六层软硬结合板工厂

PCB线路板铜箔的基本知识
一、铜箔简介


　　Copper foil（铜箔）：一种阴质性电解材料，沉淀于线路板基底层上的一层薄的、连续的金属箔，它作为PCB的导电体。它容易粘合于绝缘层，接受印刷保护层，腐蚀后形成电路图样。Copper mirror test（铜镜测试）：一种助焊剂腐蚀性测试，在玻璃板上使用一种真空沉淀薄膜。



　　铜箔由铜加一定比例的其它金属打制而成，铜箔一般有90箔和88箔两种，即为含铜量为90%和88%，尺寸为16*16cm。铜箔是用途广泛的装饰材料。如：宾馆酒店、寺院佛像、金字招牌、瓷砖马赛克、工艺品等。



二、产品特性


　　铜箔具有低表面氧气特性，可以附着与各种不同基材，如金属，绝缘材料等，拥有较宽的温度使用范围。主要应用于电磁屏蔽及抗静电，将导电铜箔置于衬底面，结合金属基材，具有优良的导通性，并提供电磁屏蔽的效果。可分为：自粘铜箔、双导铜箔、单导铜箔等。



　　电子级铜箔（纯度99.7%以上，厚度5um-105um）是电子工业的基础材料之一电子信息产业快速发展，电子级铜箔的使用量越来越大，产品广泛应用于工业用计算器、通讯设备、QA设备、锂离子蓄电池，民用电视机、录像机、CD播放机、复印机、电话、冷暖空调、汽车用电子部件、游戏机等。国内外市场对电子级铜箔，尤其是电子级铜箔的需求日益增加。有关机构预测，到2015年，中国电子级铜箔国内需求量将达到30万吨，中国将成为世界印刷线路板和铜箔基地的大制造地，电子级铜箔尤其是箔市场看好。



三、铜箔的供应状况


　　工业用铜箔可常见分为压延铜箔（RA铜箔）与点解铜箔（ED铜箔）两大类，其中压延铜箔具有较好的延展性等特性，是早期软板制程所用的铜箔，而电解铜箔则是具有制造成本较压延铜箔低的优势。由于压延铜箔是软板的重要原物料，所以压延铜箔的特性改良和价格变化对软板产业有一定的影响。



　　由于压延铜箔的生产厂商较少，且技术上也掌握在部份厂商手中，因此客户对价格和供应量的掌握度较低，故在不影响产品表现的前提下，用电解铜箔替代压延铜箔是可行的解决方式。但若未来数年因为铜箔本身结构的物理特性将影响蚀刻的因素，在细线化或薄型化的产品中，另外高频产品因电讯考量，压延铜箔的重要性将再次提升。



　　生产压延铜箔有两大障碍，资源的障碍和技术的障碍。资源的障碍指的是生产压延铜箔需有铜原料支持，占有资源十分重要。另一方面，技术上的障碍使更多新加入者却步，除了压延技术外，表面处理或是氧化处理上的技术亦是。性大厂多半拥有许多技术专利和关键技术Know How，加大进入障碍。若新加入者采后处理生产，又受到大厂的成本拑制，不易成功加入市场，故的压延铜箔仍属于强占性的市场。



四、铜箔的发展情况


　　铜箔英文为electrodepositedcopperfoil，是覆铜板（CCL）及印制线路板（PCB）制造的重要的材料。在当今电子信息产业高速发展中，电解铜箔被称为：电子产品信号与电力传输、沟通的“神经网络”。2002年起，中国印制线路板的生产值已经越入世界第3位，作为PCB的基板材料——覆铜板也成为世界上第3大生产国。由此也使中国的电解铜箔产业在近几年有了突飞猛进的发展。为了了解、认识世界及中国电解铜箔业发展的过去、现在，及展望未来，据中国环氧树脂行业协会特对它的发展作回顾。



　　从电解铜箔业的生产部局及市场发展变化的角度来看，可以将它的发展历程划分为3大发展时期：美国创建初的世界铜箔企业及电解铜箔业起步的时期；日本铜箔企业全面垄断世界市场的时期；世界多极化争夺市场的时期。

浅析pcb线路板的热可靠性问题
一般情况下，pcb线路板板上的铜箔分布是非常复杂的，难以准确建模。因此，建模时需要简化布线的形状，尽量做出与实际线路板接近的ANSYS模型线路板板上的电子元件也可以应用简化建模来模拟，如MOS管、集成电路块等。


热分析

贴片加工中热分析可协助设计人员确定pcb线路板上部件的电气性能，帮助设计人员确定元件或线路板是否会因为高温而烧坏。简单的热分析只是计算线路板的平均温度，复杂的则要对含多个线路板的电子设备建立瞬态模型。热分析的准确程度终取决于线路板设计人员所提供的元件功耗的准确性。



在许多应用中重量和物理尺寸非常重要，如果元件的实际功耗很小，可能会导致设计的安全系数过高，从而使线路板的设计采用与实际不符或过于保守的元件功耗值作为根据进行热分析。与之相反(同时也更为严重)的是热安全系数设计过低，也即元件实际运行时的温度比分析人员预测的要高，此类问题一般要通过加装散热装置或风扇对线路板进行冷却来解决。这些外接附件增加了成本，而且延长了**时间，在设计中加入风扇还会给可靠性带来不稳定因素，因此线路板板主要采用主动式而不是被动式冷却方式(如自然对流、传导及辐射散热)。



线路板简化建模

建模前分析线路板中主要的发热器件有哪些，如MOS管和集成电路块等，这些元件在工作时将大部分损耗功率转化为热量。因此，建模时主要需要考虑这些器件。



此外，还要考虑线路板基板上，作为导线涂敷的铜箔。它们在设计中不但起到导电的作用，还起到传导热量的作用，其热导率和传热面积都比较大线路板板是电子电路不可缺少的组成部分，它的结构由环氧树脂基板和作为导线涂敷的铜箔组成。环氧树脂基板的厚度为4mm，铜箔的厚度为0.1mm。铜的导热率为400W/(m℃)，而环氧树脂的导热率仅为0.276W/(m℃)。尽管所加的铜箔很薄很细，却对热量有强烈的引导作用，因而在建模中是不能忽略的。

多层板PCB设计时的EMI解决
解决EMI问题的办法很多，现代的EMI抑制方法包括：利用EMI抑制涂层、选用合适的EMI抑制零配件和EMI仿真设计等。本文从基本的PCB布板出发，讨论PCB分层堆叠在控制EMI辐射中的作用和设计技巧。
电源汇流排

在IC的电源引脚附近合理地安置适当容量的电容，可使IC输出电压的跳变来得更快。然而，问题并非到此为止。由于电容呈有限频率响应的特性，这使得电容 无法在全频带上生成干净地驱动IC输出所需要的谐波功率。除此之外，电源汇流排上形成的瞬态电压在去耦路径的电感两端会形成电压降，这些瞬态电压就是主要 的共模EMI干扰源。我们应该怎麽解决这些问题?

就我们电路板上的IC而言，IC周围的电源层可以看成是优良的高频电容器，它可以收集为干净输出提供高频能量的分立电容器所泄漏的那部份能量。此外，优良的电源层的电感要小，从而电感所合成的瞬态信号也小，进而降低共模EMI。

当然，电源层到IC电源引脚的连线尽可能短，因为数位信号的上升沿越来越快，好是直接连到IC电源引脚所在的焊盘上，这要另外讨论。

为了控制共模EMI，电源层要有助于去耦和具有足够低的电感，这个电源层是一个设计相当好的电源层的配对。有人可能会问，好到什麽程度才算好?问题 的答案取决于电源的分层、层间的材料以及工作频率(即IC上升时间的函数)。通常，电源分层的间距是6mil，夹层是FR4材料，则每平方英寸电源层的等 效电容约为75pF。显然，层间距越小电容越大。

上升时间为100到300ps的器件并不多，但是按照目前IC的发展速度，上升时间在 100到300ps范围的器件将占有很高的比例。对于100到 300ps上升时间的电路，3mil层间距对大多数应用将不再适用。那时，有必要采用层间距小于1mil的分层技术，并用介电常数很高的材料代替FR4介 电材料。现在，陶瓷和加陶塑料可以满足100到300ps上升时间电路的设计要求。

尽管未来可能会采用新材料和新方法，但对于今天常见的1到3ns上升时间电路、3到6mil层间距和FR4介电材料，通常足够处理谐波并使瞬态信号足够低，就是说，共模EMI可以降得很低。本文给出的PCB分层堆叠设计实例将假定层间距为3到6mil。

电磁屏蔽

从信号走线来看，好的分层策略应该是把所有的信号走线放在一层或若干层，这些层紧挨著电源层或接地层。对于电源，好的分层策略应该是电源层与接地层相邻，且电源层与接地层的距离尽可能小，这就是我们所讲的“分层"策略。

PCB堆叠

什麽样的堆叠策略有助于屏蔽和抑制EMI?以下分层堆叠方案假定电源电流在单一层动，单电压或多电压分布在同一层的不同部份。多电源层的情形稍后讨论。

4层板

4层板设计存在若干潜在问题。，传统的厚度为62mil的四层板，即使信号层在外层，电源和接地层在内层，电源层与接地层的间距仍然过大。

如果成本要求是位的，可以考虑以下两种传统4层板的替代方案。这两个方案都能改善EMI抑制的性能，但只适用于板上元件密度足够低和元件周围有足够面积(放置所要求的电源覆铜层)的场合。

种为方案，PCB的外层均为地层，中间两层均为信号/电源层。信号层上的电源用宽线走线，这可使电源电流的路径阻抗低，且信号微带路径的阻抗也 低。从EMI控制的角度看，这是现有的佳4层PCB结构。第二种方案的外层走电源和地，中间两层走信号。该方案相对传统4层板来说，改进要小一些，层间 阻抗和传统的4层板一样欠佳。

如果要控制走线阻抗，上述堆叠方案都要非常小心地将走线布置在电源和接地铺铜岛的下边。另外，电源或地层上的铺铜岛之间应尽可能地互连在一起，以确保DC和低频的连接性。

6层板

如果4层板上的元件密度比较大，则好采用6层板。但是，6层板设计中某些叠层方案对电磁场的屏蔽作用不够好，对电源汇流排瞬态信号的降低作用甚微。下面讨论两个实例。

例将电源和地分别放在第2和第5层，由于电源覆铜阻抗高，对控制共模EMI辐射非常不利。不过，从信号的阻抗控制观点来看，这一方法却是非常正确的。

第二例将电源和地分别放在第3和第4层，这一设计解决了电源覆铜阻抗问题，由于第1层和第6层的电磁屏蔽性能差，差模EMI增加了。如果两个外 层上的信号线数量少，走线长度很短(短于信号高谐波波长的1/20)，则这种设计可以解决差模EMI问题。将外层上的无元件和无走线区域铺铜填充并将 覆铜区接地(每1/20波长为间隔)，则对差模EMI的抑制特别好。如前所述，要将铺铜区与内部接地层多点相联。

通用6层板设计 一般将第1和第6层布为地层，第3和第4层走电源和地。由于在电源层和接地层之间是两层居中的双微带信号线层，因而EMI抑制能力是的。该设计的缺点 在于走线层只有两层。前面介绍过，如果外层走线短且在无走线区域铺铜，则用传统的6层板也可以实现相同的堆叠。

另一种6层板布局为信号、地、信号、电源、地、信号，这可实现信号完整性设计所需要的环境。信号层与接地层相邻，电源层和接地层配对。显然，不足之处是层的堆叠不平衡。

这通常会给加工制造带来麻烦。解决问题的办法是将第3层所有的空白区域填铜，填铜后如果第3层的覆铜密度接近于电源层或接地层，这块板可以不严格地算作 是结构平衡的电路板。填铜区接电源或接地。连接过孔之间的距离仍然是1/20波长，不见得处处都要连接，但理想情况下应该连接。

10层板

由于多层板之间的绝缘隔离层非常薄，所以10或12层的电路板层与层之间的阻抗非常低，只要分层和堆叠不出问题，完全可望得到的信号完整性。要按62mil厚度加工制造12层板，困难比较多，能够加工12层板的制造商也不多。

由于信号层和回路层之间总是隔有绝缘层，在10层板设计中分配中间6层来走信号线的方案并非佳。另外，让信号层与回路层相邻很重要，即板布局为信号、地、信号、信号、电源、地、信号、信号、地、信号。

这一设计为信号电流及其回路电流提供了良好的通路。恰当的布线策略是，第1层沿X方向走线，第3层沿Y方向走线，第4层沿X方向走线，以此类推。直观地 看走线，第1层1和第3层是一对分层组合，第4层和第7层是一对分层组合，第8层和第10层是后一对分层组合。当需要改变走线方向时，第1层上的信号线 应藉由“过孔"到第3层以后再改变方向。实际上，也许并不总能这样做，但作为设计概念还是要尽量遵守。

同样，当信号的走线方向变化时， 应该藉由过孔从第8层和第10层或从第4层到第7层。这样布线可确保信号的前向通路和回路之间的耦合紧。例如，如果信号在第1层上走线，回路在第2层且 只在第2层上走线，那麽第1层上的信号即使是藉由“过孔"转到了第3层上，其回路仍在第2层，从而保持低电感、大电容的特性以及良好的电磁屏蔽性能。

如果实际走线不是这样，怎麽办?比如第1层上的信号线经由过孔到第10层，这时回路信号只好从第9层寻找接地平面，回路电流要找到近的接地过 孔 (如电阻或电容等元件的接地引脚)。如果碰巧附近存在这样的过孔，则真的走运。假如没有这样近的过孔可用，电感就会变大，电容要减小，EMI一定会增加。

当信号线经由过孔离开现在的一对布线层到其他布线层时，应就近在过孔旁放置接地过孔，这样可以使回路信号顺利返回恰当的接地层。对于第4层和第7层 分层组合，信号回路将从电源层或接地层(即第5层或第6层)返回，因为电源层和接地层之间的电容耦合良好，信号容易传输。

多电源层的设计

如果同一电压源的两个电源层需要输出大电流，则电路板应布成两组电源层和接地层。在这种情况下，每对电源层和接地层之间都放置了绝缘层。这样就得到我们 期望的等分电流的两对阻抗相等的电源汇流排。如果电源层的堆叠造成阻抗不相等，则分流就不均匀，瞬态电压将大得多，并且EMI会急剧增加。

如果电路板上存在多个数值不同的电源电压，则相应地需要多个电源层，要牢记为不同的电源创建各自配对的电源层和接地层。在上述两种情况下，确定配对电源层和接地层在电路板的位置时，切记制造商对平衡结构的要求。

总结

鉴于大多数工程师设计的电路板是厚度62mil、不带盲孔或埋孔的传统印制电路板，本文关于电路板分层和堆叠的讨论都局限于此。厚度差别太大的电路板，本文推荐的分层方案可能不理想。此外，带盲孔或埋孔的电路板的加工制程不同，本文的分层方法也不适用。

电路板设计中厚度、过孔制程和电路板的层数不是解决问题的关键，优良的分层堆叠是电源汇流排的旁路和去耦、使电源层或接地层上的瞬态电压小并将信 号和电源的电磁场屏蔽起来的关键。理想情况下，信号走线层与其回路接地层之间应该有一个绝缘隔离层，配对的层间距(或一对以上)应该越小越好。根据这些基 本概念和原则，才能设计出总能达到设计要求的电路板。现在，IC的上升时间已经很短并将更短，本文讨论的技术对解决EMI屏蔽问题是的。