TG180 PCB線路板工廠,剛?cè)峤Y(jié)合板

基材	銅	層數(shù)	多面
絕緣層厚度	常規(guī)板	絕緣材料	有機樹脂
絕緣樹脂	環(huán)氧樹脂（EP）	阻燃特性	VO板

TG180 PCB線路板工廠,剛?cè)峤Y(jié)合板

軟硬結(jié)合板的優(yōu)缺點：
軟硬結(jié)合板，就是柔性線路板與硬性線路板，經(jīng)過壓合等工序，按相關(guān)工藝要求組合在一起，形成的具有FPC特性與PCB特性的線路板。
因為軟硬結(jié)合板是FPC與PCB的組合，軟硬結(jié)合板的生產(chǎn)應(yīng)同時具備FPC生產(chǎn)設(shè)備與PCB生產(chǎn)設(shè)備。
首先，由電子工程師根據(jù)需求畫出軟性結(jié)合板的線路與外形，然后，下發(fā)到可以生產(chǎn)軟硬結(jié)合板的工廠，經(jīng)過CAM工程師對相關(guān)文件進行處理、規(guī)劃，然后安排FPC產(chǎn)線生產(chǎn)所需FPC、PCB產(chǎn)線生產(chǎn)PCB，這兩款軟板與硬板出來后，按照電子工程師的規(guī)劃要求，將FPC與PCB經(jīng)過壓合機無縫壓合，再經(jīng)過一系列細節(jié)環(huán)節(jié)，最終就制成了軟硬結(jié)合板。

很重要的一個環(huán)節(jié)，應(yīng)為軟硬結(jié)合板難度大，細節(jié)問題多，在出貨之前，一般都要進行全檢，因其價值比較高，以免讓供需雙方造成相關(guān)利益損失。

優(yōu)點：軟硬結(jié)合板同時具備FPC的特性與PCB的特性，因此，它可以用于一些有特殊要求的產(chǎn)品之中，既有一定的撓性區(qū)域，也有一定的剛性區(qū)域，對節(jié)省產(chǎn)品內(nèi)部空間，減少成品體積，提高產(chǎn)品性能有很大的幫助。

缺點：軟硬結(jié)合板生產(chǎn)工序繁多，生產(chǎn)難度大，良品率較低，所投物料、人力較多，因此，其價格比較貴，生產(chǎn)周期比較長。

高速PCB設(shè)計指南之一
第一篇 PCB布線

在PCB設(shè)計中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計的重要步驟，可以說前面的準備工作都是為它而做的，在整個PCB中，以布線的設(shè)計過程限定最高，技巧最細、工作量最大。PCB布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動布線及交互式布線，在自動布線之前，可以用交互式預先對要求比較嚴格的線進行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。
自動布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預先設(shè)定，包括走線的彎曲次數(shù)、導通孔的數(shù)目、步進的數(shù)目等。一般先進行探索式布線，快速地把短線連通，然后進行迷宮式布線，先把要布的連線進行全局的布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要斷開已布的線。并試著重新再布線，以改進總體效果。
對目前高密度的PCB設(shè)計已感覺到貫通孔不太適應(yīng)了，它浪費了許多寶貴的布線通道，為解決這一矛盾，出現(xiàn)了盲孔和埋孔技術(shù)，它不僅完成了導通孔的作用，還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便，更加流暢，更為完善，PCB 板的設(shè)計過程是一個復雜而又簡單的過程，要想很好地掌握它，還需廣大電子工程設(shè)計人員去自已體會，才能得到其中的真諦。
1 電源、地線的處理
既使在整個PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產(chǎn)品的性能下降，有時甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對電、地線的布線要認真對待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
對每個從事電子產(chǎn)品設(shè)計的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產(chǎn)生的原因，現(xiàn)只對降低式抑制噪音作以表述：
（1）、眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。
（2）、盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線＞電源線＞信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3mm,最細寬度可達0.05～0.07mm,電源線為1.2～2.5mm
對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路, 即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用)
（3）、用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用?；蚴亲龀啥鄬影?，電源，地線各占用一層。


2 數(shù)字電路與模擬電路的共地處理
現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路（數(shù)字或模擬電路），而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。
數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整人PCB對外界只有一個結(jié)點，所以必須在PCB內(nèi)部進行處理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）。數(shù)字地與模擬地有一點短接，請注意，只有一個連接點。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計來決定。
3 信號線布在電（地）層上
在多層印制板布線時，由于在信號線層沒有布完的線剩下已經(jīng)不多，再多加層數(shù)就會造成浪費也會給生產(chǎn)增加一定的工作量，成本也相應(yīng)增加了，為解決這個矛盾，可以考慮在電（地）層上進行布線。首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層。因為最好是保留地層的完整性。


4 大面積導體中連接腿的處理
在大面積的接地（電）中，常用元器件的腿與其連接，對連接腿的處理需要進行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤與銅面滿接為好，但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤，稱之為熱隔離（heat shield）俗稱熱焊盤（Thermal），這樣，可使在焊接時因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點的可能性大大減少。多層板的接電（地）層腿的處理相同。

5 布線中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用
在許多CAD系統(tǒng)中，布線是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過密，通路雖然有所增加，但步進太小，圖場的數(shù)據(jù)量過大，這必然對設(shè)備的存貯空間有更高的要求，同時也對象計算機類電子產(chǎn)品的運算速度有極大的影響。而有些通路是無效的，如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定位孔所占用的等。網(wǎng)格過疏，通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來支持布線的進行。
標準元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)一般就定為0.1英寸(2.54mm)或小于0.1英寸的整倍數(shù)，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

6 設(shè)計規(guī)則檢查（DRC）
布線設(shè)計完成后，需認真檢查布線設(shè)計是否符合設(shè)計者所制定的規(guī)則，同時也需確認所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查有如下幾個方面：

（1）、線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。
（2）、電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合（低的波阻抗）？在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。
（3）、對于關(guān)鍵的信號線是否采取了最佳措施，如長度最短，加保護線，輸入線及輸出線被明顯地分開。
（4）、模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨立的地線。
（5）后加在PCB中的圖形（如圖標、注標）是否會造成信號短路。
（6）對一些不理想的線形進行修改。
（7）、在PCB上是否加有工藝線？阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質(zhì)量。
（8）、多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。

高速PCB設(shè)計指南之三
第三篇 高速PCB設(shè)計

（一）、電子系統(tǒng)設(shè)計所面臨的挑戰(zhàn)

　　隨著系統(tǒng)設(shè)計復雜性和集成度的大規(guī)模提高，電子系統(tǒng)設(shè)計師們正在從事100MHZ以上的電路設(shè)計，總線的工作頻率也已經(jīng)達到或者超過50MHZ，有的甚至超過100MHZ。目前約50% 的設(shè)計的時鐘頻率超過50MHz，將近20% 的設(shè)計主頻超過120MHz。
　　當系統(tǒng)工作在50MHz時，將產(chǎn)生傳輸線效應(yīng)和信號的完整性問題；而當系統(tǒng)時鐘達到120MHz時，除非使用高速電路設(shè)計知識，否則基于傳統(tǒng)方法設(shè)計的PCB將無法工作。因此，高速電路設(shè)計技術(shù)已經(jīng)成為電子系統(tǒng)設(shè)計師必須采取的設(shè)計手段。只有通過使用高速電路設(shè)計師的設(shè)計技術(shù)，才能實現(xiàn)設(shè)計過程的可控性。


（二）、什么是高速電路

　　通常認為如果數(shù)字邏輯電路的頻率達到或者超過45MHZ~50MHZ，而且工作在這個頻率之上的電路已經(jīng)占到了整個電子系統(tǒng)一定的份量（比如說１／３），就稱為高速電路。
　　實際上，信號邊沿的諧波頻率比信號本身的頻率高，是信號快速變化的上升沿與下降沿（或稱信號的跳變）引發(fā)了信號傳輸?shù)姆穷A期結(jié)果。因此，通常約定如果線傳播延時大于1/2數(shù)字信號驅(qū)動端的上升時間，則認為此類信號是高速信號并產(chǎn)生傳輸線效應(yīng)。
信號的傳遞發(fā)生在信號狀態(tài)改變的瞬間，如上升或下降時間。信號從驅(qū)動端到接收端經(jīng)過一段固定的時間，如果傳輸時間小于1/2的上升或下降時間，那么來自接收端的反射信號將在信號改變狀態(tài)之前到達驅(qū)動端。反之，反射信號將在信號改變狀態(tài)之后到達驅(qū)動端。如果反射信號很強，疊加的波形就有可能會改變邏輯狀態(tài)。
（三）、高速信號的確定

　　上面我們定義了傳輸線效應(yīng)發(fā)生的前提條件，但是如何得知線延時是否大于1/2驅(qū)動端的信號上升時間？一般地，信號上升時間的典型值可通過器件手冊給出，而信號的傳播時間在PCB設(shè)計中由實際布線長度決定。下圖為信號上升時間和允許的布線長度(延時)的對應(yīng)關(guān)系?！?br /> PCB 板上每單位英寸的延時為 0.167ns.。但是，如果過孔多，器件管腳多，網(wǎng)線上設(shè)置的約束多，延時將增大。通常高速邏輯器件的信號上升時間大約為0.2ns。如果板上有GaAs芯片，則最大布線長度為7.62mm。
設(shè)Tr為信號上升時間， Tpd 為信號線傳播延時。如果Tr≥4Tpd，信號落在安全區(qū)域。如果2Tpd≥Tr≥4Tpd，信號落在不確定區(qū)域。如果Tr≤2Tpd，信號落在問題區(qū)域。對于落在不確定區(qū)域及問題區(qū)域的信號，應(yīng)該使用高速布線方法。

（四）、什么是傳輸線

PCB板上的走線可等效為下圖所示的串聯(lián)和并聯(lián)的電容、電阻和電感結(jié)構(gòu)。串聯(lián)電阻的典型值0.25-0.55 ohms/foot，因為絕緣層的緣故，并聯(lián)電阻阻值通常很高。將寄生電阻、電容和電感加到實際的PCB連線中之后，連線上的最終阻抗稱為特征阻抗Zo。線徑越寬，距電源/地越近，或隔離層的介電常數(shù)越高，特征阻抗就越小。如果傳輸線和接收端的阻抗不匹配，那么輸出的電流信號和信號最終的穩(wěn)定狀態(tài)將不同，這就引起信號在接收端產(chǎn)生反射，這個反射信號將傳回信號發(fā)射端并再次反射回來。隨著能量的減弱反射信號的幅度將減小，直到信號的電壓和電流達到穩(wěn)定。這種效應(yīng)被稱為振蕩，信號的振蕩在信號的上升沿和下降沿經(jīng)?？梢钥吹?。



（五）、傳輸線效應(yīng)

基于上述定義的傳輸線模型，歸納起來，傳輸線會對整個電路設(shè)計帶來以下效應(yīng)。
· 反射信號Reflected signals
· 延時和時序錯誤Delay & Timing errors
· 多次跨越邏輯電平門限錯誤False Switching
· 過沖與下沖Overshoot/Undershoot
· 串擾Induced Noise (or crosstalk)
· 電磁輻射EMI radiation

5.1 反射信號
　　如果一根走線沒有被正確終結(jié)(終端匹配)，那么來自于驅(qū)動端的信號脈沖在接收端被反射，從而引發(fā)不預期效應(yīng)，使信號輪廓失真。當失真變形非常顯著時可導致多種錯誤，引起設(shè)計失敗。同時，失真變形的信號對噪聲的敏感性增加了，也會引起設(shè)計失敗。如果上述情況沒有被足夠考慮，EMI將顯著增加，這就不單單影響自身設(shè)計結(jié)果，還會造成整個系統(tǒng)的失敗。
反射信號產(chǎn)生的主要原因：過長的走線；未被匹配終結(jié)的傳輸線，過量電容或電感以及阻抗失配。


5.2 延時和時序錯誤
　　信號延時和時序錯誤表現(xiàn)為：信號在邏輯電平的高與低門限之間變化時保持一段時間信號不跳變。過多的信號延時可能導致時序錯誤和器件功能的混亂。
　　通常在有多個接收端時會出現(xiàn)問題。電路設(shè)計師必須確定最壞情況下的時間延時以確保設(shè)計的正確性。信號延時產(chǎn)生的原因：驅(qū)動過載，走線過長。

5.3 多次跨越邏輯電平門限錯誤
信號在跳變的過程中可能多次跨越邏輯電平門限從而導致這一類型的錯誤。多次跨越邏輯電平門限錯誤是信號振蕩的一種特殊的形式，即信號的振蕩發(fā)生在邏輯電平門限附近，多次跨越邏輯電平門限會導致邏輯功能紊亂。反射信號產(chǎn)生的原因：過長的走線，未被終結(jié)的傳輸線，過量電容或電感以及阻抗失配。

5.4 過沖與下沖
過沖與下沖來源于走線過長或者信號變化太快兩方面的原因。雖然大多數(shù)元件接收端有輸入保護二極管保護，但有時這些過沖電平會遠遠超過元件電源電壓范圍，損壞元器件。

5.5 串擾
　　串擾表現(xiàn)為在一根信號線上有信號通過時，在PCB板上與之相鄰的信號線上就會感應(yīng)出相關(guān)的信號，我們稱之為串擾。
　　信號線距離地線越近，線間距越大，產(chǎn)生的串擾信號越小。異步信號和時鐘信號更容易產(chǎn)生串擾。因此解串擾的方法是移開發(fā)生串擾的信號或屏蔽被嚴重干擾的信號。
5.6 電磁輻射
EMI(Electro-Magnetic Interference)即電磁干擾，產(chǎn)生的問題包含過量的電磁輻射及對電磁輻射的敏感性兩方面。EMI表現(xiàn)為當數(shù)字系統(tǒng)加電運行時，會對周圍環(huán)境輻射電磁波，從而干擾周圍環(huán)境中電子設(shè)備的正常工作。它產(chǎn)生的主要原因是電路工作頻率太高以及布局布線不合理。目前已有進行 EMI仿真的軟件工具，但EMI仿真器都很昂貴，仿真參數(shù)和邊界條件設(shè)置又很困難，這將直接影響仿真結(jié)果的準確性和實用性。最通常的做法是將控制EMI的各項設(shè)計規(guī)則應(yīng)用在設(shè)計的每一環(huán)節(jié)，實現(xiàn)在設(shè)計各環(huán)節(jié)上的規(guī)則驅(qū)動和控制。


（六）、避免傳輸線效應(yīng)的方法
針對上述傳輸線問題所引入的影響，我們從以下幾方面談?wù)効刂七@些影響的方法。

6.1 嚴格控制關(guān)鍵網(wǎng)線的走線長度
　　如果設(shè)計中有高速跳變的邊沿，就必須考慮到在PCB板上存在傳輸線效應(yīng)的問題?，F(xiàn)在普遍使用的很高時鐘頻率的快速集成電路芯片更是存在這樣的問題。解決這個問題有一些基本原則：如果采用CMOS或TTL電路進行設(shè)計，工作頻率小于10MHz，布線長度應(yīng)不大于7英寸。工作頻率在50MHz布線長度應(yīng)不大于1.5英寸。如果工作頻率達到或超過75MHz布線長度應(yīng)在1英寸。對于GaAs芯片最大的布線長度應(yīng)為0.3英寸。如果超過這個標準，就存在傳輸線的問題。

6.2 合理規(guī)劃走線的拓撲結(jié)構(gòu)
　　解決傳輸線效應(yīng)的另一個方法是選擇正確的布線路徑和終端拓撲結(jié)構(gòu)。走線的拓撲結(jié)構(gòu)是指一根網(wǎng)線的布線順序及布線結(jié)構(gòu)。當使用高速邏輯器件時，除非走線分支長度保持很短，否則邊沿快速變化的信號將被信號主干走線上的分支走線所扭曲。通常情形下，PCB走線采用兩種基本拓撲結(jié)構(gòu)，即菊花鏈(Daisy Chain)布線和星形(Star)分布。
　　對于菊花鏈布線，布線從驅(qū)動端開始，依次到達各接收端。如果使用串聯(lián)電阻來改變信號特性，串聯(lián)電阻的位置應(yīng)該緊靠驅(qū)動端。在控制走線的高次諧波干擾方面，菊花鏈走線效果最好。但這種走線方式布通率最低，不容易100%布通。實際設(shè)計中，我們是使菊花鏈布線中分支長度盡可能短，安全的長度值應(yīng)該是：Stub Delay <= Trt *0.1.
　　例如，高速TTL電路中的分支端長度應(yīng)小于1.5英寸。這種拓撲結(jié)構(gòu)占用的布線空間較小并可用單一電阻匹配終結(jié)。但是這種走線結(jié)構(gòu)使得在不同的信號接收端信號的接收是不同步的。
　　星形拓撲結(jié)構(gòu)可以有效的避免時鐘信號的不同步問題，但在密度很高的PCB板上手工完成布線十分困難。采用自動布線器是完成星型布線的最好的方法。每條分支上都需要終端電阻。終端電阻的阻值應(yīng)和連線的特征阻抗相匹配。這可通過手工計算，也可通過CAD工具計算出特征阻抗值和終端匹配電阻值。　

　　在上面的兩個例子中使用了簡單的終端電阻，實際中可選擇使用更復雜的匹配終端。第一種選擇是RC匹配終端。RC匹配終端可以減少功率消耗，但只能使用于信號工作比較穩(wěn)定的情況。這種方式最適合于對時鐘線信號進行匹配處理。其缺點是RC匹配終端中的電容可能影響信號的形狀和傳播速度。
　　串聯(lián)電阻匹配終端不會產(chǎn)生額外的功率消耗，但會減慢信號的傳輸。這種方式用于時間延遲影響不大的總線驅(qū)動電路?！　〈?lián)電阻匹配終端的優(yōu)勢還在于可以減少板上器件的使用數(shù)量和連線密度。
　　最后一種方式為分離匹配終端，這種方式匹配元件需要放置在接收端附近。其優(yōu)點是不會拉低信號，并且可以很好的避免噪聲。典型的用于TTL輸入信號(ACT,HCT, FAST)。
　　此外，對于終端匹配電阻的封裝型式和安裝型式也必須考慮。通常SMD表面貼裝電阻比通孔元件具有較低的電感，所以SMD封裝元件成為首選。如果選擇普通直插電阻也有兩種安裝方式可選：垂直方式和水平方式。
　　垂直安裝方式中電阻的一條安裝管腳很短，可以減少電阻和電路板間的熱阻，使電阻的熱量更加容易散發(fā)到空氣中。但較長的垂直安裝會增加電阻的電感。水平安裝方式因安裝較低有更低的電感。但過熱的電阻會出現(xiàn)漂移，在最壞的情況下電阻成為開路，造成PCB走線終結(jié)匹配失效，成為潛在的失敗因素。

6.3 抑止電磁干擾的方法
　　很好地解決信號完整性問題將改善PCB板的電磁兼容性(EMC)。其中非常重要的是保證PCB板有很好的接地。對復雜的設(shè)計采用一個信號層配一個地線層是十分有效的方法。此外，使電路板的最外層信號的密度最小也是減少電磁輻射的好方法，這種方法可采用"表面積層"技術(shù)"Build-up"設(shè)計制做PCB來實現(xiàn)。表面積層通過在普通工藝 PCB 上增加薄絕緣層和用于貫穿這些層的微孔的組合來實現(xiàn)，電阻和電容可埋在表層下，單位面積上的走線密度會增加近一倍，因而可降低 PCB的體積。PCB面積的縮小對走線的拓撲結(jié)構(gòu)有巨大的影響，這意味著縮小的電流回路，縮小的分支走線長度，而電磁輻射近似正比于電流回路的面積；同時小體積特征意味著高密度引腳封裝器件可以被使用，這又使得連線長度下降，從而電流回路減小，提高電磁兼容特性。

6.4 其它可采用技術(shù)
　　為減小集成電路芯片電源上的電壓瞬時過沖，應(yīng)該為集成電路芯片添加去耦電容。這可以有效去除電源上的毛刺的影響并減少在印制板上的電源環(huán)路的輻射。
　　當去耦電容直接連接在集成電路的電源管腿上而不是連接在電源層上時，其平滑毛刺的效果最好。這就是為什么有一些器件插座上帶有去耦電容，而有的器件要求去耦電容距器件的距離要足夠的小。
　　任何高速和高功耗的器件應(yīng)盡量放置在一起以減少電源電壓瞬時過沖。
　　如果沒有電源層，那么長的電源連線會在信號和回路間形成環(huán)路，成為輻射源和易感應(yīng)電路。
　　走線構(gòu)成一個不穿過同一網(wǎng)線或其它走線的環(huán)路的情況稱為開環(huán)。如果環(huán)路穿過同一網(wǎng)線其它走線則構(gòu)成閉環(huán)。兩種情況都會形成天線效應(yīng)(線天線和環(huán)形天線)。天線對外產(chǎn)生EMI輻射，同時自身也是敏感電路。閉環(huán)是一個必須考慮的問題，因為它產(chǎn)生的輻射與閉環(huán)面積近似成正比。

結(jié)束語
　　　　高速電路設(shè)計是一個非常復雜的設(shè)計過程。本文所闡述的方法就是專門針對解決這些高速電路設(shè)計問題的。此外，在進行高速電路設(shè)計時有多個因素需要加以考慮，這些因素有時互相對立。如高速器件布局時位置靠近，雖可以減少延時，但可能產(chǎn)生串擾和顯著的熱效應(yīng)。因此在設(shè)計中，需權(quán)衡各因素，做出全面的折衷考慮；既滿足設(shè)計要求，又降低設(shè)計復雜度。高速PCB設(shè)計手段的采用構(gòu)成了設(shè)計過程的可控性，只有可控的，才是可靠的，也才能是成功的！

高精密度(HDI板)電路板的耐熱性介紹

HDI板的耐熱性能是HDI可靠性能中重要的一個項目，HDI板的板厚變得越來越薄，對其耐熱性能的要求也越來越高。無鉛化進程的推進，也提高了HDI板耐熱性能的要求，而且由于HDI板在層結(jié)構(gòu)等方面不同于普通多層通孔PCB板，因此HDI板的耐熱性能與普通多層通孔PCB板相比有所不同，一階HDI板典型結(jié)構(gòu)。HDI板的耐熱性能缺陷主要是爆板和分層。到目前為止，根據(jù)多種材料以及多款HDI板的耐熱性能測試的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)HDI板發(fā)生爆板機率最大的區(qū)域是密集埋孔的上方以及大銅面的下方區(qū)域。

耐熱性是指PCB抵抗在焊接過程中產(chǎn)生的熱機械應(yīng)力的能力， PCB在耐熱性能測試中發(fā)生分層的機制一般包括以下幾種：

1) 測試樣品內(nèi)部不同材料在溫度變化時，膨脹和收縮性能不同而在樣品內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)部熱機械應(yīng)力，從而導致裂縫和分層的產(chǎn)生。

2) 測試樣品內(nèi)部的微小缺陷(包括空洞，微裂紋等)，是熱機械應(yīng)力集中所在，起到應(yīng)力的放大器的作用。在樣品內(nèi)部應(yīng)力的作用下，更加容易導致裂縫或分層的產(chǎn)生。

3) 測試樣品中揮發(fā)性物質(zhì)(包括有機揮發(fā)成分和水)，在高溫和劇烈溫度變化時，急劇膨脹產(chǎn)生巨大的內(nèi)部蒸汽壓力，當膨脹的蒸汽壓力到達測試樣品內(nèi)部的微小缺陷(包括空洞，微裂紋等)時，微小缺陷對應(yīng)的放大器作用就會導致分層。

HDI板容易在密集埋孔的上方發(fā)生分層，這是由于HDI板在埋孔分布區(qū)域特殊的結(jié)構(gòu)所導致的。有無埋孔區(qū)域的應(yīng)力分析如下表1。無埋孔區(qū)域(結(jié)構(gòu)1)在耐熱性能測試受熱膨脹時，在同一平面上各個位置的Z方向的膨脹量都是均勻的，因此不會存在由于結(jié)構(gòu)的差異造成的應(yīng)力集中區(qū)域。當區(qū)域中設(shè)計有埋孔且埋孔鉆在基材面上(結(jié)構(gòu)2)時，在埋孔與埋孔之間的A-A截面上，由于基材沒有收到埋孔在Z方向的約束，因而膨脹量較大，而在埋孔和焊盤所在的B-B截面上，由于基材受到埋孔在Z方向的約束，因而膨脹量較小，這三處膨脹量的差異，在埋孔焊盤與HDI介質(zhì)和塞孔樹脂交界處和附近區(qū)域造成應(yīng)力集中，從而比較容易形成裂縫和分層。

HDI板容易在外層大銅面的下方發(fā)生分層，這是由于在貼裝和焊接時，PCB受熱，揮發(fā)性物質(zhì)(包括有機揮發(fā)成分和水)急劇膨脹，外層大銅面阻擋了揮發(fā)性物質(zhì)(包括有機揮發(fā)成分和水)的及時逸出，因此產(chǎn)生巨大的內(nèi)部蒸汽壓力，當膨脹的蒸汽壓力到達測試樣品內(nèi)部的微小缺陷(包括空洞，微裂紋等)時，微小缺陷對應(yīng)的放大器作用就會導致分層。

超實用的高頻PCB電路設(shè)計70問答 之二
21.在電路板尺寸固定的情況下，如果設(shè)計中需要容納更多的功能，就往往需要提高 PCB 的走線密度，但是這樣有可能導致走線的相互干擾增強，同時走線過細也使阻抗無法降低，請專家介紹在高速（>100MHz）高密度 PCB 設(shè)計中的技巧?

在設(shè)計高速高密度 PCB 時，串擾(crosstalk interference)確實是要特別注意的，因為它對時序(timing)與信號完整性(signal integrity)有很大的影響。以下提供幾個注意的地方：

控制走線特性阻抗的連續(xù)與匹配。

走線間距的大小。一般?？吹降拈g距為兩倍線寬?？梢酝高^仿真來知道走線間距對時序及信號完整性的影響，找出可容忍的最小間距。不同芯片信號的結(jié)果可能不同。

選擇適當?shù)亩私臃绞健?br />
避免上下相鄰兩層的走線方向相同，甚至有走線正好上下重疊在一起，因為這種串擾比同層相鄰走線的情形還大。



利用盲埋孔(blind/buried via)來增加走線面積。但是 PCB 板的制作成本會增加。在實際執(zhí)行時確實很難達到完全平行與等長，不過還是要盡量做到。

除此以外，可以預留差分端接和共模端接，以緩和對時序與信號完整性的影響。

22.電路板 DEBUG 應(yīng)從那幾個方面著手？

就數(shù)字電路而言，首先先依序確定三件事情： 1. 確認所有電源值的大小均達到設(shè)計所需。有些多重電源的系統(tǒng)可能會要求某些電源之間起來的順序與快慢有某種規(guī)范。 2. 確認所有時鐘信號頻率都工作正常且信號邊緣上沒有非單調(diào)(non-monotonic)的問題。3. 確認 reset 信號是否達到規(guī)范要求。 這些都正常的話，芯片應(yīng)該要發(fā)出第一個周期(cycle)的信號。接下來依照系統(tǒng)運作原理與 bus protocol 來 debug。

23、濾波時選用電感，電容值的方法是什么？

電感值的選用除了考慮所想濾掉的噪聲頻率外，還要考慮瞬時電流的反應(yīng)能力。如 果 LC 的輸出端會有機會需要瞬間輸出大電流，則電感值太大會阻礙此大電流流經(jīng)此電感的速度，增加紋波噪聲(ripple noise)。電容值則和所能容忍的紋波噪聲規(guī)范值的大小有關(guān)。紋波噪聲值要求越小，電容值會較大。而電容的ESR/ESL 也會有影響。另外，如果這 LC 是放在開關(guān)式電源(switching regulation power)的輸出端時，還要注意此 LC 所產(chǎn)生的極點零點(pole/zero)對負反饋控制(negative feedback control)回路穩(wěn)定度的影響。

24、模擬電源處的濾波經(jīng)常是用 LC 電路。但是為什么有時 LC 比 RC 濾波效果差？

LC與 RC濾波效果的比較必須考慮所要濾掉的頻帶與電感值的選擇是否恰當。因為電感的感抗(reactance)大小與電感值和頻率有關(guān)。如果電源的噪聲頻率較低，而電感值又不夠大，這時濾波效果可能不如 RC。但是，使用 RC 濾波要付出的代價是電阻本身會耗能，效率較差，且要注意所選電阻能承受的功率。

25、如何盡可能的達到 EMC 要求，又不致造成太大的成本壓力？

PCB 板上會因 EMC 而增加的成本通常是因增加地層數(shù)目以增強屏蔽效應(yīng)及增加了 ferrite bead、choke等抑制高頻諧波器件的緣故。除此之外，通常還是需搭配其它機構(gòu)上的屏蔽結(jié)構(gòu)才能使整個系統(tǒng)通過 EMC的要求。以下僅就 PCB 板的設(shè)計技巧提供幾個降低電路產(chǎn)生的電磁輻射效應(yīng)。

盡可能選用信號斜率(slew rate)較慢的器件，以降低信號所產(chǎn)生的高頻成分。

注意高頻器件擺放的位置，不要太靠近對外的連接器。

注意高速信號的阻抗匹配，走線層及其回流電流路徑(return current path)， 以減少高頻的反射與輻射。


在各器件的電源管腳放置足夠與適當?shù)娜ヱ詈想娙菀跃徍碗娫磳雍偷貙由系脑肼?。特別注意電容的頻率響應(yīng)與溫度的特性是否符合設(shè)計所需。



對外的連接器附近的地可與地層做適當分割，并將連接器的地就近接到 chassis ground。

可適當運用 ground guard/shunt traces 在一些特別高速的信號旁。但要注意 guard/shunt traces 對走線特性阻抗的影響。

電源層比地層內(nèi)縮 20H，H 為電源層與地層之間的距離。

超實用的高頻PCB電路設(shè)計70問答 之四

36、對于全數(shù)字信號的 PCB，板上有一個 80MHz 的鐘源。除了采用絲網(wǎng)（接地）外，為了保證有足夠的驅(qū)動能力，還應(yīng)該采用什么樣的電路進行保護？

確保時鐘的驅(qū)動能力，不應(yīng)該通過保護實現(xiàn)，一般采用時鐘驅(qū)動芯片。一般擔心時鐘驅(qū)動能力，是因為多個時鐘負載造成。采用時鐘驅(qū)動芯片，將一個時鐘信號變成幾個，采用點到點的連接。選擇驅(qū)動芯片，除了保證與負載基本匹配，信號沿滿足要求（一般時鐘為沿有效信號），在計算系統(tǒng)時序時，要算上時鐘在驅(qū)動芯片內(nèi)時延。

37、如果用單獨的時鐘信號板，一般采用什么樣的接口，來保證時鐘信號的傳輸受到的影響??？

時鐘信號越短，傳輸線效應(yīng)越小。采用單獨的時鐘信號板，會增加信號布線長度。而且單板的接地供電也是問題。如果要長距離傳輸，建議采用差分信號。LVDS 信號可以滿足驅(qū)動能力要求，不過您的時鐘不是太快，沒有必要。

38、27M,SDRAM 時鐘線（80M-90M），這些時鐘線二三次諧波剛好在 VHF 波段，從接收端高頻竄入后干擾很大。除了縮短線長以外，還有那些好辦法？

如果是三次諧波大，二次諧波小，可能因為信號占空比為 50%，因為這種情況下，信號沒有偶次諧波。這時需要修改一下信號占空比。此外，對于如果是單向的時鐘信號，一般采用源端串聯(lián)匹配。這樣可以抑制二次反射，但不會影響時鐘沿速率。源端匹配值，可以采用下圖公式得到。

39、什么是走線的拓撲架構(gòu)？

Topology,有的也叫 routing order.對于多端口連接的網(wǎng)絡(luò)的布線次序。

40、怎樣調(diào)整走線的拓撲架構(gòu)來提高信號的完整性？

這種網(wǎng)絡(luò)信號方向比較復雜，因為對單向，雙向信號，不同電平種類信號，拓樸影響都不一樣，很難說哪種拓樸對信號質(zhì)量有利。而且作前仿真時，采用何種拓樸對工程師要求很高，要求對電路原理，信號類型，甚至布線難度等都要了解。

41、怎樣通過安排疊層來減少 EMI 問題？

首先，EMI 要從系統(tǒng)考慮，單憑 PCB 無法解決問題。層迭對 EMI 來講，我認為主要是提供信號最短回流路徑，減小耦合面積，抑制差模干擾。另外地層與電源層緊耦合，適當比電源層外延，對抑制共模干擾有好處。



42、為何要鋪銅？

一般鋪銅有幾個方面原因。１，EMC.對于大面積的地或電源鋪銅，會起到屏蔽作用，有些特殊地，如 PGND 起到防護作用。２，PCB 工藝要求。一般為了保證電鍍效果，或者層壓不變形，對于布線較少的PCB 板層鋪銅。３，信號完整性要求，給高頻數(shù)字信號一個完整的回流路徑，并減少直流網(wǎng)絡(luò)的布線。當然還有散熱，特殊器件安裝要求鋪銅等等原因。

43、在一個系統(tǒng)中，包含了dsp和 pld，請問布線時要注意哪些問題呢？

看你的信號速率和布線長度的比值。如果信號在傳輸在線的時延和信號變化沿時間可比的話，就要考慮信號完整性問題。另外對于多個 DSP，時 鐘，數(shù)據(jù) 信號走線拓普也會影響信號質(zhì)量和時序，需要關(guān)注。

44、除 protel 工具布線外，還有其他好的工具嗎？

至于工具，除了 PROTEL，還有很多布線工具，如 MENTOR 的 WG2000,EN2000 系列和 powerpcb，Cadence 的 allegro，zuken 的 cadstar,cr5000 等，各有所長。

45、什么是“信號回流路徑”？

信號回流路徑,即 return current。高速數(shù)字信號在傳輸時，信號的流向是從驅(qū)動器沿 PCB 傳輸線到負載，再由負載沿著地或電源通過最短路徑返回驅(qū)動器端。這個在地或電源上的返回信號就稱信號回流路徑。Dr.Johson 在他的書中解釋，高頻信號傳輸，實際上是對傳輸線與直流層之間包夾的介質(zhì)電容充電的過程。SI 分析的就是這個圍場的電磁特性，以及他們之間的耦合。

46、如何對接插件進行SI分析？

在 IBIS3.2 規(guī)范中，有關(guān)于接插件模型的描述。一般使用 EBD 模型。如果是特殊板，如背板，需要SPICE 模型。也可以使用多板仿真軟件（HYPERLYNX 或 IS_multiboard），建立多板系統(tǒng)時，輸入接插件的分布參數(shù)，一般從接插件手冊中得到。當然這種方式會不夠精確，但只要在可接受范圍內(nèi)即可。

47、請問端接的方式有哪些？

端接（terminal）,也稱匹配。一般按照匹配位置分有源端匹配和終端匹配。其中源端匹配一般為電阻串聯(lián)匹配，終端匹配一般為并聯(lián)匹配，方式比較多，有電阻上拉，電阻下拉，戴維南匹配，AC 匹配，肖特基二極管匹配。

48、采用端接（匹配）的方式是由什么因素決定的？

匹配采用方式一般由 BUFFER 特性，拓普情況，電平種類和判決方式來決定，也要考慮信號占空比，系統(tǒng)功耗等。

49、采用端接（匹配）的方式有什么規(guī)則？

數(shù)字電路最關(guān)鍵的是時序問題，加匹配的目的是改善信號質(zhì)量，在判決時刻得到可以確定的信號。對于電平有效信號，在保證建立、保持時間的前提下，信號質(zhì)量穩(wěn)定；對延有效信號，在保證信號延單調(diào)性前提下，信號變化延速度滿足要求。Mentor ICX 產(chǎn)品教材中有關(guān)于匹配的一些資料。另外《High Speed Digital design a hand book of blackmagic》有一章專門對 terminal 的講述，從電磁波原理上講述匹配對信號完整性的作用，可供參考。

50、能否利用器件的 IBIS 模型對器件的邏輯功能進行仿真？如果不能，那么如何進行電路的板級和系統(tǒng)級仿真？

IBIS 模型是行為級模型，不能用于功能仿真。功能仿真，需要用 SPICE 模型，或者其他結(jié)構(gòu)級模型。