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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多层板表面处理方式分类：
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。

FPC柔性电路板基础知识

柔性电路板（Flexible Printed Circuit 简称FPC）是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，的可挠性印刷电路板。具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。

柔性电路板（FlexiblePrintedCircuit，FPC），又称软性电路板、挠性电路板，其以质量轻、厚度薄、可自由弯曲折叠等优良特性而备受青睐…，但国内有关FPC的质量检测还主要依靠人工目测，成本高且效率低。而随着电子产业飞速发展，电路板设计越来越趋于、高密度化，传统的人工检测方法已无法满足生产需求，FPC缺陷自动化检测成为产业发展必然趋势。

柔性电路（FPC）是上世纪70年代美国为发展航天火箭技术发展而来的技术，是以聚脂薄膜或聚酰亚胺为基材制成的一种具有高度可靠性，曲挠性的印刷电路，通过在可弯曲的轻薄塑料片上，嵌入电路设计，使在窄小和有限空间中堆嵌大量精密元件，从而形成可弯曲的挠性电路。此种电路可随意弯曲、折迭重量轻，体积小，散热性好，安装方便，冲破了传统的互连技术。在柔性电路的结构中，组成的材料是是绝缘薄膜、导体和粘接剂。

组成材料

1、绝缘薄膜

绝缘薄膜形成了电路的基础层，粘接剂将铜箔粘接至了绝缘层上。在多层设计中，它再与内层粘接在一起。它们也被用作防护性覆盖，以使电路与灰尘和潮湿相隔绝，并且能够降低在挠曲期间的应力，铜箔形成了导电层。

在一些柔性电路中，采用了由铝材或者不锈钢所形成的刚性构件，它们能够提供尺寸的稳定性，为元器件和导线的安置提供了物理支撑，以及应力的释放。粘接剂将刚性构件和柔性电路粘接在了一起。另外还有一种材料有时也被应用于柔性电路之中，它就是粘接层片，它是在绝缘薄膜的两侧面上涂覆有粘接剂而形成。粘接层片提供了环境防护和电子绝缘功能，并且能够消除一层薄膜，以及具有粘接层数较少的多层的能力。

绝缘薄膜材料有许多种类，但是为常用的是聚酷亚胺和聚酯材料。目前在美国所有柔性电路制造商中接近80%使用聚酰亚胺薄膜材料，另外约20%采用了聚酯薄膜材料。聚酰亚胺材料具有非易燃性，几何尺寸稳定，具有较高的抗扯强度，并且具有承受焊接温度的能力，聚酯，也称为聚乙烯双苯二甲酸盐（Polyethyleneterephthalate简称：PET），其物理性能类似于聚酰亚胺，具有较低的介电常数，吸收的潮湿很小，但是不耐高温。

聚酯的熔化点为250℃，玻璃转化温度（Tg）为80℃，这限制了它们在要求进行大量端部焊接的应用场合的使用。在低温应用场合，它们呈现出刚性。尽管如此，它们还是适合于使用在诸如电话和其它无需暴露在恶劣环境中使用的产品上。聚酰亚胺绝缘薄膜通常与聚酰亚胺或者丙烯酸粘接剂相结合，聚酯绝缘材料一般是与聚酯粘接剂相结合。与具有相同特性的材料相结合的优点，在干焊接好了以后，或者经多次层压循环操作以后，能够具有尺寸的稳定性。在粘接剂中其它的重要特性是较低的介电常数、较高的绝缘阻值、高的玻璃转化温度和低的吸潮率。

2、导体

铜箔适合于使用在柔性电路之中，它可以采用电淀积（Electrodeposited简称：ED），或者镀制。采用电淀积的铜箔一侧表面具有光泽，而另一侧被加工的表面暗淡无光泽。它是具有柔顺性的材料，可以被制成许多种厚度和宽度，ED铜箔的无光泽一侧，常常经特别处理后改善其粘接能力。锻制铜箔除了具有柔韧性以外，还具有硬质平滑的特点，它适合于应用在要求动态挠曲的场合之中。

3、粘接剂

粘接剂除了用于将绝缘薄膜粘接至导电材料上以外，它也可用作覆盖层，作为防护性涂覆，以及覆盖性涂覆。两者之间的主要差异在于所使用的应用方式，覆盖层粘接覆盖绝缘薄膜是为了形成叠层构造的电路。粘接剂的覆盖涂覆所采用的筛网印刷技术。不是所有的叠层结构均包含粘接剂，没有粘接剂的叠层形成了更薄的电路和更大的柔顺性。它与采用粘接剂为基础的叠层构造相比较，具有更佳的导热率。由于无粘接剂柔性电路的薄型结构特点，以及由于消除了粘接剂的热阻，从而提高了导热率，它可以使用在基于粘接剂叠层结构的柔性电路无法使用的工作环境之中。

产前处理

在生产过程中，为了防止开短路过多而引起良率过低或减少钻孔、压延、切割等粗工艺问题而导致的FPC板报废、补料的问题，及评估如何选材方能达到客户使用的佳效果的柔性线路板，产前预处理显得尤其重要。

产前预处理，需要处理的有三个方面，这三个方面都是由工程师完成。是FPC板工程评估，主要是评估客户的FPC板是否能生产，公司的生产能力是否能满足客户的制板要求以及单位成本；如果工程评估通过，接下来则需要马上备料，满足各个生产环节的原材料供给，后，工程师对：客户的CAD结构图、gerber线路资料等工程文件进行处理，以适合生产设备的生产环境与生产规格，然后将生产图纸及MI（工程流程卡）等资料下放给生产部及文控、采购等各个部门，进入常规生产流程。

生产流程

双面板制

开料→ 钻孔→ PTH → 电镀→ 前处理→ 贴干膜 → 对位→曝光→ 显影 → 图形电镀 → 脱膜 → 前处理→ 贴干膜 →对位曝光→ 显影 →蚀刻 → 脱膜→ 表面处理 → 贴覆盖膜 → 压制 → 固化→ 沉镍金→ 印字符→ 剪切→ 电测 → 冲切→ 终检→包装 → 出货

单面板制

开料→ 钻孔→贴干膜 → 对位→曝光→ 显影 →蚀刻 → 脱膜→ 表面处理 → 贴覆盖膜 → 压制 → 固化→表面处理→沉镍金→ 印字符→ 剪切→ 电测 → 冲切→ 终检→包装 → 出货

特性

1、短：组装工时短

所有线路都配置完成。省去多余排线的连接工作

2、小：体积比PCB小

可以有效降低产品体积。增加携带上的便利性

3、轻：重量比 PCB （硬板）轻

可以减少终产品的重量

4、薄：厚度比PCB薄

可以提高柔软度。加强再有限空间内作三度空间的组装

铜箔基板（Copper Film）

铜箔：基本分成电解铜与压延铜两种。 厚度上常见的为1oz 1/2oz 和 1/3 oz

基板胶片：常见的厚度有1mil与1/2mil两种。

胶（接着剂）：厚度依客户要求而决定。

覆盖膜保护胶片（Cover Film）

覆盖膜保护胶片：表面绝缘用。 常见的厚度有1mil与1/2mil.

胶（接着剂）：厚度依客户要求而决定。

离形纸：避免接着剂在压着前沾附异物；便于作业。

补强板（PI Stiffener Film）

补强板： 补强FPC的机械强度，方便表面实装作业。常见的厚度有3mil到9mil.

胶（接着剂）：厚度依客户要求而决定。

离形纸：避免接着剂在压着前沾附异物。

EMI：电磁屏蔽膜，保护线路板内线路不受外界（强电磁区或易受干扰区）干扰。

优缺点

多层线路板的优点：组装密度高、体积小、质量轻，因为高密度装配、部件（包括零部件）间的连线减少，从而增加了可靠性；能增加接线层，然后增加设计弹性；也可以构成电路的阻抗，可形成具有一定的高速传输电路，可以设定电路、电磁屏蔽层，还可安装金属芯层满足特殊热隔热等功能与需求；安装方便、可靠性高。

多层pcb板的缺点（不合格）：成本高、周期长；需要高可靠性检验方法。多层印制电路是电子技术、多功能、高速度、小体积大容量方向的产物。随着电子技术的发展，特别是大规模和超大规模集成电路的广泛应用，多层印制电路密度较高的快速、、高数改变方向出现细纹。

如何为柔性线路板（FPC板）选用保护膜？

柔性线路板FPC板上用什么保护膜来保护呢？既要防尘防污防静电，又要有效贴合板面，防静电PET保护膜合适。



　　柔性电路板保护膜



　　柔性电路板又称“软板”，即FPC板。是用柔性的绝缘基材制成的印刷电路。柔性电路提供优良的电性能，能满足更小型和更高密度安装的设计需要，也有助于减少组装工序和增强可靠性。柔性电路板是满足电子产品小型化和移动要求的惟一解决方法。可以自由弯曲、卷绕、折叠，可以承受数百万次的动态弯曲而不损坏导线，可依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配和导线连接的一体化;柔性电路板可大大缩小电子产品的体积和重量，适用电子产品向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。



　　因此，FPC板在航天、军事、移动通讯、手提电脑、计算机外设、PDA、数字相机等领域或产品上得到了广泛的应用。



　　但是FPC板在生产过程中很容易出现静电击穿现象。目前解决这一问题主要依靠市面上防静电台垫，而该产品靠静电剂内添并迁移到台垫表面，然后吸收空气水分子形成导电通路，从而对FPC板有防静电效果，同时该产品易受空气、湿度等环境因素影响，静电排放效果差。尤其在北方气候干燥地区，表面电阻值升高，随着时间推移，防静电指标衰减越来越快，造成静电排放不稳定，这样容易击穿FPC板上线路芯片，造成设备运行损坏。同时，该产品又不能随同FPC板搬运，不能起到随时防护作用。在应用环节上缺陷已十分明显，已不能满足目前FPC板发展技术的要求。



　　现FPC板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。



　　防静电PET保护膜应用在“柔性线路板”上市场前景十分广阔，性能：透明防静电PET保护膜比较柔软，与FPC板硬度差不多，并且透明到可以观察到FPC表面工艺要求，而且又不与外界空气接触，当然也不会产生静电及粉尘。由于防静电保护膜两边都有防静电涂层，因此在与FPC板分离时又不会产生静电，当然也不会击穿FPC板上线路的芯片。这既解决了FPC板运输途中静电产生，同时又能进行粘合并且透明又不受空气、湿度等环境因素的影响。产品可广泛应用于半导体工业、LCD工业、电子装备及微电子设备业、电子电气、通讯制造、精密仪器、光学制造、医药工业及生物工程等行业工业领域以及高铁车厢、医院、家庭、办公领域，用于工业生产车间、试验室、机房，以及医院手术室、CT、X射线室、CCU、ICU病房等的地板、工作台面、墙面板等。

影响FPC柔性电路板的价格，有哪些因素？

一、柔性电路板所用材料不同造成价格的多样性



以普通双面板为例，板料一般有PET，PI等，板厚从0.0125mm到0.10mm不等，铜厚从1/2Oz到3Oz不同,所有这些在板料一项上就造成了的价格差异；材料的品牌不同也存在着一定的价格差,因而材料的不同造成了价格的多样性。材料一般包括PI FCCl 铜箔补强材料辅材（NC垫板黑化镀铜包装材料等)等组成。


二、柔性电路板所采用生产工艺的不同造成价格的多样性

不同的生产工艺会造成不同的成本。如镀金板与喷锡板，制作外形的精度，采用丝印线路与干膜线路等都会形成不同的成本，导致价格的多样性。

三、柔性电路板本身难度不同造成的价格多样性

即使材料相同，工艺相同，但柔性电路板本身难度不同也会造成不同的成本。如两种线路板上都有1000个孔，一块板孔径都大于0.6mm与另一块板孔径均小于0.6mm就会形成不同的钻孔成本；如两种线路板其他相同，但线宽线距不同，一种均大于0.15mm，一种均小于0.15mm，也会造成不同的生产成本，因为难度大的板报废率较高，必然成本加大，进而造成价格的多样性。

四、客户要求不同也会造成价格的不同
客户要求的高低会直接影响板厂的成品率，如一种板按IPC-A-6013，class1要求有98%合格率，但按class3要求可能只有90%的合格率，因而造成板厂不同的成本，后导致产品价格的多变。

五、柔性电路板厂家不同造成的价格多样性


即使同一种产品，但因为不同厂家工艺装备、技术水平不同，也会形成不同的成本，时下很多厂家喜欢生产镀金板，因为工艺简单，成本低廉，但也有一部分厂家生产镀金板，报废即上升，造成成本提高，所以他们宁愿生产喷锡板或镀锡板，因而他们的喷锡板报价反而比镀金板低。

六、付款方式不同造成的价格差异

目前柔性电路板板厂一般都会按付款方式的不同调整柔性电路板价格，幅度为5%-10%不等，因而也造成了价格的差异性。

七、区域不同造成价格的多样性

目前国内从地理位置上来讲，从南到北，价格呈递增之势，不同区域价格有一定差异，因而区域不同也造成了价格的多样性。

八、电镀方式不同造成的价格不一样

局部电镀高全面电镀15%左右。

九、金手指部分的表面处理方式


镀金与镀锡相差5％左右

十：FPC生产过程中的不良率的高低也决定了FPC的单价

十一：代客户SMT的费用以及不良率的高低也决定了FPC的单价

通过以上论述不难看出，柔性电路板价格的多样性是有其内在的必然因素的，本人仅可提供一个大致的价格范围，以供参考，具体价格以实际价格为准。

在高速PCB设计时，设计者应该从那些方面去考虑EMC、EMI的规则呢？



一般EMI/EMC设计时需要同时考虑辐射(radiated)与传导(conducted)两个方面。前者归属于频率较高的部分(>30MHz)后者则是较低频的部分(<30MHz)。所以不能只注意高频而忽略低频的部分。

一个好的EMI/EMC设计一开始布局时就要考虑到器件的位置，PCB叠层的安排，重要联机的走法，器件的选择等，如果这些没有事前有较佳的安排，事后解决则会事倍功半，增加成本。

例如时钟产生器的位置尽量不要靠近对外的连接器，高速信号尽量走内层并注意特性阻抗匹配与参考层的连续以减少反射，器件所推的信号之斜率(slewrate)尽量小以减低高频成分，选择去耦合(decoupling/bypass)电容时注意其频率响应是否符合需求以降低电源层噪声。

另外，注意高频信号电流之回流路径使其回路面积尽量小(也就是回路阻抗loopimpedance尽量小)以减少辐射。还可以用分割地层的方式以控制高频噪声的范围。

适当的选择PCB与外壳的接地点(chassisground)。