HDI板加工

PCB线路板调试技术之六类模块

在PCB抄板及设计工作中，我们常常要对电路板进行调试与测试，六类模块电路板的调试就是其中一种，为了能让大家更好的理解六类模块电路板的调试技术，我先给大家简单的介绍一下六类模块。六类模块的核心部件是线路板，其设计结构、制作工艺基本上就决定了产品的性能指标，六类模块执行的标准是 EIA/TIA 568B.2-1，当中为重要的参数是插入损耗、回波损耗、近端串扰等。

插入损耗 (Insert Loss)：由于传输通道阻抗的存在，它会随着信号频率的增加而使信号的高频分量衰减加大，衰减不仅与信号频率有关，也与传输距离有关，随着长度的增加，信号衰减也会随着增加。回波损耗(Return Loss)：由于产品中阻抗发生变化，就会产生局部震荡，致使信号反射，被反射到发送端的一部分能量会形成噪音，导致信号失真，降低传输性能。如全双工的千兆网，会将反射信号误认为是收到的信号而引起有用信号的波动，造成混乱，反射的能量越少，就意味着通道采用线路的阻抗一致性越好，传输信号越完整，在通道上的噪音就越小。回波损耗RL的计算公式：回波损耗=发射信号÷反射信号。
  

在设计中，阻抗的全线路一致性以及与100欧姆阻抗的六类线缆配合是解决回波损耗参数失效的有效手段。例如PCB线路的层间距离不均匀、传输线路铜导体截面变化、模块内的导体与六类线缆导体不匹配等，都会引起回波损耗参数变化。近端串扰(NEXT)： NEXT是指在一对传输线路中，一对线对另一对线的信号耦合，即为当一条线对发送信号时，在另一条相邻的线对收到的信号。这种串扰信号主要是由于临近绕对通过电容或电感耦合过来的，通过补偿的办法，抵消、减弱其干扰信号，使其不能产生驻波是解决该参数失效的主要办法。

在模块试制阶段，用理论做指导，以计算机辅助设计为依据，就能很快的达到预期效果。在国内进行的六类模块PCB设计中，主要以线路对角补偿理论做依据，进行大量的试制工作，同样也可达到预期效果。模块与插头引起的信号外漏现象会发生相互间的信号干涉，为防止信号干涉现象，在平衡链路中导体进行扭绕，达到平衡传输的目的，扭绕结构会造成信号间的相位变化，也会增大线路上的信号衰减，这个结构称之为非屏蔽结构(UTP)。4对平衡双绞线中，每对线的绞距不同，线缆尾端使用模块化的连接件，形成连接件和接插件之间的相连，相互连接区内形成导体之间进行的平衡结构，即为六类系统的链路。在链路内产生了在平衡线路中所发生的信号干扰现象，即为串扰，解决串扰问题是进行高速通信用连接件制造的核心技术。
  

在接触端子之间产生接触损失会导致衰减、反射损失等现象，这种损失在高速信号传输时，会产生障碍和故障，解决这类问题是进行高速通信用连接件制造的核心技术。在模块与插头的连接线路中，插头内的每对连接端子是平衡线路，平衡线路中导体会产生信号外漏及阻抗损耗，阻碍通信的大因素就是信号外漏。可通过研究E场和H场解决此类问题或从研究反向衰减的方法中寻找解决方案，这是高速通信用连接件制造的核心技术。E场和H场平衡线路上所发生的信号干扰，即电磁场干扰，可通过E场和H场的分布进行描述。



电子通信线路测试的主要参数是扫频下进行的相关测量，在这个频率信号上附加语音或数据包进行传输，传输速度越高频率越快。用信号外漏的解决方法来解释产生问题的插座信号外漏现象，基本的方法是根据电感和电容所发生的信号外漏仿真图，在信号集中区域收集信号并进行返送。在设计中，耦合电容的设计是关键参数，与耦合线路的长度、线间距离、宽度、补偿线路布置等有关。考虑到六类系统采用4对线同时传输信号，必然会对其产生综合远端串绕，可通过分析，进行计算机仿真，设计出补偿线路。国内同行一般进行的六类模块试制过程主要是在确定主干回路后，在设计出补偿回路，进行大量的方案设计和样品制作，在补偿线路、PCB层间结构基本确定后，后续工作主要是通过工艺改进，从而提。

PCB线路板为什么要做阻抗吗

阻抗对于PCB电路板的意义何在，PCB电路板为什么要做阻抗？本文介绍了什么是阻抗及阻抗的类型，其次介绍了PCB线路板为什么要做阻抗，后阐述了阻抗对于PCB电路板的意义，具体的跟随小编一起来了解一下。

什么是阻抗？

在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一个复数，实部称为电阻，虚部称为电抗，其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗 ，电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗，电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。阻抗的单位是欧。

阻抗类型

（1）特性阻抗

在计算机﹑无线通讯等电子信息产品中， PCB的线路中的传输的能量， 是一种由电压与时间所构成的方形波信号（square wave signal， 称为脉冲pulse），它所遭遇的阻力则称为特性阻抗。



（2）差动阻抗

驱动端输入极性相反的两个同样信号波形，分别由两根差动线传送，在接收端这两个差动信号相减。差动阻抗就是两线之间的阻抗Zdiff。



（3）奇模阻抗

两线中一线对地的阻抗Zoo，两线阻抗值是一致。



（4）偶模阻抗

驱动端输入极性相同的两个同样信号波形， 将两线连在一起时的阻抗Zcom。



（5）共模阻抗

两线中一线对地的阻抗Zoe，两线阻抗值是一致，通常比奇模阻抗大。

PCB线路板为什么要做阻抗？

pcb线路板阻抗是指电阻和对电抗的参数，对交流电所起着阻碍作用。在pcb线路板生产中，阻抗处理是的。原因如下：

1、PCB线路（板底）要考虑接插安装电子元件，接插后考虑导电性能和信号传输性能等问题，所以就会要求阻抗越低越好，电阻率要低于每平方厘米1&TImes;10-6以下。

2、PCB线路板在生产过程中要经历沉铜、电镀锡（或化学镀，或热喷锡）、接插件焊锡等工艺制作环节，而这些环节所用的材料都电阻率底，才能线路板的整体阻抗低达到产品质量要求，能正常运行。

3、PCB线路板的镀锡是整个线路板制作中容易出现问题的地方，是影响阻抗的关键环节。化学镀锡层大的缺陷就是易变色（既易氧化或潮解）、钎焊性差，会导致线路板难焊接、阻抗过高导致导电性能差或整板性能的不稳定。

4、PCB线路板中的导体中会有各种信号传递，当为提高其传输速率而提高其频率，线路本身如果因蚀刻、叠层厚度、导线宽度等因素不同，将会造成阻抗值得变化，使其信号失真，导致线路板使用性能下降，所以就需要控制阻抗值在一定范围内。

阻抗对于PCB电路板的意义

对电子行业来说，据行内调查，化学镀锡层致命的弱点就是易变色（既易氧化或潮解）、钎焊性差导致难焊接、阻抗过高导致导电性能差或整板性能的不稳定、易长锡须导致PCB线路短路以至烧毁或着火事件。

据悉，国内先研究化学镀锡的当是上世纪90年代初昆明理工大学，之后就是90年代末的广州同谦化工（企业），一直至今，10年来行内均有认可该两家机构是做得好的。其中，据我们对众多企业的接触筛选调查、实验观测以及长期耐力测试，证实同谦化工的镀锡层是低电阻率的纯锡层，导电和钎焊等质量可以到较高的水准，难怪他们敢对外其镀层在无须任何封闭及防变色剂保护的情况下，能保持一年不变色、不起泡、不脱皮、不长锡须。

后来当整个社会生产业发展到一定程度的时候，很多后来参与者往往是属于互相抄袭，其实相当一部分企业自己本身并没有研发或能力，所以，造成很多产品及其用户的电子产品（线路板板底或电子产品整体）性能不佳，而造成性能不佳的主要原因就是因为阻抗问题，因为当不合格的化学镀锡技术在使用过程中，其为PCB线路板所镀上去的锡其实并不是真正的纯锡（或称属单质），而是锡的化合物（即根本就不是金属单质，而是金属化合物，氧化物或卤化物，更直接地说是属于非金属物质）或锡化合物与锡金属单质的混合物，但单凭借肉眼是很难发现的…

因为PCB线路板的主体线路是铜箔，在铜箔的焊点上就是镀锡层，而电子元件就是通过焊锡膏（或焊锡线）焊接在镀锡层上面的，事实上焊锡膏在融熔状态焊接到电子元件和锡镀层之间的是金属锡（即导电良好的金属单质），所以可以简单扼要地指出，电子元件是通过锡镀层再与PCB板底的铜箔连接的，所以锡镀层的纯洁性及其阻抗是关键；又，但未有接插电子元件之前，我们直接用仪器去检测阻抗时，其实仪器探头（或称为表笔）两端也是通过先接触PCB板底的铜箔表面的锡镀层再与PCB板底的铜箔来连通电流的。所以锡镀层是关键，是影响阻抗的关键和影响PCB整板性能的关键，也是易于被忽略的关键。

众所周知，除金属单质外，其化合物均是电的不良导体或甚至不导电的（又，这也是造成线路中存在分布容量或传布容量的关键），所以锡镀层中存在这种似导电而非导电的锡的化合物或混合物时，其现成电阻率或未来氧化、受潮所发生电解反应后的电阻率及其相应的阻抗是相当高的（足已影响数字电路中的电平或信号传输，）而且其特征阻抗也不相一致。所以会影响该线路板及其整机的性能。

所以，就现时的社会生产现象来说，PCB板底上的镀层物质和性能是影响PCB整板特征阻抗的主要原因和直接的原因，但又由于其具有随着镀层老化及受潮电解的变化性，所以其阻抗产生的忧患影响变得更加隐性和多变性，其隐蔽的主要原因在于：不能被肉眼所见（包括其变化），第二不能被恒常测得，因为其有随着时间和环境湿度的改变而变的变化性，所以总是易于被人忽略。

什么是HDI线路板
一.什么是HDI板？
HDI板（High Density Interconnector），即高密度互连板，是使用微盲埋孔技术的一种线路分布密度比较高的电路板。HDI板有内层线路和外层线路，再利用钻孔、孔内金属化等工艺，使各层线路内部实现连结。
二.HDI板与普通pcb的区别
HDI板一般采用积层法制造，积层的次数越多，板件的技术档次越高。普通的HDI板基本上是1次积层，高阶HDI采用2次或以上的积层技术，同时采用叠孔、电镀填孔、激光直接打孔等PCB技术。当PCB的密度增加超过八层板后，以HDI来制造，其成本将较传统复杂的压合制程来得低。
HDI板的电性能和讯号正确性比传统PCB更高。此外，HDI板对于射频干扰、电磁波干扰、静电释放、热传导等具有更佳的改善。高密度集成（HDI）技术可以使终端产品设计更加小型化，同时满足电子性能和效率的更高标准。
HDI板使用盲孔电镀 再进行二次压合，分一阶、二阶、三阶、四阶、五阶等。一阶的比较简单，流程和工艺都好控制。二阶的主要问题，一是对位问题，二是打孔和镀铜问题。二阶的设计有多种，一种是各阶错开位置，需要连接次邻层时通过导线在中间层连通，做法相当于2个一阶HDI。第二种是，两个一阶的孔重叠，通过叠加方式实现二阶，加工也类似两个一阶，但有很多工艺要点要特别控制，也就是上面所提的。第三种是直接从外层打孔至第3层（或N-2层），工艺与前面有很多不同，打孔的难度也更大。对于三阶的以二阶类推即是。

在PCB打样中，HDI造价较高，故一般的PCB打样厂家都不愿意做。捷多邦可以做别人不愿意做的HDI盲埋PCB板。现阶段，捷多邦采用的HDI技术已突破高层数为20层；盲孔阶数1~4阶；小孔径0.076mm，工艺为激光钻孔.
三.HDI板的优势
这种PCB在突显优势的基础上发展迅速：
1.HDI技术有助于降低PCB成本;
2.HDI技术增加了线密度;
3.HDI技术有利于使用的包装;
4.HDI技术具有更好的电气性能和信号有效性;
5.HDI技术具有更好的可靠性;
6.HDI技术在散热方面更好;
7.HDI技术能够改善RFI（射频干扰）/EMI（电磁干扰）/ESD（静电放电）;
8.HDI技术提高了设计效率;
四.HDI板的材料
对HDI PCB材料提出了一些新的要求，包括更好的尺寸稳定性，抗静电移动性和非胶粘剂。HDI PCB的典型材料是RCC（树脂涂层铜）。RCC有三种类型，即聚酰亚胺金属化薄膜，纯聚酰亚胺薄膜，流延聚酰亚胺薄膜。
RCC的优点包括：厚度小，重量轻，柔韧性和易燃性，兼容性特性阻抗和的尺寸稳定性。在HDI多层PCB的过程中，取代传统的粘接片和铜箔作为绝缘介质和导电层的作用，可以通过传统的抑制技术用芯片抑制RCC。然后使用非机械钻孔方法如激光，以便形成微通孔互连。
RCC推动PCB产品从SMT（表面贴装技术）到CSP的发生和发展（芯片级封装），从机械钻孔到激光钻孔，促进PCB微通孔的发展和进步，所有这些都成为RCC的HDI PCB材料。
在实际的PCB中在制造过程中，对于RCC的选择，通常有FR-4标准Tg 140C，FR-4高Tg 170C和FR-4和Rogers组合层压，现在大多使用。随着HDI技术的发展，HDI PCB材料满足更多要求，因此HDI PCB材料的主要趋势应该是：
1.使用无粘合剂的柔性材料的开发和应用;
2.介电层厚度小，偏差小;
3 .LPIC的发展;
4.介电常数越来越小;
5.介电损耗越来越小;
6.焊接稳定性高;
7.严格兼容CTE（热膨胀系数）;
五.HDI板制造的应用技术
HDI PCB制造的难点在于微观通过制造，通过金属化和细线。
1.微通孔制造
微通孔制造一直是HDI PCB制造的核心问题。主要有两种钻井方法：
a.对于普通的通孔钻孔，机械钻孔始终是其率和低成本的佳选择。随着机械加工能力的发展，其在微通孔中的应用也在不断发展。
b.有两种类型的激光钻孔：光热消融和光化学消融。前者是指在高能量吸收激光之后加热操作材料以使其熔化并且通过形成的通孔蒸发掉的过程。后者指的是紫外区高能光子和激光长度超过400nm的结果。
有三种类型的激光系统应用于柔性和刚性板，即准分子激光，紫外激光钻孔，CO 2 激光。激光技术不仅适用于钻孔，也适用于切割和成型。甚至一些制造商也通过激光制造HDI。虽然激光钻孔设备成本高，但它们具有更高的精度，稳定的工艺和成熟的技术。激光技术的优势使其成为盲/埋通孔制造中常用的方法。如今，在HDI微通孔中，99％是通过激光钻孔获得的。
2.通过金属化
通孔金属化的大困难是电镀难以达到均匀。对于微通孔的深孔电镀技术，除了使用具有高分散能力的电镀液外，还应及时升级电镀装置上的镀液，这可以通过强力机械搅拌或振动，超声波搅拌，水平喷涂。此外，在电镀前增加通孔壁的湿度。
除了工艺的改进外，HDI的通孔金属化方法也看到了主要技术的改进：化学镀添加剂技术，直接电镀技术等。
3.细线
细线的实现包括传统的图像传输和激光直接成像。传统的图像转移与普通化学蚀刻形成线条的过程相同。
对于激光直接成像，不需要摄影胶片，而图像是通过激光直接在光敏膜上形成的。紫外波灯用于操作，使液体防腐解决方案能够满足高分辨率和简单操作的要求。不需要摄影胶片，以避免因薄膜缺陷造成的不良影响，可以直接连接CAD/CAM，缩短制造周期，使其适用于和多种生产。
六.结尾
硬件工程师刚接触多层PCB的时候，很容易看晕。动辄十层八层的，线路像蜘蛛网一样。
今天画了几张多层PCB电路板内部结构图，用立体图形展示各种叠层结构的PCB图内部架构。

图片高密度互联板的核心在过孔
多层PCB的线路加工，和单层双层没什么区别，大的不同在过孔的工艺上。
线路都是蚀刻出来的，过孔都是钻孔再镀铜出来的，这些做硬件开发的大家都懂，就不赘述了。
多层电路板，通常有通孔板、一阶板、二阶板、二阶叠孔板这几种。更高阶的如三阶板、任意层互联板平时用的非常少，价格贼贵，先不多讨论。
一般情况下，8位单片机产品用2层通孔板；32位单片机级别的智能硬件，使用4层-6层通孔板；Linux和Android级别的智能硬件，使用6层通孔至8一阶HDI板；智能手机这样的紧凑产品，一般用8层一阶到10层2阶电路板。

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8层2阶叠孔，高通骁龙624

只有一种过孔，从层打到后一层。不管是外部的线路还是内部的线路，孔都是打穿的，叫做通孔板。

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通孔板和层数没关系，平时大家用的2层的都是通孔板，而很多交换机和电路板，做20层，还是通孔的。
用钻头把电路板钻穿，然后在孔里镀铜，形成通路。
这里要注意，通孔内径通常有0.2mm、0.25mm和0.3mm，但一般0.2mm的要比0.3mm的贵不少。因为钻头太细容易断，钻得也慢一些。多耗费的时间和钻头的费用，就体现在电路板价格上升上了。
高密度板的激光孔
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这张图是6层1阶HDI板的叠层结构图，表面两层都是激光孔，0.1mm内径。内层是机械孔，相当于一个4层通孔板，外面再覆盖2层。
激光只能打穿玻璃纤维的板材，不能打穿金属的铜。所以外表面打孔不会影响到内部的其他线路。
激光打了孔之后，再去镀铜，就形成了激光过孔。
2阶HDI板 两层激光孔
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这张图是一个6层2阶错孔HDI板。平时大家用6层2阶的少，大多是8层2阶起。这里更多层数，跟6层是一样的道理。
所谓2阶，就是有2层激光孔。
所谓错孔，就是两层激光孔是错开的。
为什么要错开呢？因为镀铜镀不满，孔里面是空的，所以不能直接在上面再打孔，要错开一定的距离，再打上一层的空。
6层二阶=4层1阶外面再加2层。
8层二阶=6层1阶外面再加2层。
叠孔板 工艺复杂价格更高
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错孔板的两层激光孔重叠在一起。线路会更紧凑。
需要把内层激光孔电镀填平，然后再做外层激光孔。价格比错孔更贵一些。
超贵的任意层互联板 多层激光叠孔
就是每一层都是激光孔，每一层都可以连接在一起。想怎么走线就怎么走线，想怎么打孔就怎么打孔。