接保存 .PcbDoc 就行;如果要给用其他软件的工程师,可以导出成通用的 ASCII 格式或者 STEP、ODB++ 这类中间格式。跨软件转换是另一个话题,坑不少,简单说就是尽量用 ODB++ 或者 IPC-2581 这种标准格式,比直接转原生文件成功率高。
4.3 交给板厂的清单
我给板厂的文件清单固定是这几样,每次都按这个核对,从没出过问题。
| 文件 | 内容 | 备注 |
|---|---|---|
| Gerber 压缩包 | 所有线路层、阻焊层、丝印层、机械层 | 打包成一个 zip |
| NC Drill | 钻孔文件 | 单位和 Gerber 一致 |
| 钻孔表 | 孔径与数量统计 | 可选,建议给 |
| 叠层说明 | 板厚、铜厚、材质、表面处理 | 文字或图片 |
| 工艺说明 | 板子尺寸、拼板要求、阻抗要求 | 有就写,没有可省 |
| 测试要求 | 是否飞针测试、是否全测 | 小批量建议全测 |
工程文件(.PrjPcb)和原理图一般不用给板厂,但自己存档要留好,方便下次改版。
5. 常见问题排查速查表
5.1 导入导出类问题
导入导出环节的问题占了新手提问的大半,我挑几个高频的说。
结构图导入进来尺寸不对,九成是单位选错了。DXF/DWG 文件本身可能用英寸,也可能用毫米,导入对话框里要手动确认。判断方法很简单:导入后量一下已知尺寸,比如外壳上标注的 100mm,量出来是 2540mm 那就是单位搞错了。
Gerber 导入回 AD 想转成 PCB,这个操作能不能做?能,但有前提。AD 支持把 Gerber 反向导入成图形,但导入进来的是线和焊盘的图形,没有网络信息、没有元件属性,不能直接当 PCB 编辑。这种操作一般用于参考别人的板子,或者修复丢失的原文件。真要靠它重建 PCB,得手动补网络,工作量比自己画还大。
跨软件转换的问题更麻烦。从其他软件转到 AD 时提示版本太旧或者格式不识别,原因是对方软件保存的文件版本比 AD 支持的转换器新。解决办法是让源文件保存成低版本格式,或者走 ODB++、IPC-2581 这类中间格式。PADS 的文件如果打不开或者打开就报错,通常是文件本身损坏或者版本太老,可以试着用 PADS 自己导出 ASCII 格式,再通过 AD 的导入向导读进来。Cadence 的封装导入也是类似思路,优先考虑标准中间格式,别硬转原生库。
5.2 操作类问题
元件在 PCB 上选不中,这个问题的原因有好几种,按顺序排查就行。先看元件是不是被锁定了,锁定的元件默认点不动,在属性面板里能解锁。再看选择过滤器设置,AD 有一组选择过滤器,允许你选什么类型的对象,如果只勾了走线没勾元件,那元件当然选不中。还有一种情况是元件被放在了机械层或者被隐藏了,按 L 打开层配置看一眼就清楚。
软件卡顿或者打开大文件自动关闭,通常和显卡驱动、文件大小、3D 模型复杂度有关。我遇到的几次崩溃,最后定位到都是某个器件的 3D 模型特别复杂,一开 3D 视图就吃满内存。解决办法是关掉 3D 预览,或者把复杂模型替换成简化模型。另外定期清理工程里的历史版本和临时文件,也能减少卡顿。
铺铜之后走线不好走,或者走线被铜挡住了,这是铺铜和布线的顺序问题。正确顺序是先布完线再铺铜,如果中途要改线,改完重新铺一次铜就行。如果铺铜挡住了某条必须走的线,可以在那个位置先挖空铜皮再走线。
5.3 一张可以直接抄的速查表
| 现象 | 可能原因 | 处理方式 |
|---|---|---|
| 同步 PCB 提示找不到封装 | 封装名不一致或库里没有 | 核对名称,补充库文件 |
| 板厂说孔位对不上 | Gerber 和钻孔单位不一致 | 两者统一用 mm 或 inch |
| 铺铜没有避让走线 | 网络相同或避让规则未开 | 检查网络属性与铺铜设置 |
| 元件选不中 | 被锁定、过滤器限制、层被隐藏 | 解锁、检查过滤器、按 L 查层 |
| 导入结构图尺寸差 25.4 倍 | 单位选错 | 重新导入并选对单位 |
| Gerber 缺焊盘 | 未勾选包含未连接焊盘 | 重新导出并勾选该选项 |
| 软件打开大板卡死 | 3D 模型过于复杂 | 替换为简化 3D 模型 |
| 开窗区域连锡 | 阻焊开窗离焊盘太近 | 调整开窗位置留足间距 |
6. 几条踩过坑才懂的经验
6.1 线宽和电流:别凭感觉
线宽和电流的关系有现成的经验公式,业内通用的算法是:截面积乘以一个系数再乘温升的幂次。对常见的 1oz 铜厚、允许 10 度温升的外层走线,我把常用线宽和载流能力算出来列在下面,画板的时候直接查表比凭感觉靠谱得多。
| 线宽(外层,1oz,10℃温升) | 大约载流能力 |
|---|---|
| 0.2mm | 0.7A |
| 0.3mm | 1.0A |
| 0.4mm | 1.2A |
| 0.5mm | 1.4A |
| 0.8mm | 2.0A |
| 1.0mm | 2.4A |
| 2.0mm | 4.0A |
内层走线因为夹在板材中间散热差,同样线宽的载流能力大约只有外层的一半,所以内层电源走线要相应加宽,或者用多根线并联、用铺铜代替走线。
回到那个高频问题:0.3mm 的线能过多大电流?按上表,外层大约 1A,内层大约 0.5A。如果你要过大电流,最快的办法不是加宽走线,而是在走线上面再铺一块同网络的铜,或者直接留出开窗区域加焊锡。实际工程里,2A 以上的路径我基本都用铺铜处理,走线只是辅助连接。
顺便说一句,线宽不是越大越好。线太宽占地方,会挤压信号线的空间,还可能把地平面割裂。合理做法是按实际电流分档:信号线走最细的规则宽度,小电流电源线适当加宽,大电流路径用铺铜。
6.2 铜皮里走线怎么避让,铺铜怎么开窗
铜皮里走线的问题,本质是网络归属问题。AD 的铺铜会自动避让所有不属于自己网络的走线,只要你的走线网络设置正确、铺铜的避让规则没关,就不会出现"铜把线短路了"的情况。如果发现没避让,先检查那条走线是不是被误设成了 GND 网络,再检查铺铜属性里的连接方式。
有时候你会希望走线不要被铜皮避让,比如想让某条电源线直接"埋"在铜皮里增强载流能力。做法是把这条线和铜皮设成同一个网络,然后调整铺铜的连接方式,让它对同网络走线采取覆盖而不是避让。这种做法在高电流场景下很常见,但要注意覆盖之后铜皮和走线的连接必须可靠,不能留细缝。
铺铜开窗的操作在第 3.5 节讲过,补充一个实用场景:如果你想让板子背面某个位置可以贴散热片,就在那一块把阻焊开掉,再铺一块铜,形成一个裸露的散热焊盘。开窗的时候要注意,开窗区域的边缘要比铜皮边缘稍微内缩一点,避免铜皮侧壁裸露氧化。
还有一点,铺铜之后一定要重新跑 DRC,这是最后一道保险。铜皮和板边、铜皮和焊盘、铜皮和安装孔之间的间距问题,肉眼看很难发现,DRC 一跑就出来了。
6.3 3D 封装和装配检查
3D 检查这一步,很多新手直接跳过,直到装壳的时候才发现问题。我现在的习惯是布完线必须做一次完整的 3D 检查,重点看三件事。
一是高度干涉。板子上的高元件——电解电容、电感、连接器——在 3D 里能不能放进外壳,有没有顶到上盖。这个靠二维视图完全看不出来。二是元件之间的碰撞。两个大元件挨得太近,实物放上去可能互相顶住,3D 里一眼就能看到。三是接口位置。USB 口、排针、端子的位置和高度,要和外壳开孔对上。
如果你的元件库没有 3D 模型,可以批量给元件补。常用的电阻电容、SOP、SOT 封装,AD 里有对应的简化模型可以快速关联;关键器件去原厂下载 STEP 文件,精确对齐。整个过程大概花一两个小时,但能省掉一次外壳返工,非常值。
导出单个器件的 3D 文件给结构工程师,是另一个高频需求。AD 支持在选中器件后直接导出 STEP,结构那边拿去就能装配验证。这个流程走通一次之后,后面每次改版都用得上。
最后分享一个我自己的小习惯:板子发出去之前,把 PCB 文件另存一份带日期和版本号的备份,同时导出一份 PDF 版的光绘图和装配图。PDF 的好处是任何人不用装 AD 都能打开看,跟同事对图、跟板厂确认工艺,发个 PDF 最快。等板子回来,先目检有没有明显的线路问题,再用万用表量一遍电源和地之间有没有短路,确认没问题再上电。这套流程我做了很多年,虽然看着啰嗦,但确实让我避开了绝大多数低级错误。