盲埋孔電路板

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

盲埋孔電路板

高速PCB設(shè)計(jì)指南之一
第一篇 PCB布線

在PCB設(shè)計(jì)中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，可以說(shuō)前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的，在整個(gè)PCB中，以布線的設(shè)計(jì)過(guò)程限定最高，技巧最細(xì)、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(dòng)布線及交互式布線，在自動(dòng)布線之前，可以用交互式預(yù)先對(duì)要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)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(shí)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(dòng)布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定，包括走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等。一般先進(jìn)行探索式布線，快速地把短線連通，然后進(jìn)行迷宮式布線，先把要布的連線進(jìn)行全局的布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要斷開(kāi)已布的線。并試著重新再布線，以改進(jìn)總體效果。
對(duì)目前高密度的PCB設(shè)計(jì)已感覺(jué)到貫通孔不太適應(yīng)了，它浪費(fèi)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(dǎo)通孔的作用，還省出許多布線通道使布線過(guò)程完成得更加方便，更加流暢，更為完善，PCB 板的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜而又簡(jiǎn)單的過(guò)程，要想很好地掌握它，還需廣大電子工程設(shè)計(jì)人員去自已體會(huì)，才能得到其中的真諦。
1 電源、地線的處理
既使在整個(gè)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(huì)使產(chǎn)品的性能下降，有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對(duì)電、地線的布線要認(rèn)真對(duì)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(duì)每個(gè)從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程人員來(lái)說(shuō)都明白地線與電源線之間噪音所產(chǎn)生的原因，現(xiàn)只對(duì)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(hào)線，通常信號(hào)線寬為：0.2～0.3mm,最細(xì)寬度可達(dá)0.05～0.07mm,電源線為1.2～2.5mm
對(duì)數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路, 即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來(lái)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(méi)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(shí)就需要考慮它們之間互相干擾問(wèn)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(qiáng)，對(duì)信號(hào)線來(lái)說(shuō)，高頻的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，對(duì)地線來(lái)說(shuō)，整人PCB對(duì)外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，所以必須在PCB內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問(wèn)題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開(kāi)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(diǎn)短接，請(qǐng)注意，只有一個(gè)連接點(diǎn)。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)決定。
3 信號(hào)線布在電（地）層上
在多層印制板布線時(shí)，由于在信號(hào)線層沒(méi)有布完的線剩下已經(jīng)不多，再多加層數(shù)就會(huì)造成浪費(fèi)也會(huì)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(gè)矛盾，可以考慮在電（地）層上進(jìn)行布線。首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層。因?yàn)樽詈檬潜Ａ舻貙拥耐暾浴?br />

4 大面積導(dǎo)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(duì)連接腿的處理需要進(jìn)行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤(pán)與銅面滿接為好，但對(duì)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(diǎn)。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤(pán)，稱(chēng)之為熱隔離（heat shield）俗稱(chēng)熱焊盤(pán)（Thermal），這樣，可使在焊接時(shí)因截面過(guò)分散熱而產(chǎn)生虛焊點(diǎn)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(guò)密，通路雖然有所增加，但步進(jìn)太小，圖場(chǎng)的數(shù)據(jù)量過(guò)大，這必然對(duì)設(shè)備的存貯空間有更高的要求，同時(shí)也對(duì)象計(jì)算機(jī)類(lèi)電子產(chǎn)品的運(yùn)算速度有極大的影響。而有些通路是無(wú)效的，如被元件腿的焊盤(pán)占用的或被安裝孔、定位孔所占用的等。網(wǎng)格過(guò)疏，通路太少對(duì)布通率的影響極大。所以要有一個(gè)疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來(lái)支持布線的進(jìn)行。
標(biāo)準(zhǔn)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(jì)規(guī)則檢查（DRC）
布線設(shè)計(jì)完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則，同時(shí)也需確認(rèn)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(gè)方面：

（1）、線與線，線與元件焊盤(pán)，線與貫通孔，元件焊盤(pán)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(duì)于關(guān)鍵的信號(hào)線是否采取了最佳措施，如長(zhǎng)度最短，加保護(hù)線，輸入線及輸出線被明顯地分開(kāi)。
（4）、模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨(dú)立的地線。
（5）后加在PCB中的圖形（如圖標(biāo)、注標(biāo)）是否會(huì)造成信號(hào)短路。
（6）對(duì)一些不理想的線形進(jìn)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(biāo)志是否壓在器件焊盤(pán)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。

陶瓷PCB電路板有什么優(yōu)勢(shì)呢？
1.為什么要選擇陶瓷電路板？
陶瓷基板，由于散熱性能、載流能力、絕緣性、熱膨脹系數(shù)等，都要大大優(yōu)于普通的玻璃纖維PCB板材，從而被廣泛應(yīng)用于大功率電力電子模塊、航空航天、軍工電子等產(chǎn)品上。
普通PCB通常是由銅箔和基板粘合而成，而基板材質(zhì)大多數(shù)為玻璃纖維（FR-4），酚醛樹(shù)脂（FR-3）等材質(zhì)，粘合劑通常是酚醛、環(huán)氧等。在PCB加工過(guò)程中由于熱應(yīng)力、化學(xué)因素、生產(chǎn)工藝不當(dāng)?shù)仍颍蛘呤窃谠O(shè)計(jì)過(guò)程中由于兩面鋪銅不對(duì)稱(chēng)，很容易導(dǎo)致PCB板發(fā)生不同程度的翹曲。

與普通的PCB使用粘合劑把銅箔和基板粘合在一起的，陶瓷PCB是在高溫環(huán)境下，通過(guò)鍵合的方式把銅箔和陶瓷基片拼合在一起的，結(jié)合力強(qiáng)，銅箔不會(huì)脫落，可靠性高，在溫度高、濕度大的環(huán)境下性能穩(wěn)定。

2.陶瓷基板的材質(zhì)有哪些？

氮化鋁（AlN）

氮化鋁陶瓷是以氮化鋁粉體為主晶相的陶瓷。相比于氧化鋁陶瓷基板，絕緣電阻、絕緣耐壓更高，介電常數(shù)更低。其熱導(dǎo)率是Al2O3的7~10倍，熱膨脹系數(shù)（CTE）與硅片近似匹配，這對(duì)于大功率半導(dǎo)體芯片至關(guān)重要。在生產(chǎn)工藝上，AlN熱導(dǎo)率受到殘留氧雜質(zhì)含量的影響很大，降低含氧量，可明顯提高熱導(dǎo)率。目前工藝生產(chǎn)水平的熱導(dǎo)率達(dá)到170W/(m·K)以上已不成問(wèn)題。

氧化鋁（Al2O3）

氧化鋁是陶瓷基板中最常用的基板材料，因?yàn)樵跈C(jī)械、熱、電性能上相對(duì)于大多數(shù)其他氧化物陶瓷，強(qiáng)度及化學(xué)穩(wěn)定性高，且原料來(lái)源豐富，適用于各種各樣的技術(shù)制造以及不同的形狀。按含氧化鋁(Al2O3)的百分?jǐn)?shù)不同可分為：75瓷、96瓷、99.5瓷。氧化鋁含有量不同，其電學(xué)性質(zhì)幾乎不受影響，但是其機(jī)械性能及熱導(dǎo)率變化很大。純度低的基板中玻璃相較多，表面粗糙度大。純度越高的基板，越光潔、致密、介質(zhì)損耗越低，但是價(jià)格也越高。

氧化鈹（BeO）

具有比金屬鋁還高的熱導(dǎo)率，應(yīng)用于需要高熱導(dǎo)的場(chǎng)合，溫度超過(guò)300℃后迅速降低，但是由于其毒性限制了自身的發(fā)展。

綜合以上原因，可以知道，氧化鋁陶瓷由于比較優(yōu)越的綜合性能，在微電子、功率電子、混合微電子、功率模塊等領(lǐng)域還是處于主導(dǎo)地位的。

對(duì)比了市面上相同尺寸（100mm×100mm×1mm）、不同材料的陶瓷基板價(jià)格：96%氧化鋁9.5元，99%氧化鋁18元，氮化鋁150元，氧化鈹650元，可以看出來(lái)不同的基板價(jià)格差距也比較大。


3.陶瓷PCB的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)？

優(yōu)點(diǎn)：
載流量大，100A電流連續(xù)通過(guò)1mm0.3mm厚銅體，溫升約17℃；100A電流連續(xù)通過(guò)2mm0.3mm厚銅體，溫升僅5℃左右；

更好的散熱性能，低熱膨脹系數(shù)，形狀穩(wěn)定，不易變形翹曲。

絕緣性好，耐壓高，保障人身安全和設(shè)備。

結(jié)合力強(qiáng)，采用鍵合技術(shù)，銅箔不會(huì)脫落。

可靠性高，在溫度高、濕度大的環(huán)境下性能穩(wěn)定

缺點(diǎn)：
易碎，這是最主要的一個(gè)缺點(diǎn)，這也就導(dǎo)致只能制作小面積的電路板。

價(jià)格貴， 電子產(chǎn)品的要求規(guī)則越來(lái)越多，陶瓷電路板還是用在一些比較高端的產(chǎn)品上面，低端的產(chǎn)品根本不會(huì)使用到。

超實(shí)用的高頻PCB電路設(shè)計(jì)70問(wèn)答之三

26、當(dāng)一塊 PCB 板中有多個(gè)數(shù)/模功能塊時(shí)，常規(guī)做法是要將數(shù)/模地分開(kāi)，原因何在？

將數(shù)/模地分開(kāi)的原因是因?yàn)閿?shù)字電路在高低電位切換時(shí)會(huì)在電源和地產(chǎn)生噪聲，噪聲的大小跟信號(hào)的速度及電流大小有關(guān)。如果地平面上不分割且由數(shù)字區(qū)域電路所產(chǎn)生的噪聲較大而模擬區(qū)域的電路又非常接近，則即使數(shù)模信號(hào)不交叉，模擬的信號(hào)依然會(huì)被地噪聲干擾。也就是說(shuō)數(shù)模地不分割的方式只能在模擬電路區(qū)域距產(chǎn)生大噪聲的數(shù)字電路區(qū)域較遠(yuǎn)時(shí)使用。

27、另一種作法是在確保數(shù)/模分開(kāi)布局，且數(shù)/模信號(hào)走線相互不交叉的情況下，整個(gè) PCB板地不做分割，數(shù)/模地都連到這個(gè)地平面上。道理何在？

數(shù)模信號(hào)走線不能交叉的要求是因?yàn)樗俣壬钥斓臄?shù)字信號(hào)其返回電流路徑(return current path)會(huì)盡量沿著走線的下方附近的地流回?cái)?shù)字信號(hào)的源頭，若數(shù)模信號(hào)走線交叉，則返回電流所產(chǎn)生的噪聲便會(huì)出現(xiàn)在模擬電路區(qū)域內(nèi)。

28、在高速 PCB 設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，如何考慮阻抗匹配問(wèn)題？

在設(shè)計(jì)高速 PCB 電路時(shí)，阻抗匹配是設(shè)計(jì)的要素之一。而阻抗值跟走線方式有絕對(duì)的關(guān)系，例如是走在表面層(microstrip)或內(nèi)層(stripline/double stripline)，與參考層(電源層或地層)的距離，走線寬度，PCB材質(zhì)等均會(huì)影響走線的特性阻抗值。也就是說(shuō)要在布線后才能確定阻抗值。一般仿真軟件會(huì)因線路模型或所使用的數(shù)學(xué)算法的**而無(wú)法考慮到一些阻抗不連續(xù)的布線情況，這時(shí)候在原理圖上只能預(yù)留一些terminators(端接)，如串聯(lián)電阻等，來(lái)緩和走線阻抗不連續(xù)的效應(yīng)。真正根本解決問(wèn)題的方法還是布線時(shí)盡量注意避免阻抗不連續(xù)的發(fā)生。

29、哪里能提供比較準(zhǔn)確的 IBIS 模型庫(kù)？

IBIS 模型的準(zhǔn)確性直接影響到仿真的結(jié)果?；旧?IBIS 可看成是實(shí)際芯片 I/O buffer 等效電路的電氣特性數(shù)據(jù)，一般可由 SPICE 模型轉(zhuǎn)換而得 ，而 SPICE 的數(shù)據(jù)與芯片制造有絕對(duì)的關(guān)系，所以同樣一個(gè)器件不同芯片廠商提供，其 SPICE 的數(shù)據(jù)是不同的，進(jìn)而轉(zhuǎn)換后的 IBIS 模型內(nèi)之?dāng)?shù)據(jù)也會(huì)隨之而異。也就是說(shuō)，如果用了 A 廠商的器件，只有他們有能力提供他們器件準(zhǔn)確模型數(shù)據(jù)，因?yàn)闆](méi)有其它人會(huì)比他們更清楚他們的器件是由何種工藝做出來(lái)的。如果廠商所提供的 IBIS 不準(zhǔn)確，只能不斷要求該廠商改進(jìn)才是根本解決之道。

30、在高速 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)該從那些方面去考慮 EMC、EMI 的規(guī)則呢？

一般 EMI/EMC 設(shè)計(jì)時(shí)需要同時(shí)考慮輻射(radiated)與傳導(dǎo)(conducted)兩個(gè)方面. 前者歸屬于頻率較高的部分(>30MHz)后者則是較低頻的部分(<30MHz). 所以不能只注意高頻而忽略低頻的部分。一個(gè)好的EMI/EMC 設(shè)計(jì)必須一開(kāi)始布局時(shí)就要考慮到器件的位置， PCB 疊層的安排, 重要聯(lián)機(jī)的走法, 器件的選擇等, 如果這些沒(méi)有事前有較佳的安排, 事后解決則會(huì)事倍功半, 增加成本.。



例如時(shí)鐘產(chǎn)生器的位置盡量不要靠近對(duì)外的連接器, 高速信號(hào)盡量走內(nèi)層并注意特性阻抗匹配與參考層的連續(xù)以減少反射， 器件所推的信號(hào)之斜率(slew rate)盡量小以減低高頻成分，選擇去耦合(decoupling/bypass)電容時(shí)注意其頻率響應(yīng)是否符合需求以降低電源層噪聲。另外, 注意高頻信號(hào)電流之回流路徑使其回路面積盡量小(也就是回路阻抗loop impedance 盡量小)以減少輻射。還可以用分割地層的方式以控制高頻噪聲的范圍. 最后, 適當(dāng)?shù)倪x擇PCB 與外殼的接地點(diǎn)(chassis ground)。

31、如何選擇 EDA 工具？

目前的 pcb 設(shè)計(jì)軟件中，熱分析都不是強(qiáng)項(xiàng)，所以并不建議選用，其它的功能 1.3.4 可以選擇 PADS或 Cadence 性能價(jià)格比都不錯(cuò)。 PLD 的設(shè)計(jì)的初學(xué)者可以采用 PLD 芯片廠家提供的集成環(huán)境，在做到百萬(wàn)門(mén)以上的設(shè)計(jì)時(shí)可以選用單點(diǎn)工具。

32、請(qǐng)推薦一種適合于高速信號(hào)處理和傳輸?shù)?EDA 軟件。

常規(guī)的電路設(shè)計(jì)，INNOVEDA 的 PADS 就非常不錯(cuò)，且有配合用的仿真軟件，而這類(lèi)設(shè)計(jì)往往占據(jù)了 70%的應(yīng)用場(chǎng)合。在做高速電路設(shè)計(jì)，模擬和數(shù)字混合電路，采用 Cadence 的解決方案應(yīng)該屬于性能價(jià)格比較好的軟件，當(dāng)然 Mentor 的性能還是非常不錯(cuò)的，特別是它的設(shè)計(jì)流程管理方面應(yīng)該是最為優(yōu)秀的。（大唐電信技術(shù)專(zhuān)家 王升）

33、對(duì) PCB 板各層含義的解釋

Topoverlay ----頂層器件名稱(chēng)， 也叫 top silkscreen 或者 top component legend, 比如 R1 C5,

IC10.bottomoverlay----同理 multilayer-----如果你設(shè)計(jì)一個(gè) 4 層板，你放置一個(gè) free pad or via, 定義它作為multilay 那么它的 pad 就會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)在 4 個(gè)層 上，如果你只定義它是 top layer, 那么它的 pad 就會(huì)只出現(xiàn)在頂層上。



34、2G 以上高頻 PCB 設(shè)計(jì)，走線,排版,應(yīng)重點(diǎn)注意哪些方面？

2G 以上高頻 PCB 屬于射頻電路設(shè)計(jì)，不在高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)討論范圍內(nèi)。而 射頻電路的布局（layout)和布線（routing)應(yīng)該和原理圖一起考慮的，因?yàn)椴季植季€都會(huì)造成分布效應(yīng)。而且，射頻電路設(shè)計(jì)一些無(wú)源器件是通過(guò)參數(shù)化定義，特殊形狀銅箔實(shí)現(xiàn)，因此要求 EDA 工具能夠提供參數(shù)化器件，能夠編輯特殊形狀銅箔。Mentor 公司的 boardstation 中有專(zhuān)門(mén)的 RF 設(shè)計(jì)模塊，能夠滿足這些要求。而且，一般射頻設(shè)計(jì)要求有專(zhuān)門(mén)射頻電路分析工具，業(yè)界最著名的是 agilent 的 eesoft，和 Mentor 的工具有很好的接口。

35、2G 以上高頻 PCB 設(shè)計(jì)，微帶的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循哪些規(guī)則?

射頻微帶線設(shè)計(jì)，需要用三維場(chǎng)分析工具提取傳輸線參數(shù)。所有的規(guī)則應(yīng)該在這個(gè)場(chǎng)提取工具中規(guī)定。