ROGERS4350B高频板加工

PCB高频板的定义：
高频板是指电磁频率较高的特种线路板，用于高频率（频率大于300MHZ或者波长小于1米）与微波（频率大于3GHZ或者波长小于0.1米）领域的PCB，是在微波基材覆铜板上利用普通刚性线路板制造方法的部分工序或者采用特殊处理方法而生产的电路板。一般来说，高频板可定义为频率在1GHz以上线路板。



随着科学技术的快速发展，越来越多的设备设计是在微波频段（＞1GHZ）甚至与毫米波领域（77GHZ）以上的应用（例如现在很火的车载77GHz毫米波天线），这也意味着频率越来越高，对线路板的基材的要求也越来越高。比如说基板材料需要具有优良的电性能，良好的化学稳定性，随电源信号频率的增加在基材上的损失要求非常小，所以高频板材的重要性就凸现出来了。

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。

ESD产生的机理

一个允电的导体接近另一个导时,两个导体之间会建立一个很强的电场,产生由电场引起的击穿。当两个导体之间的电压超过它们之间空气和绝缘介质的击穿电压时,就会产生ESD电弧。在0.7ns到10ns的时间里,ESD电弧电流会达到几十安培甚至超过100A。ESD电弧会产生一个频率范围在1MHz~500MHz的强磁场,并感性耦合到邻近的每一个布线环路,在距离ESD电弧10cm范围产生15A以上的电流,4KV以上的高压。ESD电弧将一直维持到两个导体接触短路或者电流低到不能维持电弧为止。

抗ESD的PCB布局与布线设计

尽可能使用多层PCB板结构,在PCB板内层布置的电源和地平面。采用旁路和退耦电容。尽量将每一个信号层都紧靠一个电源层或地线层,对于顶层和底层表面都有元器件、具有很短连接线以及许多填充地的高密度PCB,可以考虑使用内层走线。

确保每一个功能电路和各功能电路之间的元器件布局尽可能紧凑,对易受ESD影响的电路或敏感元器件,应该放在靠近PCB板中心的区域,这样其它的电路可以为它们提供一定的屏蔽作用。在能被ESD直接击中的区域,每一个信号线附近都要布一条地线。

在ESD容易进入的设备I/0接口处以及人手经常需要触摸或操作的位置,比如复位键、通讯口、开/关机键、功能按键等。通常在接收端放置瞬态保护器、串联电阻或磁珠。

要确保信号线尽可能短,信号线的长度大于12inch(30cm)时,一定要平行布一条地线。

确保信号线和相应回路之间的环路面积尽可能小,对于长信号每隔几厘米或几英寸调换信号线和地线的位置来减小环路面积。

确保电源和地之间的环路面积尽可能小,在靠近集成电路芯片(IC)每一个电源管脚的地方放置一个高频电容。

在可能的情况下,要用地填充未使用的区域,每隔<2inch(5cm)距离将所有层的填充地连起来。

电源或地平面上开口长度超过8mm时,要用窄的导线将开口两侧连接起来。

复位线、中断信号线、或者边沿触发信号线不能布置在靠近PCB板边沿的地方。

在PCB板的整个外围四周布置环形地通路，尽可能使所有层的环形地宽度大于100mil。每隔500mil用过孔将所有层的环形地连接起来，信号线距离环形地>20mil(0.5mm)。

PCB多层板和堆叠规则

1、每个PCB都需要良好的基础：组装说明

PCB的基础方面包括介电材料，铜和走线尺寸以及机械层或尺寸层。用作电介质的材料为PCB提供了两个基本功能。当我们构建能够处理高速信号的复杂PCB时，介电材料会隔离在PCB相邻层上发现的信号。PCB的稳定性取决于整个平面上电介质的一致阻抗以及在宽频率范围内的一致阻抗。

尽管看起来铜作为导体很明显，但还存在其他功能。铜的不同重量和厚度会影响电路实现正确电流量和定义损耗量的能力。就接地层和电源层而言，铜层的质量会影响接地层的阻抗和电源层的热导率。使差分信号对的厚度和长度相匹配可以巩固电路的稳定性和完整性，尤其是对于高频信号而言。

物理尺寸线、尺寸标记、数据表、切口信息、通孔信息、工具信息和组装说明不仅描述了机械层或尺寸层，而且还充当了PCB基础的度量。组装信息控制电子部件的安装和位置。由于“印制电路组装”过程将功能组件连接到PCB上的走线，因此组装过程要求设计团队专注于信号管理、热管理、焊盘放置、电气和机械组装规则之间的关系，以及组件的物理安装符合机械要求。

每个PCB设计都需要IPC-2581中的组装文档。其他文件包括物料清单、Gerber数据、CAD数据、示意图、制造图、注释、装配图、任何测试规格、任何质量规格以及所有法规要求。这些文档中包含的准确性和细节减少了设计过程中任何出现错误的机会。

2、遵循的规则：排除和布线层

在房屋中安装电线的电工遵守规则，以确保电线不会出现急剧弯曲或变得易受用于安装石膏板的钉子或螺钉影响。使电线穿过双头螺栓墙需要以一致的方式来确定布线路径的深度和高度。

保持层和布线层为PCB设计建立了相同的约束条件。保持层定义了设计软件的物理约束（例如组件放置或机械间隙）或电气约束（例如布线保持）。布线层建立组件之间的互连。根据PCB的应用和类型，可以在PCB的顶层和底层或内部层中放置布线层。

为接地平面和电源平面寻找空间

每个房屋都有一个主要的电气服务面板或负载中心，可以接收来自公用事业公司的进来的电力，并将电力分配给为灯、插座、电器和设备供电的电路。PCB的接地层和电源层通过将电路接地和将不同的板上电压分配给组件来提供相同的功能。与服务面板一样，电源和接地层可以包含多个铜段，这些铜段允许电路和子电路连接到不同的电位。

保护电路板，保护走线

的房屋油漆工会仔细记录天花板，墙壁和装饰的颜色和饰面。在PCB上，丝网印刷层使用文本来顶层和底层上组件的位置。通过丝网印刷获得信息可以使设计团队免于引用装配文件。

由房屋油漆工施加的底漆，油漆，污渍和清漆可添加引人入胜的颜色和纹理。此外，这些表面处理可以保护表面不致变质。同样，当某种类型的碎屑落在走线上时，PCB上的薄阻焊层可帮助PCB防止走线短路。

3、PCB叠层规则

随着PCB技术的改进和消费者对更快，更强大产品的需求的增加，PCB已从基本的两层板变为具有四，六层以及多达十至三十层的电介质和导体的板。为什么要增加层数？拥有更多的层可以提高电路板分配功率，减少串扰，消除电磁干扰并支持高速信号的能力。用于PCB的层数取决于应用、工作频率、引脚密度和信号层要求。
通过两层堆叠，顶层（即第1层）用作信号层。四层堆叠使用顶层和底层（或第1层和第4层）作为信号层，在此配置中，第2层和第3层用作平面。预浸料层将两个或多个双面板粘合在一起，并充当层之间的电介质。六层PCB增加了两层铜层，第二层和第五层作为平面。第1、3、4和6层承载信号。

继续前进到六层的结构，内层二三（当为双面板）和四五（当为双面板）为芯板层，芯板之间夹半固化片（PP）。由于半固化片材料尚未完全固化，因此材料比芯材柔软。PCB制造过程将热量和压力施加到整个堆叠体上，并使半固化片和纤芯熔化，以便各层可以粘结在一起。

多层板为堆叠增加了更多的铜层和电介质层。在八层PCB中，电介质的七个内部行将四个平面层和四个信号层粘合在一起。十到十二层板增加了电介质层的数量，保留了四个平面层，并增加了信号层的数量。