HDI线路板加工

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。

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。

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。

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、全球定位系统、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。