在PCB設(shè)計與制造領(lǐng)域中，短路故障無疑是工程師和制造商最頭疼的“頭號殺手”。然而PCB設(shè)計導(dǎo)致的短路究竟如何產(chǎn)生？短路是否能在設(shè)計階段被檢測出來？設(shè)計時如何系統(tǒng)性預(yù)防？本文告訴你答案。

一、探本溯源：PCB設(shè)計階段埋下的雷

案例一：不同網(wǎng)絡(luò)銅皮導(dǎo)通

案例解釋：左側(cè)孔在第二層與電源(-) 網(wǎng)絡(luò)連接，而右側(cè)孔網(wǎng)絡(luò)屬性是電源(+) ，并采用了手動鋪銅的方式進(jìn)行走線，因此電源(+) 與電源(-) 區(qū)域發(fā)生重疊導(dǎo)致短路。

問題根源：

1）未針對電源(+) 與電源(-) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)置差異化安全間距規(guī)則。

2）手動鋪銅時電源(+) 網(wǎng)絡(luò)的銅皮誤覆蓋至電源(-) 網(wǎng)絡(luò)上。

對于手動鋪銅時因操作失誤導(dǎo)致不同網(wǎng)絡(luò)（如電源與地）意外相連的情況，主流EDA工具（如Altium Designer， Cadence， PADS， 嘉立創(chuàng)EDA）一般會根據(jù)設(shè)計規(guī)則（DRC）進(jìn)行報錯。

但在某些特定設(shè)置或操作下，這類問題確實(shí)可能被遺漏，從而不產(chǎn)生報錯：

1）使用錯誤的鋪銅對象，使用“實(shí)心填充 (Fill) ”而非“智能鋪銅 (Polygon Pour) ”，前者會無條件連接覆蓋區(qū)域內(nèi)所有對象，可能導(dǎo)致短路而DRC不會報錯。

2）設(shè)計規(guī)則 (DRC) 設(shè)置不當(dāng)或未開啟“在線DRC”檢查，規(guī)則中的間距 (Clearance) 值設(shè)置過小，使短路間隙未被識別為違規(guī)。

3）使用非電氣對象，錯誤地使用2D線段代替導(dǎo)線進(jìn)行連接，這些對象沒有網(wǎng)絡(luò)屬性，DRC無法檢查，可能導(dǎo)致輸出Gerber時短路。

案例二：不同網(wǎng)絡(luò)過孔重疊

問題根源：左側(cè)過孔在Bottom層與GND網(wǎng)絡(luò)連接，中間過孔在Top層與于VCC網(wǎng)絡(luò)連接，兩孔孔壁位置重疊，導(dǎo)致電源與地通過孔壁直接短路。

案例三：中間層隔離缺失

問題根源：過孔連接不同板層（1、4層），但中間層（2、3層）未做隔離，導(dǎo)致過孔與中間層非同源網(wǎng)絡(luò)銅皮導(dǎo)通。

案例四：安全間距未設(shè)置

問題根源：過孔與導(dǎo)線、銅皮之間未遵循最小間距要求，設(shè)計階段即存在物理連接風(fēng)險，生產(chǎn)后直接形成短路。

案例二、三、四的發(fā)生均是沒有開啟DRC檢查導(dǎo)致的。在Layout設(shè)計階段，只要打開了DRC檢查，并且設(shè)置了最小間距的參數(shù)，不同屬性網(wǎng)絡(luò)之間的信號，不管是線與線、孔與孔、孔與線、孔與鋪銅之間均會報錯，提醒修改，不同EDA設(shè)計軟件可通過下述方式規(guī)避此類短路問題。

二、防患未然：PCB設(shè)計的防護(hù)盾

1、設(shè)計前期：工藝適配與規(guī)則設(shè)置

設(shè)計前需深入了解板廠工藝能力，獲取最小最小線寬/線距、最小焊盤環(huán)寬、最小鉆孔等關(guān)鍵尺寸，且保證設(shè)計規(guī)則必須優(yōu)于或等于板廠的極限能力。

2、布線階段：習(xí)慣規(guī)范與可視化檢查 

1）避免銳角布線：采用鈍角（≥135°）或圓弧過渡設(shè)計，防止蝕刻過程中形成 “酸角” 殘留銅渣，導(dǎo)致相鄰線路短路。

2）科學(xué)使用淚滴：淚滴可強(qiáng)化連接，防止斷裂；但在高密度區(qū)域，需警惕其與其他線路間距不足。

3）高亮網(wǎng)絡(luò)檢查：對電源網(wǎng)絡(luò)（VCC、GND 等）、關(guān)鍵信號網(wǎng)絡(luò)（時鐘信號、差分信號等）啟用高亮顯示功能，逐層切換檢查銅皮覆蓋范圍、走線路徑及網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系，直觀排查非預(yù)期導(dǎo)通風(fēng)險。

3、規(guī)則驗證：DRC檢查與DFM分析

1）DRC檢查：

安全間距規(guī)則：覆蓋所有網(wǎng)絡(luò)對象組合（線-線、線-焊盤、焊盤-焊盤、孔-孔、孔-銅皮等），根據(jù)網(wǎng)絡(luò)類型設(shè)置差異化最小間距值。

過孔專項規(guī)則：制定Via to Via間距規(guī)則，明確不同孔徑過孔的最小間距要求，杜絕過孔重疊或過近導(dǎo)致的短路。

2）DFM分析

可使用DFM（可制造性分析）軟件（如免費(fèi)的華秋DFM）對設(shè)計源文件或者Gerber文件進(jìn)行二次分析，這類工具檢查角度不同，有時能發(fā)現(xiàn)新問題。

預(yù)防PCB設(shè)計中的短路問題，不能僅依賴最后一刻的DRC檢查，而應(yīng)建立一個貫穿始終的系統(tǒng)工程，將規(guī)則驅(qū)動、習(xí)慣約束與人工驗證三者結(jié)合，盡可能的規(guī)避短路風(fēng)險。