在本文中，MacroFab 的首席 EE 和聯合創始人 Parker Dillman 介紹了如何為制造和組裝做好最好的 PCB 設計準備。

這是一種常見的情況：您是一名硬件開發人員，并且您的下一個產品的最后期限迫在眉睫。一個糟糕的原型 PCB 將使項目延遲數周，您需要降低這種風險。第一次正確組裝PCB、快速且沒有問題是至關重要的。

為了盡量減少這些潛在問題，我編制了一些提示列表，以幫助您準備下一個原型以進行制造。

仔細檢查足跡和包裝

確保封裝與組件的封裝相匹配是避免制造掛起的第一種方法。考慮到一些組件已經變得多么小，以及像 BGA 組件這樣的封裝觸點，現在以 1:1 的比例在紙上打印出你的 PCB，然后覆蓋你的部件的老式方法只到現在為止。

仔細檢查封裝上的尺寸是否與您的設計單位（mm 或 mil）相匹配。

一些元件制造商不友善，將元件的機械布局繪制成從底部看透明的PCB。請務必注意這一點。

圖 1. 采用 QFN20 封裝的 Silicon Labs EFM8UB10F8G。將 EDA 工具中繪制的布局與數據表中的著陸模式進行比較。

如果您的 EDA 工具可以繪制投影線和尺寸線，則可能值得以與組件數據表中的機械圖相匹配的方式測量您的足跡。驗證數據表的測量單位和您的足跡。

這也是檢查原理圖符號和組件封裝之間映射的好時機。穩壓器引出線、分立 MOSFET 和晶體管通常很容易翻轉。

具有極性的組件應檢查其封裝，以確保清楚地標記極性標記。這包括 IC 引腳一標記、二極管陰極標記和極化電容器標記。

圖 2. CREE LED 上引腳 1 的標記。

選擇大量經過測試的零件替代品

當關鍵部件不可用且沒有經過預先測試和批準的替代品時，通常會出現生產延遲。如果某個部件具有可行的替代品，但處于電路或產品的關鍵路徑中，我強烈建議您在投入生產之前構建原型并測試每個替代品。這降低了將來切換到替代部件時所涉及的風險。

圖 3. Mouser 上標記為 NRND 或不推薦用于新設計的壽命終止部件

如果您有沒有任何直接替代品的獨特零件（微控制器、專用傳感器等），請檢查零件制造時的零件壽命。制造商會將計劃停產的組件標記為“不推薦用于新設計”。

通常，制造商保證制造零件的固定壽命，并在零件壽命終止 （EoL） 時通知用戶。確保您需要的零件在產品的生產壽命結束之前都可用，以幫助防止成本高昂的產品重新設計。

利用預先認證的無線電模塊

如果您的產品使用藍牙或 WiFi，請考慮使用預先認證的無線電模塊。這些模塊是預先設計和封裝的系統，保證可以使用相關的 FCC 識別號正確運行。使用預先認證的無線電模塊增加了正常運行的無線系統的機會，也將減少未能通過 FCC 和 CE 無線電發射合規性測試的可能性。

考慮您的無線天線布局

如果您認為在 PCB 上滾動無線連接所節省的成本是值得的，那么天線的 PCB 布局至關重要。對于大多數無線連接部件（收發器），制造商的數據表中會有推薦的布局。遵循推薦的布局很可能是您通往成功的最快途徑。

在進行 PCB 布局時需要注意一些事項。首先，收發器和天線之間的阻抗必須匹配。其次，收發器的數據表應該包含更多關于選擇合適的天線、設計調諧濾波器以及實現最佳性能所需的正確阻抗的詳細信息。

如果您設計自己的無線連接，我強烈建議您對您的產品進行預一致性測試。預合規性測試有望發現您的設計中存在的任何明顯問題。在時鐘、振蕩器和傳輸頻譜中尋找目標范圍內的頻率諧波。

不要忘記去耦電容

電氣元件需要穩定的電壓源，并且應該在 PCB 上靠近每個有源元件的地方安裝去耦電容器。去耦電容在盡可能靠近組件的電源引腳時效果最佳。

對于具有多個電源引腳的較大組件，您可能需要在每個電源引腳處使用去耦電容器。傳感器、ADC 和 FPGA 等功率敏感部件可能還需要包括接地引腳的去耦電容。去耦電容應與電源和組件串聯，因為這樣可以提高電容的性能。

使用適當的走線寬度和間距保護您的電路板

大電流走線的尺寸必須適當，以確保它們不會燒壞您的 PCB。我建議使用在線走線寬度計算器進行計算。電路板外部的走線可以處理比內部更多的電流，因為外部走線更容易散發產生的熱量。為了降低熱量，請嘗試將走線寬度計算器上的溫升指定為 10C。但是，如果您沒有足夠的空間放置這么寬的跡線，那么對于大多數應用來說，20oC 的溫升應該沒問題。

如果您無法將走線布線得足夠寬，則可能需要使用更厚的銅重量，這將增加電流容量。但是，增加銅的重量厚度可能會導致設計規則檢查 （DRC） 出現最小的走線寬度和間距問題，因此請務必考慮到這一點。通常隨著銅重量的增加而變厚將需要更大的走線寬度和空間，并增加每 PCB 單價的價格。

一個經常被忽視的問題是確保高壓跡線彼此充分隔離。如果您的產品連接到電源電壓，您需要確保電壓不會跨越氣隙并短路。

選擇正確的電源穩壓器路由

嵌入式系統中的穩壓器主要有兩種類型：線性穩壓器和開關穩壓器。每種類型都有不同的 PCB 布局和布線指南。

使用線性穩壓器

線性穩壓器吸收多余的電壓并將其轉換為廢熱。這是低效的，但線性穩壓器通常只需要外部電容器即可正常運行，并且噪聲低于開關穩壓器。有兩件事要確保正確使用線性穩壓器：

考慮您的電容器選擇。請遵循制造商關于用于繞過穩壓器的電容器的類型、值和位置的指南。通常，電容器應盡可能靠近穩壓器的輸入和輸出引腳。

照顧好熱量。一般來說，這意味著確保您為調節器選擇的封裝可以處理您將產生的熱量，并且您的布局可以支持它。銅澆注和通過縫合將成為您的朋友。如果銅澆注量不夠大，則需要散熱器。

使用開關穩壓器

開關穩壓器比線性穩壓器更有效，但設計起來更復雜。通常，開關穩壓器不會出現熱量問題，但您需要仔細選擇組件以確保開關穩壓器正常工作。開關穩壓器也更容易產生不需要的電磁場 （EMF） 并導致產品在 FCC/CE 合規階段出現故障。

嚴格遵循 制造商推薦的布局。這些布局已經過測試，可以正常工作。

保持切換器的反饋回路盡可能小。這將降低 EMF 和寄生電阻、電感和電容。

密切注意您的開關穩壓器輸出電容器 ESR 和 ESL 額定值。在尋找組件時，開關穩壓器的數據表通常會告訴您在哪里設置值。

對于設計切換器，我喜歡使用Texas Instruments Webench。它為您所需的規格生成多種設計，并為您提供正確設計開關器所需的電感器和電容器的零件編號。

包括大型銅跡線和澆注的熱釋放

通過將焊盤連接到銅跡線或使用較小的窄跡線而不是直接連接來澆注，可以創建具有散熱功能的銅焊盤。熱釋放減少了將組件焊接到焊盤的熱負荷。由于銅散熱太快，這減少了冷焊點的機會。

您應該注意通過散熱區域的電流負載。如果這些設計太窄，您最終可能會使用單向保險絲。

優化您的 SMT 裝配設計

當您使用盡可能多的 SMT 組件時，生產成本和裝配時間都會受到積極影響。如果連接器僅在產品組裝期間進行接口連接（例如在產品組裝期間連接內部鋰電池），則可以創建 SMT 連接器。

有時需要通孔部件。與人接觸的連接器應幾乎始終是通孔的，以防止在操作過程中強行移除部件。使用通孔零件時，請與您的合同制造商合作，了解您需要在零件周圍留出多少空間來優化波峰焊或選擇性焊接。如果其他組件太靠近通孔觸點，合同制造商可能不得不手工焊接連接器，從而減慢您的組裝過程并增加成本。

仔細檢查您的設計規則檢查

仔細檢查您的設計規則檢查可能是此列表中最重要的項目。請與您的制造商核實他們的設計規則。大多數制造商都有不同級別的縮放設計規則。如果你能擺脫更大、更標準的設計規則，你應該這樣做。

在將您的設計文件發送給您的制造商之前，我建議您最后一次運行您的 DRC 并檢查以下事項：

運行設計規則檢查 （DRC）

檢查連接和路線

使用您的 EDA 工具的“airwires”或“rat lines”直觀地顯示信號網絡上哪些部件焊盤相互連接

更新日期代碼、PCB 版本控制或元數據的任何絲印文本