PCB中小批量加工

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。

PCB多层板解析
多层板的定义：
PCB多层板是指用于电器产品中的多层线路板,多层板用上了更多单面板或双面板的布线板。用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印刷线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板了，也称为多层印刷线路板。



随着SMT（表面安装技术）的不断发展，以及新一代SMD（表面安装器件）的不断推出，如QFP、QFN、CSP、BGA（特别是MBGA），使电子产品更加智能化、小型化，因而推动了PCB工业技术的重大改革和进步。自1991年IBM公司成功开发出高密度多层板（SLC）以来，各国各大集团也相继开发出各种各样的高密度互连（HDI）微孔板。这些加工技术的迅猛发展，促使了PCB的设计已逐渐向多层、高密度布线的方向发展。多层印制板以其设计灵活、稳定可靠的电气性能和的经济性能，现已广泛应用于电子产品的生产制造中。


PCB多层板与单面板、双面板大的不同就是增加了内部电源层（保持内电层）和接地层，电源和地线网络主要在电源层上布线。但是，多层板布线主要还是以顶层和底层为主，以中间布线层为辅。因此，多层板的设计与双面板的设计方法基本相同，其关键在于如何优化内电层的布线，使电路板的布线更合理，电磁兼容性更好。

多层板的结构：

层压，顾名思义，就是把各层线路薄板粘合成一个整体的工艺。其整个过程，包括吻压、全压、冷压。在吻压阶段，树脂浸润粘合面并填充线路中的空隙，然后进入全压，把所有的空隙粘合。所谓冷压，就是使线路板快速冷却，并使尺寸保持稳定。



层压工艺需要注意的事项，在设计上，符合层压要求的内层芯板，主要是厚度、外形尺寸、的定位孔等，需要按照具体的要求进行设计，总体上内层芯板要求无开、短、断路，无氧化，无残留膜。

其次，多层板层压时，需对内层芯板进行处理，处理的工艺有黑氧化处理和棕化处理。氧化处理是在内层铜箔上形成一层黑色氧化膜，棕化处理工艺是在内层铜箔上形成一层有机膜。

后，在进行层压时，需要注意温度、压力、时间三大问题。温度，主要是注意树脂的熔融温度和固化温度、热盘设定温度、材料实际温度及升温的速度变化等，这些参数都需要注意。至于压力方面，以树脂填充层间空洞，排尽层间气体和挥发物为基本原则。时间参数，主要是加压时机的控制、升温时机的控制、凝胶时间等方面。

多层板进行阻抗、层叠设计考虑的基本原则有哪些？

在进行阻抗、层叠设计的时候，主要的依据就是PCB板厚、层数、阻抗值要求、电流的大小、信号完整性、电源完整性等，一般参考的原则如下：
叠层具有对称性；
l 阻抗具有连续性；
l 元器件面下面参考层尽量是完整的地或者电源(一般是第二层或者倒数第二层)；
l 电源平面与地平面紧耦合；
l 信号层尽量靠近参考平面层；
l 两个相邻的信号层之间尽量拉大间距。走线为正交；
l 信号上下两个参考层为地和电源，尽量拉近信号层与地层的距离；
l 差分信号的间距≤2倍的线宽；
l 板层之间的半固化片≤3张；
l 次外层至少有一张7628或者2116或者3313；
l 半固化片使用顺序7628→2116→3313→1080→106。

FPC挠性印制电路板加工工艺知识
一、FPC挠性印制电路板概述
印制电路板是电子行业的基础产品，广泛应用于通讯设备、计算机、汽车电子和工业装备及各种家用电器等电子产品，其主要功能是支撑电路元件和互连电路元件。FPC挠性印制电路板是印制电路板中一个大类，如图1、图2。根据FPC挠性印制电路板的结构，按导体层数可分为单面板、双面板、多层板。

1、FPC柔性电路板的挠曲性和可靠性

目前FPC柔性电路板有：单面、双面、多层柔性板和刚柔性板四种。

①单面柔性板是成本低，当对电性能要求不高的印制板。在单面布线时，应当选用单面柔性板。其具有一层化学蚀刻出的导电图形，在柔性绝缘基材面上的导电图形层为压延铜箔。绝缘基材可以是聚酰亚胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯，芳酰胺纤维酯和聚氯乙烯。



②双面柔性板是在绝缘基膜的两面各有一层蚀刻制成的导电图形。金属化孔将绝缘材料两面的图形连接形成导电通路，以满足挠曲性的设计和使用功能。而覆盖膜可以保护单、双面导线并指示元件安放的位置。



③多层柔性板是将3层或更多层的单面或双面FPC柔性电路板层压在一起，通过钻孑L、电镀形成金属化孔，在不同层间形成导电通路。这样，不需采用复杂的焊接工艺。多层电路在更高可靠性，更好的热传导性和更方便的装配性能方面具有的功能差异。在设计布局时，应当考虑到装配尺寸、层数与挠性的相互影响。



④传统的刚柔性板是由刚性和柔性基板有选择地层压在一起组成的。结构紧密，以金属化孑L形成导电连接。如果一个印制板正、反面都有元件，刚柔性板是一种很好的选择。但如果所有的元件都在一面的话，选用双面柔性板，并在其背面层压上一层FR4增强材料，会更经济。



⑤混合结构的FPC柔性电路板是一种多层板，导电层由不同金属构成。一个8层板使用FR-4作为内层的介质，使用聚酰亚胺作为外层的介质，从主板的三个不同方向伸出引线，每根引线由不同的金属制成。康铜合金、铜和金分别作立的引线。这种混合结构大多用在电信号转换与热量转换的关系及电性能比较苛刻的低温情况下，是惟一可行的解决方法。



可通过内连设计的方便程度和总成本进行评价，以达到佳的性能价格比。



2、FPC柔性电路板的经济性

如果电路设计相对简单，总体积不大，而且空间适宜，传统的内连方式大多要便宜很多。如果线路复杂，处理许多信号或者有特殊的电学或力学性能要求，FPC柔性电路板是一种较好的设计选择。当应用的尺寸和性能超出刚性电路的能力时，柔性组装方式是经济的。在一张薄膜上可制成内带5mil通孔的12mil焊盘及3mil线条和间距的FPC柔性电路板。因此，在薄膜上直接贴装芯片更为可靠。因为不含可能是离子钻污源的阻燃剂。这些薄膜可能具有防护性，并在较高的温度下固化，得到较高的玻璃化温度。柔性材料比起刚性材料节省成本的原因是免除了接插件。



高成本的原材料是FPC柔性电路板价格居高的主要原因。原材料的价格差别较大，成本低的聚酯FPC柔性电路板所用原材料的成本是刚性电路所用原材料的1．5倍；的聚酰亚胺FPC柔性电路板则高达4倍或更高。同时，材料的挠性使其在制造过程中不易进行自动化加工处理，从而导致产量下降；在后的装配过程中易出现缺陷，这些缺陷包括剥下挠性附件、线条断裂。当设计不适合应用时，这类情况更容易发生。在弯曲或成型引起的高应力下，常常需选择增强材料或加固材料。尽管其原料成本高，制造麻烦，但是可折叠、可弯曲以及多层拼板功能，会使整体组件尺寸减小，所用材料随之减少，使总的组装成本降低。



FPC柔性电路板产业正处于规模小但迅猛发展之中。聚合物厚膜法是一种、低成本的生产工艺。该工艺在廉价的柔性基材上，选择性地网印导电聚合物油墨。其代表性的柔性基材为PET。聚合物厚膜法导体包括丝印金属填料或碳粉填料。聚合物厚膜法本身很清洁，使用无铅的SMT胶黏剂，不必蚀刻。因其使用加成工艺且基材成本低，聚合物厚膜法电路是铜聚酰亚胺薄膜电路价格的1／10；是刚性电路板价格的1／2～1／3。聚合物厚膜法尤其适用于设备的控制面板。在移动电话和其他的便携产品上，聚合物厚膜法适合将印制电路主板上的元件、开关和照明器件转变成聚合物厚膜法电路。既节省成本，又减少能源消耗。



一般说来，FPC柔性电路板的确比刚性电路的花费大，成本较高。柔性板在制造时，许多情况下不得不面对这样一个事实，许多的参数超出了公差范围。制造FPC柔性电路板的难处就在于材料的挠性，下面看下工艺。

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。