每位工程师都应该知道的PCB设计规则：40+基本准则（2025年版）

PCB 设计规则是每块成功板子的基础。它们决定了您的设计能否正确制造、可靠运行以及符合行业标准。在这份综合指南中，我们将涵盖每位工程师都应该知道的 40 多条基本规则 - 从 IPC-2221 间距表到实用的 DRC 设置。

1. 为什么设计规则很重要

根据 NCAB Group 的数据，提交给制造商的 Gerber 数据包中有超过 30% 包含问题 - 包括设计规则冲突、信息不明确和规范矛盾。这些错误会导致：

生产延迟 - 与制造商反复沟通以澄清问题
板子失败 - 违反约束导致的制造缺陷
信号完整性问题 - 串扰、反射和 EMI 失效
可靠性问题 - 由于间距不足导致的早期现场故障
成本增加 - 重新设计、返工和加急运输

专业提示

在最终确定设计规则之前，请务必咨询您的 PCB 制造商了解其特定能力。像嘉立创这样的标准制造商有文档化的规格，但能力各不相同。使用他们的规则作为最小值，而不是目标值。

2. IPC-2221 间距标准

IPC-2221 是国际公认的 PCB 设计标准，由 IPC（国际电子工业联接协会）发布。它根据电压、层类型和环境条件定义最小导体间距。

2.1 裸板最小间距 (表 6-1)

电压 (V)	内层	外层未涂覆	保形涂覆
0-15V	0.05mm (2 mil)	0.1mm (4 mil)	0.05mm (2 mil)
16-30V	0.05mm (2 mil)	0.1mm (4 mil)	0.05mm (2 mil)
31-50V	0.1mm (4 mil)	0.6mm (24 mil)	0.13mm (5 mil)
51-100V	0.1mm (4 mil)	0.6mm (24 mil)	0.13mm (5 mil)
101-150V	0.2mm (8 mil)	0.6mm (24 mil)	0.4mm (16 mil)
151-250V	0.2mm (8 mil)	1.25mm (50 mil)	0.4mm (16 mil)
251-300V	0.2mm (8 mil)	1.25mm (50 mil)	0.4mm (16 mil)
301-500V	0.25mm (10 mil)	2.5mm (100 mil)	0.8mm (32 mil)

2.2 间距与爬电距离

理解两者的区别对于安全合规性至关重要：

间距 (Clearance)

两个导体之间通过空气测量的最短距离。对于防止电压尖峰期间的电弧闪络至关重要。

爬电距离 (Creepage)

导体之间沿 PCB 表面测量的最短距离。对于防止污染导致的电痕化至关重要。

重要提示

对于高压设计 (>500V)，外层未涂覆导体使用公式：间距 = 2.5mm + (V-500) × 0.005mm。像 IEC 62368-1 这样的安全标准可能需要更严格的值。

3. 走线宽度和间距规则

3.1 按应用分类的最小走线宽度

应用	最小宽度	备注
标准信号走线	0.15mm (6 mil)	大多数制造商安全范围
细间距 BGA 扇出	0.1mm (4 mil)	需要先进制造工艺
电源走线 (1A @ 10°C 温升)	0.5mm (20 mil)	1oz 铜，外层
电源走线 (3A @ 10°C 温升)	1.5mm (60 mil)	1oz 铜，外层
主电源轨 (5-10A)	2.5mm (100 mil)+	或使用铜皮/平面

3.2 信号间距的 3W 规则

对于数字信号，3W 规则可防止平行走线之间的串扰：

走线间距 = 3 × 走线宽度

示例：20 mil 走线 → 60 mil 中心到中心间距

对于关键信号，使用 5W 规则，或对敏感模拟信号使用 10W 以实现更好的隔离。

3.3 布线方向规则

2 层板

• 顶层：水平布线
• 底层：垂直布线
• 最小化交叉和过孔
• 底层使用大面积接地铺铜

4 层以上板

• 信号层交替使用水平/垂直
• 专用接地层 (L2)
• 专用电源层 (L3)
• 参考平面减少 EMI

4. 过孔和环形圈要求

4.1 过孔尺寸规格

过孔类型	钻孔直径	焊盘直径	环形圈
标准 (2 层)	0.3mm (12 mil)	0.6mm (24 mil)	0.15mm (6 mil)
标准 (4 层以上)	0.2mm (8 mil)	0.45mm (18 mil)	0.125mm (5 mil)
微过孔 (HDI)	0.1mm (4 mil)	0.25mm (10 mil)	0.075mm (3 mil)
IPC Class 3	按设计	按设计	0.05mm (2 mil) 最小

4.2 环形圈计算

环形圈 = (焊盘直径 - 钻孔直径) ÷ 2

示例：0.6mm 焊盘配 0.3mm 钻孔 = 0.15mm 环形圈

良好过孔

钻孔居中，环形圈均匀

相切

钻孔边缘接触焊盘边缘

破坏

钻孔延伸超出焊盘

制造公差

PCB 制造商通常有 ±0.075mm (3 mil) 钻孔对准公差。设计时使用更大的环形圈 (0.15mm+) 以考虑这种变化并确保可靠连接。

4.3 过孔电流承载能力

对于大电流连接使用多个过孔。单个 0.3mm 过孔配 1oz 铜可以安全承载约 1A。对于电源连接：

3A 电源走线：使用 3-4 个并联过孔
5A+ 电源连接：使用过孔阵列或更大的过孔 (0.5mm+)
IC 下方散热过孔：在 1mm 网格上使用 0.3mm 过孔进行散热

5. 元件放置规则

5.1 放置优先级顺序

固定/机械元件 - 连接器、安装孔、开关
大型 IC 和处理器 - 居中放置以便于布线
电源元件 - 稳压器、电感靠近输入电源
去耦电容 - IC 电源引脚 3-5mm 范围内
晶振 - 尽可能靠近 MCU 时钟引脚
其余无源元件 - 按功能分组，方向一致

5.2 元件间距规则

元件类型	最小间距	推荐
SMD 到 SMD	0.2mm (8 mil)	0.3mm+ (12 mil+)
SMD 到边缘	0.3mm (12 mil)	0.5mm+ (20 mil+)
THT 到 THT	0.5mm (20 mil)	1mm+ (40 mil+)
发热元件	2mm (80 mil)	5mm+ (200 mil+)

5.3 元件方向规则

应该做

✓ 所有 IC 朝向相同方向
✓ 极性电容对齐一致
✓ 相关元件组合在一起
✓ 所有 SMD 放在同一侧（如果可能）
✓ 清晰标记第 1 脚 / 极性

不应该做

✗ 将 SMD 放在通孔焊盘后面
✗ 将高元件放在板边缘附近
✗ 用元件阻挡散热路径
✗ 将测试点放在 IC 下方
✗ 忽略组装面板方向

6. 电源和接地设计规则

6.1 电源分配规则

尽可能使用专用电源平面（4 层以上板）
绝不串联电源 - 使用星形或分布式拓扑
主电源轨：5-10A 最小 100 mils (2.5mm) 走线宽度
电源过孔：平面连接使用多个过孔，特别是在负载附近
大容量电容：放置在电源入口点 (10-100µF)

6.2 接地平面规则

接地平面设计检查清单

☐ 连续接地平面（最小化分割）
☐ 每个 IC 接地引脚附近有接地过孔
☐ 板边缘周围过孔缝合
☐ 无信号走线跨越接地分割

☐ 所有信号短回流路径
☐ 分离模拟/数字接地（如需要）
☐ 模数单点接地连接
☐ 未使用区域接地填充

6.3 去耦电容规则

IC 类型	电容值	到引脚的距离	接地过孔
低速逻辑	100nF	<5mm	电容旁边
MCU / FPGA	100nF + 10nF	<3mm	每个电容一个过孔
高速数字	100nF + 10nF + 1nF	<2mm	共享过孔阵列
RF / 精密模拟	按数据手册	<1mm	直接到平面

7. 信号完整性规则

7.1 何时考虑传输线

任何长于 λ/10（信号波长的十分之一）的 PCB 走线都应被视为传输线：

临界长度 = 上升时间 × 0.15 × c

其中 c ≈ 150mm/ns（在 FR4 上，速度因子 ~0.5）

上升时间	临界长度	示例
5ns	75mm	标准逻辑
1ns	15mm	快速 CMOS
0.2ns	3mm	DDR3/4, USB 3.0

7.2 阻抗控制规则

接口	阻抗	类型	公差
USB 2.0	90Ω 差分	差分对	±10%
USB 3.0/3.1	90Ω 差分	差分对	±10%
HDMI	100Ω 差分	差分对	±10%
Ethernet (RGMII)	100Ω 差分	差分对	±10%
DDR3/DDR4	40-60Ω 单端	单端	±10%
PCIe	85Ω 差分	差分对	±15%

7.3 长度匹配规则

差分对：彼此匹配在 5 mils (0.127mm) 以内
DDR 数据总线：彼此匹配在 ±25 mils 以内，与时钟匹配在 ±50 mils 以内
DDR 地址/命令：与时钟匹配在 ±25 mils 以内
使用蛇形布线：匹配长度时蛇形间隙最小为 3× 走线宽度

8. EMI/EMC 设计规则

8.1 EMI 减少规则

回路面积减少

• 保持信号和回流路径靠近
• 使用接地平面作为回流路径
• 最小化过孔转换
• 时钟信号优先布线，最短

屏蔽和滤波

• 外层接地填充
• 板边缘周围过孔缝合
• 噪声电源线上的铁氧体磁珠
• I/O 连接器的 LC 滤波器

8.2 关键 EMI 规则

绝不在分割平面上布线信号 - 造成阻抗不连续并辐射 EMI
避免 90° 走线拐角 - 使用 45° 角或曲线走线（减少反射和 EMI）
保持时钟走线短 - 时钟信号是 #1 EMI 源
添加接地保护走线 - 围绕敏感模拟信号以及数字/模拟之间
使用连续接地平面 - 每个断裂都是潜在的 EMI 天线

EMC 测试提示

在您的设计中为可选的 EMI 屏蔽保留焊盘。如果 EMC 测试发现问题，您可以添加金属屏蔽罩而无需重新设计板子。

9. 设计规则检查 (DRC) 要点

DRC（设计规则检查）会自动根据预定义约束验证您的布局。在设计过程始终运行 DRC，而不仅仅是在最后。

9.1 关键 DRC 类别

类别	检查的规则	影响
间距	走线到走线、走线到焊盘、焊盘到焊盘	制造/短路
宽度	最小走线宽度、颈缩	制造/开路
环形圈	过孔/焊盘环尺寸、钻孔公差	连接可靠性
连通性	未连接的网络、未布线的连接	功能性
平面	平面到平面间距、铜碎片	信号完整性
丝印	与焊盘重叠、最小文字大小	组装清晰度

9.2 需要修复的常见 DRC 错误

间距违规

两个导体距离太近。通过增加间距或重新布线来修复。

未连接引脚

网络需要连接但引脚悬空。布线连接或验证有意 NC。

丝印覆盖焊盘

丝印与裸露铜重叠。移动文字或添加阻焊间距。

网络跨越间隙

高速信号跨越平面分割。重新布线或添加缝合过孔。

10. 面向制造的设计 (DFM) 规则

10.1 阻焊规则

参数	最小值	推荐值
阻焊间距（扩展）	0.05mm (2 mil)	0.075mm (3 mil)
焊盘间阻焊桥	0.1mm (4 mil)	0.15mm (6 mil)
阻焊到板边缘	0.25mm (10 mil)	0.5mm (20 mil)

10.2 丝印规则

最小线宽：0.15mm (6 mil) - 更细可能无法清晰打印
最小文字高度：0.8mm (32 mil) - 更小难以阅读
到焊盘的间距：0.15mm (6 mil) 最小
使用粗体字体：细笔画在打印过程中会消失
标记第 1 脚和极性：对组装至关重要

10.3 热风焊盘规则

对连接到铜平面的通孔焊盘应用热风焊盘：

通孔元件：波峰焊接始终使用热风焊盘
SMD 到平面连接：回流焊可选，推荐用于手工焊接
辐条宽度：0.2-0.3mm (8-12 mil) 典型
间隙宽度：0.2-0.25mm (8-10 mil) 典型

11. 完整设计规则检查清单

布局前检查清单

☐ 与制造商确定叠层
☐ 设置走线宽度/间距规则
☐ 配置过孔尺寸和类型
☐ 定义网络类别（电源、信号、高速）
☐ 设置阻抗要求

☐ 按电压配置间距规则
☐ 定义元件间距规则
☐ 设置阻焊和丝印规则
☐ 启用 DRC 并运行初始检查
☐ 审查机械约束

布局后检查清单

☐ 运行最终 DRC - 零错误
☐ 验证所有网络已连接
☐ 检查电源/接地平面完整性
☐ 验证去耦电容放置
☐ 验证差分对布线
☐ 检查长度匹配要求

☐ 检查阻焊开口
☐ 验证丝印清晰度
☐ 根据需要添加测试点
☐ 检查基准点放置
☐ 生成并验证 Gerber
☐ 订购前在 Gerber 查看器中审查

12. 常见问题

嘉立创的最小走线宽度是多少？

嘉立创支持 2 层板 1oz 铜最小走线宽度 5 mil (0.127mm)，4 层以上板 4 mil (0.1mm)。但是，推荐使用 6 mil (0.15mm) 以获得更好的良率和可靠性。

如何计算电流承载能力的走线宽度？

使用 IPC-2152 公式或走线宽度计算器。对于 1oz 铜外层和 10°C 温升：低电流大约每安培 10 mils，非线性增加。对于 3A，使用约 40-50 mils；对于 5A，使用约 80-100 mils。

IPC Class 2 和 Class 3 有什么区别？

Class 2 用于专用服务电子产品（计算机、通用商业）。Class 3 用于高可靠性电子产品（医疗、军事、航空航天）。Class 3 对环形圈（最小 2 mil）、导体宽度和检查标准有更严格的要求。

我应该使用 45° 还是 90° 走线拐角？

始终使用 45°（倒角）或曲线拐角。虽然 90° 拐角在大多数频率下不会造成重大信号完整性问题，但它们被认为是不良做法，在蚀刻过程中可能造成酸阱，并略微增加 EMI。

去耦电容应该离 IC 多近？

尽可能近 - 理想情况下在电源引脚的 2-3mm 范围内。电容和引脚之间的走线电感应该最小化。将电容的接地引脚最靠近接地过孔放置。

什么是过孔缝合，何时应该使用？

过孔缝合使用过孔阵列连接不同层上的接地平面。在板边缘周围（最高频率波长的 1/20）、敏感电路周围以及分割接地区域之间使用它来减少 EMI 并改善接地回流路径。

如何处理混合模拟/数字接地？

对于简单设计，使用单一实心接地平面并保持模拟/数字电路物理分离。对于敏感模拟，使用在电源入口附近单点连接的独立接地区域。绝不要在模拟接地上布数字信号，反之亦然。

何时应该使用 4 层而不是 2 层？

当您的设计有高速信号（>25MHz）、需要受控阻抗、EMI 是一个问题、布线拥挤或需要专用电源/接地平面时，考虑使用 4 层。成本差异很小（原型数量约 5-10 美元）。

结论

掌握 PCB 设计规则对于创建可靠、可制造的板子至关重要。本指南中的规则 - 从 IPC-2221 间距标准到 DFM 最佳实践 - 代表了数十年的行业经验。持续应用这些规则，在整个设计过程中运行 DRC 检查，并始终验证制造商的具体能力。

记住：良好的设计规则可以防止代价高昂的错误。前期花时间设置适当的约束可以节省指数级更多的调试、返工和制造问题时间。