多层PCB线路板

挑选高频高速PCB材料重要指标：
在选择用于高频电路的PCB所用的基板时，要特别考察材料DK，在不同频率下的变化特性。而对于侧重信号高速传输方面的要求，或特性阻抗控制要求，则考察DF及其在频率、温湿度等条件下的性能。



一般型基板材料在频率变化的条件下，表现出DK、DF值变化较大的规律。特别是在l MHz到l GHz的频率内，它们的DK、DF值的变化更加明显。例如，一般型环氧树脂一玻纤布基的基板材料（一般型FR-4）在lMHz的频率下的DK值为4．7，而在lGHz的频率下的DK值变化为4.19。超过lGHz以上，它的DK值的变化趋势于平缓。其变化趋势是随着频率的增高，而变小（但变化幅度不大），例如在l0GHz下，一般FR一4的DK值为4．15，具有高速、高频特性的基板材料在频率变化的情况下，DK值变化较小，自lMHz到lGHz的变化频率下，DK多保持在0.02范围的变化。其DK值在由低到高不同频率条件下，略微有下降的趋向。



一般型基板材料的介质损失因子（DF），在受到频率变化（特别是在高频范围内的变化）的影响而产生DF值的变化要比DK大。其变化规律是趋于增大，因此，在评价一种基板材料的高频特性时，要对其考察的是它的DF值变化情况。具有高速高频特性的基板材料，在高频下变化特性方面，一般型基板材料存在着两类明显的不同的两类：一类是随着频率的变化，它的（DF）值变化甚小。还有一类是在变化幅度上与一般型基板材料尽管相近，但它本身的（DF）值较低。

如何选择高频高速板材
选择PCB板材在满足设计需求、可量产性、成本中间取得平衡点。简单而言，设计需求包含电气和结构可靠性这两部分。通常在设计非常高速的PCB板子（大于GHz的频率）时这板材问题会比较重要。例如，现在常用的FR-4材质，在几个GHz的频率时的介质损Df（Dielectricloss）会很大，可能就不适用。
举例来说，10Gb/S高速数字信号是方波，它可以看作是不同频率的正弦波信号的叠加。因此10Gb/S包含许多不同频率信号：5Ghz的基波信号、3阶15GHz、5阶25GHz、7阶35GHz信号等。保持数字信号的完整性以及上下沿的陡峭程度和射频微波（数字信号的高频谐波部分达到了微波频段）的低损耗低失真传输一样。因此，在诸多方面，高速数字电路PCB选材和射频微波电路的需求类似。
在实际的工程操作中，高频板材的选择看似简单但需要考虑的因素还是非常多的，通过本文的介绍，作为PCB设计工程师或者高速项目负责人，对板材的特性及选择有一定的了解。了解板材电性能、热性能、可靠性等。并合理使用层叠，设计出一块可靠性高、加工性好的产品，各种因素的考量达到佳化。

PCB的信号完整性与设计

在PCB的设计中,PCB设计人员需要把元器件的布局、布线及每种情况下应采用的何种SI问题解决方法综合起来,才能更好地解决PCB板的信号完整性问题.在某些情况下IC的选择能决定SI问题的数量和严重性.开关时间或边沿速率是指IC状态转换的速率,IC边沿速率越快,出现SI问题的可能性越高,正确地端接器件就很重要.PCB设计中减少信号完整性问题常用的方法是在传输线上增加端接元器件.在端接过程中,要权衡元器件数量、信号开关速度和电路功耗三方面的要求.例如增加端接元器件意味着PCB设计人员可用于布线的空间更少,而且在布局处理的后期增加端接元器件会更加困难,因为为新的元件和布线留出相应的空间.因此在PCB布局初期就应当搞清楚是否需要放置端接元器件.

1.信号完整性设计的一般准则:



PCB的层数如何定义?

包括采用多少层?各个层的内容如何安排合理?如应该有几层信号层、电源层和地层,信号层与地层如何交替排列等.



如何设计多种类的电源分块系统?

如3.3V、2.5V、3V、1.8V、5V、12V等等.电源层的合理分割和共地问题是PCB是否稳定的一个十分重要的因素.

如何配置退耦电容?

利用退耦电容来消除噪声是常用的手段,但如何确定其电容量?电容放置在什么位置?采用什么类型的电容等?



如何消除地弹噪声?



地弹噪声是如何影响和干扰有用信号的?

回路(Return Path)噪声如何消除?很多情况下,回路设计不合理是电路不工作的关键,而回路设计往往是工程师束手无策的工作。


如何合理设计电流的分配?

尤其是电/地层中电流的分配设计十分困难,而总电流在PCB板中的分配如果不均匀,会直接明显地影响PCB板的不稳定工作。

另外还有一些常见的如过冲、欠冲、振铃、传输线时延、阻抗匹配、串扰、毛刺等有关信号畸变的问题,但这些问题和上述问题是不可分割的,它们之间是因果关系.

确保信号完整性的PCB板设计准则

信号完整性(SI)问题解决得越早,设计的效率就越高,从而可避免在电路板设计完成之后才增加端接元器件.随着IC输出开关速度的提高,不管信号周期如何,几乎所有设计都遇到了信号完整性问题.即使过去没有遇到SI问题,但是随着电路工作频率的提高,一定会遇到信号完整性的问题.SI和EMC在PCB布线之前要进行仿真和计算,然后,PCB板设计就可以遵循一系列非常严格的设计规则,在有疑问的地方,可以增加端接元器件,从而获得尽可能多的SI安全裕量.电源完整性(PI)与信号完整性(SI)是密切关联的,电源完整性直接影响终PCB板的信号完整性.而且很多情况下,影响信号畸变的主要原因是电源系统.EMC设计目前主要采用设计规则检查方式,很重要的一点,就是企业逐步建立和完善适合企业特定领域产品的设计规范,形成一整套的EMC设计规则集.这些在国外的大公司非常普及,如三星和SONY.这些规则由人或者EDA软件来检查核对.

PCB多层板表面处理工艺种类：
1.热风整平涂布在PCB表面的熔融锡铅焊料和加热压缩空气流平（吹气平整）过程。使其形成抗铜氧化涂层，可提供良好的可焊性。热风焊料和铜在结合处形成铜 - 锡金属化合物，其厚度约为1～2mil；


2.有机抗氧化（OSP）通过化学方法在清洁的裸铜表面上生长一层有机涂层。这种PCB多层板薄膜具有抗氧化，耐热冲击，防潮，以保护铜表面在正常环境下不再生锈（氧化或硫化等）;同时，在随后的焊接温度下，焊接用焊剂很容易快速去除；

3.镍金化学在铜表面，涂有厚实，良好的镍金合金电性能，可以保护PCB多层板。很长一段时间不像OSP，它只用作防锈层，它可以用于长期使用PCB并获得良好的电能。此外，它还具有其他表面处理工艺所不具备的环境耐受性；

4.化学镀银沉积在OSP与化学镀镍/镀金之间，PCB多层板工艺简单快速。暴露在炎热，潮湿和污染的环境中仍然提供良好的电气性能和良好的可焊性，但失去光泽。由于银层下没有镍，沉淀的银不具有化学镀镍/浸金的所有良好的物理强度；

5.在PCB多层板表面导体上镀镍金，镀一层镍然后镀一层金，镀镍主要是为了防止金与铜之间的扩散。有两种类型的镀镍金：软金（，这意味着它看起来不亮）和硬金（光滑，坚硬，耐磨，钴和其他元素，表面看起来更亮）。软金主要用于芯片包装金线；硬金主要用于非焊接电气互连。

6.PCB混合表面处理技术选择两种或两种以上表面处理方法进行表面处理，常见的形式有：镍金防氧化，镀镍金沉淀镍金，电镀镍金热风整平，常见形式有：镍金防 - 氧化，镀镍金沉淀镍金，电镀镍金热风整平，重镍和金热风平整。尽管PCB多层板表面处理过程的变化并不显着，并且似乎有些牵强，但应该注意的是，长期缓慢的变化将导致的变化。随着对环境保护的需求不断增加，PCB的表面处理工艺必将在未来发生变化。

详解PCB线路板在工厂的制作加工流程

　　在电子装配中，印刷电路板是个关键零件。它搭载其它的电子零件并连通电路，以提供一个安稳的电路工作环境。如以其上电路配置的情形可概分为三类：

　　【单面板】将提供零件连接的金属线路布置于绝缘的基板材料上，该基板同时也是安装零件的支撑载具。

　　【双面板】当单面的电路不足以提供电子零件连接需求时，便可将电路布置于基板的两面，并在板上布建通孔电路以连通板面两侧电路。

　　【多层板】在较复杂的应用需求时，电路可以被布置成多层的结构并压合在一起，并在层间布建通孔电路连通各层电路


　　【内层线路】铜箔基板先裁切成适合加工生产的尺寸大小。基板压膜前通常需先用刷磨、微蚀等方法将板面铜箔做适当的粗化处理，再以适当的温度及压力将干膜光阻密合贴附其上。将贴好干膜光阻的基板送入紫外线曝光机中曝光，光阻在底片透光区域受紫外线照射后会产生聚合反应，而将底片上的线路影像移转到板面干膜光阻上。撕去膜面上的保护胶膜后，先以碳酸钠水溶液将膜面上未受光照的区域显影去除，再用双氧水混合溶液将裸露出来的铜箔腐蚀去除，形成线路。后再以轻氧化纳水溶液将功成身退的干膜光阻洗除。

　　【压合】完成后的内层线路板须以玻璃纤维树脂胶片与外层线路铜箔黏合。在压合前，内层板需先经黑(氧)化处理，使铜面钝化增加绝缘性;并使内层线路的铜面粗化以便能和胶片产生良好的黏合性能。迭合时先将六层线路﹝含﹞以上的内层线路板用铆钉机成对的铆合。再用盛盘将其整齐迭放于镜面钢板之间，送入真空压合机中以适当之温度及压力使胶片硬化黏合。压合后的电路板以X光自动定位钻靶机钻出靶孔做为内外层线路对位的基准孔。并将板边做适当的细裁切割，以方便后续加工

　　【钻孔】将电路板以CNC钻孔机钻出层间电路的导通孔道及焊接零件的固定孔。钻孔时用插梢透过先前钻出的靶孔将电路板固定于钻孔机床台上，同时加上平整的下垫板(酚醛树酯板或木浆板)与上盖板(铝板)以减少钻孔毛头的发生

　　【镀通孔】在层间导通孔道成型后需于其上布建金属铜层，以完成层间电路的导通。先以重度刷磨及高压冲洗的方式清理孔上的毛头及孔中的粉屑，在清理干净的孔壁上浸泡附着上锡

　　【一次铜】钯胶质层，再将其还原成金属钯。将电路板浸于化学铜溶液中，借着钯金属的催化作用将溶液中的铜离子还原沉积附着于孔壁上，形成通孔电路。再以硫酸铜浴电镀的方式将导通孔内的铜层加厚到足够抵抗后续加工及使用环境冲击的厚度。

　　【外层线路 二次铜】在线路影像转移的制作上如同内层线路，但在线路蚀刻上则分成正片与负片两种生产方式。负片的生产方式如同内层线路制作，在显影后直接蚀铜、去膜即算完成。正片的生产方式则是在显影后再加镀二次铜与锡铅(该区域的锡铅在稍后的蚀铜步骤中将被保留下来当作蚀刻阻剂)，去膜后以碱性的氨水、氯化铜混合溶液将裸露出来的铜箔腐蚀去除，形成线路。后再以锡铅剥除液将功成身退的锡铅层剥除(在早期曾有保留锡铅层，经重镕后用来包覆线路当作保护层的做法，现多不用)。



　　【防焊油墨 文字印刷】较早期的绿漆是用网版印刷后直接热烘(或紫外线照射)让漆膜硬化的方式生产。但因其在印刷及硬化的过程中常会造成绿漆渗透到线路终端接点的铜面上而产生零件焊接及使用上的困扰，现在除了线路简单粗犷的电路板使用外，多改用感光绿漆进行生产。

　　将客户所需的文字、商标或零件标号以网版印刷的方式印在板面上，再用热烘(或紫外线照射)的方式让文字漆墨硬化。

　　【接点加工】防焊绿漆覆盖了大部份的线路铜面，仅露出供零件焊接、电性测试及电路板插接用的终端接点。该端点需另加适当保护层，以避免在长期使用中连通阳极(+)的端点产生氧化物，影响电路稳定性及造成安全顾虑。

　　【成型切割】将电路板以CNC成型机(或模具冲床)切割成客户需求的外型尺寸。切割时用插梢透过先前钻出的定位孔将电路板固定于床台(或模具)上成型。切割后金手指部位再进行磨斜角加工以方便电路板插接使用。对于多联片成型的电路板多需加开X形折断线，以方便客户于插件后分割拆解。后再将电路板上的粉屑及表面的离子污染物洗净。

　　【检板 包装】常用包装 PE膜包装 热缩膜包装 真空包装等