32层线路板

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.

PCB板的静电释放(ESD)设计

许多产品设计工程师通常在产品进入到生产环节时才着手考虑抗静电释放(ESD)的问题。如果电子设备不能通过抗静电释放测试,通常终的方案都要采用昂贵的元器件,还要在制造过程中采用手工装配,甚至需要重新设计。因此,产品的进度势必受到影响。即使经验丰富的设计工程师,也可能并不知道设计中的哪些部分有利于抗静电释放(ESD)。大多数电子设备在生命期内99%的时间都处于一个充满ESD的环境之中,ESD可能不自人体、家具、甚至设备自身内部。电子设备完全遭受ESD损毁比较少见,然而ESD干扰却很常见,它会导致设备锁死、复位、数据丢失和不可靠。其结果可能是在寒冷干燥的冬季电子设备经常出现故障,但是维修时又显示正常,这样势必影响用户对电子设备及其制造商的信心。

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。

PCB电路板加工异常状况分析
【PCB信息网】 PCB电路板加工的过程中难免会遇到几个残次品，有可能是机器失误造成的，也有可能是人为原因，例如有时候会出现一种被称为孔破状态的异常情况，成因要具体情况具体分析。

如果孔破状态是点状分布而非整圈断路的现象，就称为点状孔破，也有人称它为“楔型孔破”。常见产生原因，来自于除胶渣制程处理不良所致。PCB电路板加工时除胶渣制程会行膨松剂处理，之后进行强氧化剂「高锰酸盐」的侵蚀作业，这个过程会清除胶渣并产生微孔结构。经过清除过程所残留下来的氧化剂，就依靠还原剂清除，典型配方采用酸性液体处理。

由于胶渣处理后，并不会再看到有残胶渣问题，大家常忽略了对还原酸液的监控，这就可能让氧化剂留在孔壁面上。之后电路板进入化学铜制程，经过整孔剂处理后电路板会进行微蚀处理，这时残留的氧化剂再度受到酸浸泡而让残留氧化剂区的树脂剥落，同时也等于将整孔剂破坏了。



受到破坏的孔壁，在后续钯胶体及化学铜处理就不会发生反应，这些区域就呈现出无铜析出现象。基础没有建立，电镀铜当然就无法完整覆盖而产生点状孔破。这类问题已经在不少电路板厂在进行电路板加工的时候发生过，多留意除胶渣制程还原步骤药水监控应该就可以改善。

PCB电路板加工过程中的每一个环节都需要我们严格把控，因为化学反应有时候会在我们不注意的角落慢慢发生，从而破坏整个电路。这种孔破状态大家要警惕了。

裸板（上头没有零件）也常被称为"印刷线路板Printed Wiring Board（PWB）"。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线（conductor pattern）或称布线，并用来提供PCB板上零件的电路连接。

通常PCB板的颜色都是绿色或是棕色，这是阻焊（solder mask）的颜色。是绝缘的防护层，可以保护铜线，也防止波焊时造成的短路，并节省焊锡之用量。在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面（silk screen）。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面（legend）。

在制成终产品时，其上会安装集成电路、电晶体、二极管、被动元件（如：电阻、电容、连接器等）及其他各种各样的电子零件。借着导线连通，可以形成电子讯号连结及应有机能。

PCB多层板制作工艺流程介绍
单双面板：按设计优化的大小进行开料 →打磨处理 → 钻孔 →压合电路板 → 电镀盲孔 → 做外层线路 → 线路油印刷 → 烤箱烘干 → smooth化处理 → 曝光机曝光(菲林定位)→暗室内显影机上显影→蚀刻etching → 印绿油 → 烘烤 →印白字、字符 → 锣边 →开短路功能测试→ 进入FQC→ 终检、目检 →清洗后真空包装。

多层电路板：压合之前需要自动光检和目检才能进入压合机进行排版压合(在真空的环境下)→ 排在固定大小模中 → 2小时冷压、2小时热压 →分割拆边 → 按设计优化的大小进行开料 → 打磨处理 →钻孔 →压合电路板 → 电镀盲孔 → 做外层线路 → 线路油印刷 → 烤箱烘干 → smooth化处理 → 曝光机曝光(菲林定位)→暗室内显影机上显影→蚀刻etching → 印绿油→ 烘烤→ 印白字、字符 → 锣边 →开短路功能测试 →进入FQC →终检、目检 →清洗后真空包装。

PCB电路板的各层作用简要介绍如下：

⑴信号层：主要用来放置元器件或布线。Protel DXP通常包含30个中间层，即Mid Layer1~Mid Layer30，中间层用来布置信号线，顶层和底层用来放置元器件或敷铜。
⑵防护层：主要用来确保电路板上不需要镀锡的地方不被镀锡，从而电路板运行的可靠性。其中Top Paste和Bottom Paste分别为顶层阻焊层和底层阻焊层;Top Solder和Bottom Solder分别为锡膏防护层和底层锡膏防护层。
⑶丝印层：主要用来在电路板上印上元器件的流水号、生产编号、公司名称等。
⑷内部层：主要用来作为信号布线层，Protel DXP包含16个内部层。　
　
⑸其他层：主要包括4种类型的层。
Drill Guide(钻孔方位层)：主要用于印刷电路板上钻孔的位置。
Keep-Out Layer(禁止布线层)：主要用于绘制电路板的电气边框。
Drill Drawing(钻孔绘图层)：主要用于设定钻孔形状。
Multi-Layer(多层)：主要用于设置多面层。

PCB板不同材质区别：
材料的燃烧性,又称阻燃性,自熄性耐燃性,难燃性,耐火性,可燃性等燃烧性是评定材料具有何种耐抗燃烧的能力。

燃性材料样品以符合要求的火焰点燃,经规定的时间移去火焰,根据试样燃烧的程度来评定燃烧性等级,共分三级,试样水平放置为水平试验法,分为 FH1,FH2,FH3 三级,试样垂直放置为垂直试验法分为 FV0,FV1,VF2 级。

固 PCB 板材有 HB 板材和 V0 板材之分。



HB 板材阻燃性低，多用于单面板，

VO 板材阻燃性高，多用于双面板及多层板

符合 V-1 防火等级要求的这一类 PCB 板材成为 FR-4 板材。

V-0,V-1,V-2 为防火等级。





电路板耐燃，在一定温度下不能燃烧，只能软化。这时的温度点就叫做玻璃态转化温度(Tg 点)，这个值关系到 PCB 板的尺寸安定性。



什么是高 Tg PCB 线路板及使用高 Tg PCB 的优点？

高 Tg 印制板当温度升高到某一区域时，基板将由"玻璃态”转变为“橡胶态”，此时的温度称为该板的玻璃化温度(Tg)。也就是说，Tg 是基材保持刚性的高温。



PCB 板材具体有那些类型？

按档次级别从底到高划分如下：

94HB － 94VO － 22F － CEM-1 － CEM-3 － FR-4

详细介绍如下：

94HB：普通纸板，不防火（低档的材料，模冲孔，不能做电源板）

94V0：阻燃纸板 （模冲孔）

22F：单面半玻纤板（模冲孔）

CEM-1：单面玻纤板（要电脑钻孔，不能模冲）

CEM-3：双面半玻纤板（除双面纸板外属于双面板低端的材料，简单的

双面板可以用这种料，比 FR-4 会便宜 5~10 元/平米）

FR-4: 双面玻纤板





电路板耐燃，在一定温度下不能燃烧，只能软化。这时的温度点就叫做玻璃态转化温度(Tg 点)，这个值关系到 PCB 板的尺寸安定性。

什么是高 Tg PCB 线路板及使用高 Tg PCB 的优点高 Tg 印制板当温度升高到某一区域时，基板将由"玻璃态”转变为“橡胶态”，此

时的温度称为该板的玻璃化温度(Tg)。也就是说，Tg 是基材保持刚性的高温度(℃)。也就是说普通 PCB 基板材料在高温下，不但产生软化、变形、熔融等现象，同时还表现在机械、电气特性的急剧下降（我想大家不想看 pcb 板的分类见自己的产品出现这种情况）。



一般 Tg 的板材为 130 度以上，高 Tg 一般大于 170 度，中等 Tg 约大于 150度。

通常 Tg≥170℃的 PCB 印制板，称作高 Tg 印制板。

基板的 Tg 提高了，印制板的耐热性、耐潮湿性、耐化学性、耐稳定性等特征都会提高和改善。TG 值越高，板材的耐温度性能越好，尤其在无铅制程中，高Tg 应用比较多。

高 Tg 指的是高耐热性。随着电子工业的飞跃发展，特别是以计算机为代表的电子产品，向着高功能化、高多层化发展，需要 PCB 基板材料的更高的耐热性作为重要的。以 SMT、CMT 为代表的高密度安装技术的出现和发展，使PCB 在小孔径、精细线路化、薄型化方面，越来越离不开基板高耐热性的支持。

所以一般的 FR-4 与高 Tg 的 FR-4 的区别：是在热态下，特别是在吸湿后受

热下，其材料的机械强度、尺寸稳定性、粘接性、吸水性、热分解性、热膨胀性等各种情况存在差异，高 Tg 产品明显要好于普通的 PCB 基板材料。

近年来，要求制作高 Tg 印制板的客户逐年增多。





随着电子技术的发展和不断进步，对印制板基板材料不断提出新要求，从而，促进覆铜箔板标准的不断发展。目前，基板材料的主要标准如下。



①国家标准目前，我国有关基板材料 pcb 板的分类的国家标准有 GB／

T4721—47221992 及 GB4723—4725—1992，中国台湾地区的覆铜箔板标准为CNS 标准，是以日本 JIs 标准为蓝本制定的，于 1983 年发布。



②其他国家标准主要标准有：日本的 JIS 标准，美国的 ASTM、NEMA、MIL、IPc、ANSI、UL 标准，英国的 Bs 标准，德国的 DIN、VDE 标准，法国的 NFC、UTE 标准，加拿大的 CSA 标准，澳大利亚的 AS 标准，前苏联的 FOCT 标准，国际的 IEC 标准等



原 PCB 设计材料的供应商，大家常见与常用到的就有：生益＼建涛＼国际等等

● 接受文件 ：protel autocad powerpcb orcad gerber 或实板抄板等

● 板材种类 ：CEM-1,CEM-3 FR4,高 TG 料；

● 大板面尺寸 ：600mm*700mm(24000mil*27500mil)

● 加工板厚度 ：0.4mm-4.0mm(15.75mil-157.5mil)

● 高加工层数 ：16Layers

● 铜箔层厚度 ：0.5-4.0(oz)

● 成品板厚公差 ：+/-0.1mm(4mil)

● 成型尺寸公差 ：电脑铣：0.15mm(6mil) 模具冲板：0.10mm(4mil)

● 小线宽/间距：0.1mm(4mil) 线宽控制能力 ：＜+-20％

● 成品小钻孔孔径 ：0.25mm(10mil)

成品小冲孔孔径 ：0.9mm(35mil)

成品孔径公差 ：PTH ：+-0.075mm(3mil)

NPTH：+-0.05mm(2mil)

● 成品孔壁铜厚 ：18-25um（0.71-0.99mil）

● 小 SMT 贴片间距 ：0.15mm(6mil)

● 表面涂覆 ：化学沉金、喷锡、整板镀镍金（水/软金）、丝印兰胶等

● 板上阻焊膜厚度 ：10-30μm(0.4-1.2mil)

● 抗剥强度 ：1.5N/mm（59N/mil）

● 阻焊膜硬度 ：＞5H

● 阻焊塞孔能力 ：0.3-0.8mm(12mil-30mil)

● 介质常数 ：ε= 2.1-10.0

● 绝缘电阻 ：10KΩ-20MΩ

● 特性阻抗 ：60 ohm±10％

● 热冲击 ：288℃，10 sec

● 成品板翘曲度 ：〈 0.7％

● 产品应用：通信器材、汽车电子、仪器仪表、定位系统、计算机、MP4、电源、家电等



按照PCB板增强材料一般分为以下几种：

1、酚醛PCB纸基板

因为这种PCB板由纸浆木浆等组成，因此有时候也成为纸板、V0板、阻燃板以及94HB等，它的主要材料是木浆纤维纸，经过酚醛树脂加压并合成的一种PCB板。

这种纸基板特点是不防火，可进行冲孔加工﹑成本低﹑价格便宜﹐相对密度小。酚醛纸基板我们经常看见的有XPC、FR-1、FR-2、FE-3等。而94V0属于阻燃纸板，是防火的。

2、复合PCB基板

这种也成为粉板, 以木浆纤维纸或棉浆纤维纸为增强材料﹐同时辅以玻璃纤维布作表层增强材料﹐两种材料用阻燃环氧树脂制作而成。有单面半玻纤22F、CEM-1以及双面半玻纤板CEM-3等，其中CEM-1和CEM-3这两中是目前常见的复合基覆铜板。

3、玻纤PCB基板

有时候也成为环氧板、玻纤板、 FR4、纤维板等﹐它是以环氧树脂作粘合剂﹐同时用玻璃纤维布作增强材料。这种电路板工作温度较高﹐受环境影响很小、在双面PCB经常用这种板﹐但是价格相对复合PCB基板价格贵,常用厚度1.6MM。这种基板适合于各种电源板、高层线路板，在计算机及外围设备、通讯设备等应用广泛。