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PCB制板基础知识[详细版]半岛bd体育

作者:小编    发布时间:2024-07-09 02:16:16    浏览量:

  ircuitBoard),中文名称为印制电路板,又称印刷电路板、印刷线路板,是重要的

  2.走线:实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接(信号传输)或电绝缘。提供所要求的电气特性,如特性阻抗等。

  3.绿油和丝印:为自动装配提供阻焊图形,为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。

  从1903年至今,若以PCB组装技术的应用和发展角度来看,可分为三个阶段

  (1)减小器件孔的尺寸,但受到元件引脚的刚性及插装精度的限制,孔径≥0.8mm

  (2)缩小线)增加层数:单面—双面—4层—6层—8层—10层—12层—64层

  1.导通孔的作用:仅起到电气互连的作用,孔径可以尽可能的小,堵上孔也可以。

  a.埋盲孔结构优点:提高布线以上、减小PCB尺寸或减少层数、提高可靠性、改善了特性阻抗控制,减小了串扰、噪声或失真(因线短,孔小)

  级封装(CSP)阶段PCBCSP开始进入急剧的变革于发展之中,推动PCB技术不断向前发展, PCB工业

  (3)避免形成非可焊性的Cu3Sn的出现, Cu3Sn出现的原因是锡量不足,如Sn/Pb合金涂覆层太薄,焊点组成由可焊的Cu6Sn5– Cu4Sn3-- Cu3Sn2—不可焊的Cu3Sn

  化学镀Ni/Au是指PCB连接盘上化学镀Ni(厚度≥3um)后再镀上一层0.05-0.15um薄金,或镀上一层厚金(0.3-0.5um)。由于化学镀层均匀,共面性好,并可提供多次焊接性能,因此具有推广应用的趋势。其中镀薄金(0.05-0.1um)是为了保护Ni的可焊性,而镀厚金(0.3-0.5um)是为了线焊(wire bonding)工艺需要。

  a.作为Au、Cu之间的隔离层,防止它们之间相互扩散,造成其扩散部位呈疏松状态。

  Au是Ni的保护层,厚度0.05-0.15之间,不能太薄,因金的气孔性较大如果太薄不能很好的保护Ni,造成Ni氧化。其厚度也不能>

  0.15um,因焊点中会形成金铜合金Au3Au2(脆 ),当焊点中Au超过3%时,可焊性变差。

  (1).布线层包括顶层/底层/中间布线).丝印层包括顶层丝印/底层丝印;

  (5).另外还要生成钻孔文件NCDrill。2. 如果电源层设置为Split/Mixed ,那么在

  6. 设置阻焊层的Layer 时选择过孔表示过孔上不加阻焊。一般过孔都会组焊层覆盖。

  3. 原、付边隔离带标识清楚PCB的原、付边隔离带清晰,中间有虚线. PCB板安规标识应明确齐全。

  2、时钟线.建议先走时钟线M的时钟线inch的时钟线.如果时钟线有过孔,在过孔的相邻位置,在第二层(地层)和第三层(电源层)之间加一个旁路电容、如图2.5-1所示,以确保时钟线换层后,参考层(相邻层)的高频电流的回路连续。旁路电容所在的电源层必须是过孔穿过的电源层,并尽可能地靠近过孔,旁路电容与过孔的间距最大不超过300MIL。

  时钟、复位、100M以上信号以及一些关键的总线信号不能跨分割,至少有一个完整平面,优选GND平面。

  所有信号的高频返回途径都直接位于相邻层信号线的正下方。在信号下面设置一个实体层可以显著减少信号完整性和时序问题,这个实体层可以为该信号提供直接回路。当走线与层分割交叉不可避免时,应使用一个 0.01 uF 回路电容。如图所示,当使用回路电容时,应尽可能靠近信号线与层分割的交叉点布置回路电容。

  6.1 跨岛出现在电源岛与电源岛之间。此时时钟线在第四层的背面走线,第三层(电源层)有两个电源岛,且第四层的走线必须跨过这两个岛.

  6.2 跨岛出现在电源岛与地岛之间。此时时钟线在第四层的背面走线,第三层(电源层)的一个电源岛中间有一块地岛,且第四层的走线必须跨过这两个岛。

  6.3 跨岛出现在地岛与地层之间。此时时钟线在第一层走线,第二层(地层)的中间有一块地岛,且第一层的走线必须跨过地岛,相当于地线 时钟线下面没有铺铜。若条件限制实在做不到不穿岛,保证频率大于等于66M的时钟线M的时钟线若穿岛,必须加一个去耦电容形成镜像通路。以图6.1为例,在两个电源岛之间并靠近跨岛的时钟线.当面临两个过孔和一次穿岛的取舍时,选一次穿岛。

  8.时钟线MIL以上,并且不要和I/O线并行走,若实在做不到,时钟线与I/O口线.时钟线走在第四层时,时钟线的参考层(电源平面)应尽量为时钟供电的那个电源面上,以其他电源面为参考的时钟越少越好,另外,频率大于等于66M的时钟线.时钟线.时钟线打线时进去的线和出去的线应该尽量远。尽量避免类似图A和图C所示的打线方式,若时钟线需换层,避免采用图E的打线方式,采用图F的打线.时钟线连接BGA等器件时,若时钟线换层,尽量避免采用图G的走线形式,过孔不要在BGA下面走,最好采用图H的走线.注意各个时钟信号,不要忽略任何一个时钟,包括AUDIO CODEC的AC_BITCLK,尤其注意的是FS3-FS0,虽然说从名称上看不是时钟,但实际上跑的是时钟,要加以注意。

  电容器,这些电容器放置在易损元件的电源和地之间。旁路电容减少了电荷注入,保持了电源与接地端口的电压差。

  2.pcb边需留5mm工艺边(机器夹持PCB最小间距要求),同时应保证集成电路引脚中心距小于0.65mm的芯片要距离板边大于13mm(含工艺边);板四角用Ф5圆弧倒角。pcb应采用拼板方式,从目前pcb翅曲程度考虑,最佳拼接长度约为200mm,(设备加工尺寸:长度最大为330mm;宽度最大为250mm),在宽度方向尽量不拼以防止在生产过程中弯曲。

  4) 为保证贴装精度的要求,SMT要求:每块PCB内必须至少有一对符合设计要求的可供SMT机器识别的MARK点,同时必须有单板MARK(拼板时),拼板MARK或组合MARK只起辅助定位的作用。5) 拼板时,每一单板的MARK点相对位置必须一样。不能因为任何原因而挪动拼板中任一单板上MARK点的位置,而导致各单板MARK点位置不对称;6) PCB上所有MARK点只有满足:在同一对角线上且成对出现的两个MARK,方才有效。因此MARK点都必须成对出现,才能使用(MARK点位置图)。

  7) MARK点(空旷区边缘)距离PCB边缘必须≥5.0mm(机器夹持PCB最小间距要求)

  A. Mark点标记最小的直径为1.0mm,最大直径是3.0mm,Mark点标记在同一块印制板上尺寸变化不能超过25 微米;B. 特别强调:同一板号PCB上所有Mark点的大小必须一致(包括不同厂家生产的同一板号的PCB);

  在Mark点标记周围,必须有一块没有其它电路特征或标记的空旷面积。空旷区圆半径 r≥2R , R为MARK点半径,r达到3R时,机器识别效果更好。

  10) 材料Mark点标记可以是裸铜、清澈的防氧化涂层保护的裸铜。如果使用阻焊(soldermask),不应该覆盖Mark点或其空旷区域

  单面布局时,只需元件面放置基准点。. A5 I5 ^0 L- z1 m+ P PCB双面布局时,基准点双面放置。双面放置的基准点,除镜像拼板外,正反两面的基准点位置要求基本一致。

  拼板基准点和单元基准点数量各为三个。在板边呈“L”形分布,尽量远离。拼板基准点的位置要求见下图A。

  采用镜相对称拼板时,辅助边上的基准点必须满足翻转后重合的要求,参见下图B

  ,晶体附近或者下面不要布其他信号线:在时钟发生电路、晶体下使用地平面,若其他信号穿过该平面,违反了映像平面功能,如果让信号穿越这个地平面的话,就会存在很小的地环路并影响地平面的连续性,这些地环路在高频时将会产生问题。

  若时钟外壳为金属,则PCB设计时一定要在晶体下方铺铜,并保证此部分与完整的地平面有良好的电气连接(通过多孔接地)。

  SMT封装的晶体将比金属外壳的晶体有更多的射频能量辐射:因为表贴晶体大多是塑料封装,晶体内部的射频电流会向空间辐射并耦合到其他器件。

  时钟传输线要求及PCB分层时钟走线原则:在紧邻时钟走线层安排完整的映像平面层,减小走线的长度并进行阻抗控制。

  错误的跨层走线和阻抗不匹配会导致:走线使用过孔和跳转导致映像回路的不完整性;

  时钟信号的布线时钟线一定要走在多层PCB板的内层。并且一定要走带状线;如果要走在外层,只能走微带线。走在内层能保证完整的映像平面,它可以提供一个低阻抗射频传输路径,并产生磁通量,以抵消它们的源传输线的磁通量,源和返回路径的距离越近,则消磁就越好。由于增强了消磁能力,高密PCB板的每个完整平面映像层可提供6-8dB的抑制。时钟布多层板的好处:有一层或者多层可以专门用于完整的电源和地平面,可以设计成好的去藕系统,减小地环路的面积,降低了差模辐射,减小了EMI,减小了信号和电源返回路径的阻抗水平,可以保持全程走线阻抗的一致性,减小了邻近走线间的串扰等。

  EMC)的要求来确定所采用的电路板结构半岛bd体育,也就是决定采用4层,6层,还是更多层数的电路板。确定层数之后,再确定内电层的放置位置以及如何在这些层上分布不同的信号。这就是多层PCB层叠结构的选择问题。层叠结构是影响PCB板EMC性能的一个重要因素,也是抑制电磁干扰的一个重要手段。本节将介绍多层PCB板层叠结构的相关内容。对于电源、地的层数以及信号层数确定后,它们之间的相对排布位置是每一个PCB工程师都不能回避的话题

  1、确定多层PCB板的层叠结构需要考虑较多的因素。从布线方面来说,层数越多越利于布线,但是制板成本和难度也会随之增加。对于生产厂家来说,层叠结构对称与否是PCB板制造时需要关注的焦点,所以层数的选择需要考虑各方面半岛bd体育的需求,以达到最佳的平衡。对于有经验的设计人员来说,在完成元器件的预布局后,会对PCB的布线瓶颈处进行重点分析。结合其他

  分析电路板的布线密度;再综合有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线等的数量和种类来确定信号层的层数;然后根据电源的种类、隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目。这样,整个电路板的板层数目就基本确定了。

  2、元件面下面(第二层)为地平面,提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面;敏感信号层应该与一个内电层相邻(内部电源/地层),利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽。电路中的高速信号传输层应该是信号中间层,并且夹在两个内电层之间。这样两个内电层的铜膜可以为高速信号传输提供电磁屏蔽,同时也能有效地将高速信号的辐射限制在两个内电层之间,不对外造成干扰。

  注:具体PCB的层的设置时,要对以上原则进行灵活掌握,在领会以上原则的基础上,根据实际单板的需求,如:是否需要一关键布线层、电源、地平面的分割情况等,确定层的排布,切忌生搬硬套,或抠住一点不放。

  8、多个接地的内电层可以有效地降低接地阻抗。例如,A信号层和B信号层采用各自单独的地平面,可以有效地降低共模干扰。

  (3)POWER(Top),Siganl_1(Inner_1),GND(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。显然,方案 3 电源层和地层缺乏有效的耦合,不应该被采用。那么方案 1 和方案 2 应该如何进行选择呢?一般情况下,设计人员都会选择方案 1 作为 4层板的结构。选择的原因并非方案 2 不可被采用,而是一般的 PCB 板都只在顶层放置元器件,所以采用方案 1 较为妥当。但是当在顶层和底层都需要放置元器件,而且内部电源层和地层之间的介质厚度较大,耦合不佳时,就需要考虑哪一层布置的信号线而言,底层的信号线较少,可以采用大面积的铜膜来与 POWER 层耦合;反之,如果元器件主要布置在底层,则应该选用方案 2 来制板。如果采用如图 11-1 所示的层叠结构,那么电源层和地线层本身就已经耦合,考虑对称性的要求,一般采用方案 1。

  6层板在完成 4 层板的层叠结构分析后半岛bd体育,下面通过一个 6 层板组合方式的例子来说明 6 层板层叠结构的排列组合方式和优选方法。(1)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),Siganl_3(Inner_3)半岛bd体育,POWER(Inner_4),Siganl_4(Bottom)。方案 1 采用了 4 层信号层和 2 层内部电源/接地层,具有较多的信号层,有利于元器件之间的布线工作,但是该方案的缺陷也较为明显,表现为以下两方面。① 电源层和地线层分隔较远,没有充分耦合。② 信号层 Siganl_2(Inner_2)和 Siganl_3(Inner_3)直接相邻,信号隔离性不好,容易发生串扰。(2)Siganl_1(Top),Siganl_2(Inner_1),POWER(Inner_2),GND(Inne半岛bd体育r_3),Siganl_3(Inner_4),Siganl_4(Bottom)。方案 2 相对于方案 1,电源层和地线层有了充分的耦合,比方案 1 有一定的优势,但是 Siganl_1(Top)和 Siganl_2(Inner_1)以及 Siganl_3(Inner_4)和 Siganl_4(Bottom)信号层直接相邻,信号隔离不好,容易发生串扰的问题并没有得到解决。(3)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),POWER(Inner_3),GND(Inner_4),Siganl_3(Bottom)。相对于方案 1 和方案 2,方案 3 减少了一个信号层,多了一个内电层,虽然可供布线的层面减少了,但是该方案解决了方案 1 和方案 2 共有的缺陷。① 电源层和地线层紧密耦合。② 每个信号层都与内电层直接相邻,与其半岛bd体育他信号层均有有效的隔离,不易发生串扰。③ Siganl_2(Inner_2)和两个内电层 GND(Inner_1)和 POWER(Inner_3)相邻,可以用来传输高速信号。两个内电层可以有效地屏蔽外界对 Siganl_2(Inner_2)层的干扰和Siganl_2(Inner_2)对外界的干扰。

  综合各个方面,方案 3 显然是最优化的一种,同时,方案 3 也是 6 层板常用的层叠结构。通过对以上两个例子的分析,相信读者已经对层叠结构有了一定的认识,但是在有些时候,某一个方案并不能满足所有的要求,这就需要考虑各项设计原则的优先级问题。遗憾的是由于电路板的板层设计和实际电路的特点密切相关,不同电路的抗干扰性能和设计侧重点各有所不同,所以事实上这些原则并没有确定的优先级可供参考。但可以确定的是,设计原则 2(内部电源层和地层之间应该紧密耦合)在设计时需要首先得到满足,另外如果电路中需要传输高速信号,那么设计原则 3(电路中的高速信号传输层应该是信号中间层,并且夹在两个内电层之间)就必须得到满足。

  本身这个布线顺序并不一定是固定的,但是有一些标准和原则来约束:如top层和bottom的相邻层用GND,确保单板的EMC特性;如每个信号层优选使用GND层做参考平面;整个单板都用到的电源优先铺整块铜皮;易受干扰的、高速的、沿跳变的优选走内层等等。

  产品有8组网口与光口,测试时发现第八组光口与芯片间的信号调试不通,导致光口8调试不通,无法工作,其他7组光口

  线层阻抗设计较为特殊,L6层阻抗参考L5/L7层,L5层阻抗参考L4/L6层,其中L5/L6层互为参考层,中间未做地层屏蔽,光口8与芯片8之间线层间存在较长的平行信号线%长度)容易造成相互干扰,从而影响了阻抗的精准度,阻抗线的设计屏蔽层不完整,也造成阻抗的不连续性,其他7组部分也有相似问题,但相对较轻微。

  L56层存在特殊设计(均为信号层,存在差分阻抗平行设计、相邻阻抗层间未设计参考地层),客户端未充分考虑相邻层走线存在的干扰,导致调试不通问题。

  与客户沟通对叠层进行优化,将L45、L56、L67层结构进行了调整,介质层厚度分别由20.87mil、6mil、13mil 调整为5.12mil、22.44mil、5.12mil,将而L4、L7间的参考地层间的距离拉近,L56层互为参考且屏蔽不足的线路层距离拉远,减少干扰。

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