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浅析pcb线路板的热可靠性问题
一般情况下，pcb线路板板上的铜箔分布是非常复杂的，难以准确建模。因此，建模时需要简化布线的形状，尽量做出与实际线路板接近的ANSYS模型线路板板上的电子元件也可以应用简化建模来模拟，如MOS管、集成电路块等。


热分析

贴片加工中热分析可协助设计人员确定pcb线路板上部件的电气性能，帮助设计人员确定元件或线路板是否会因为高温而烧坏。简单的热分析只是计算线路板的平均温度，复杂的则要对含多个线路板的电子设备建立瞬态模型。热分析的准确程度终取决于线路板设计人员所提供的元件功耗的准确性。



在许多应用中重量和物理尺寸非常重要，如果元件的实际功耗很小，可能会导致设计的安全系数过高，从而使线路板的设计采用与实际不符或过于保守的元件功耗值作为根据进行热分析。与之相反(同时也更为严重)的是热安全系数设计过低，也即元件实际运行时的温度比分析人员预测的要高，此类问题一般要通过加装散热装置或风扇对线路板进行冷却来解决。这些外接附件增加了成本，而且延长了**时间，在设计中加入风扇还会给可靠性带来不稳定因素，因此线路板板主要采用主动式而不是被动式冷却方式(如自然对流、传导及辐射散热)。



线路板简化建模

建模前分析线路板中主要的发热器件有哪些，如MOS管和集成电路块等，这些元件在工作时将大部分损耗功率转化为热量。因此，建模时主要需要考虑这些器件。



此外，还要考虑线路板基板上，作为导线涂敷的铜箔。它们在设计中不但起到导电的作用，还起到传导热量的作用，其热导率和传热面积都比较大线路板板是电子电路不可缺少的组成部分，它的结构由环氧树脂基板和作为导线涂敷的铜箔组成。环氧树脂基板的厚度为4mm，铜箔的厚度为0.1mm。铜的导热率为400W/(m℃)，而环氧树脂的导热率仅为0.276W/(m℃)。尽管所加的铜箔很薄很细，却对热量有强烈的引导作用，因而在建模中是不能忽略的。

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线路板为什么要做阻抗吗

阻抗对于PCB电路板的意义何在，PCB电路板为什么要做阻抗？本文介绍了什么是阻抗及阻抗的类型，其次介绍了PCB线路板为什么要做阻抗，后阐述了阻抗对于PCB电路板的意义，具体的跟随小编一起来了解一下。

什么是阻抗？

在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一个复数，实部称为电阻，虚部称为电抗，其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗 ，电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗，电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。阻抗的单位是欧。

阻抗类型

（1）特性阻抗

在计算机﹑无线通讯等电子信息产品中， PCB的线路中的传输的能量， 是一种由电压与时间所构成的方形波信号（square wave signal， 称为脉冲pulse），它所遭遇的阻力则称为特性阻抗。



（2）差动阻抗

驱动端输入极性相反的两个同样信号波形，分别由两根差动线传送，在接收端这两个差动信号相减。差动阻抗就是两线之间的阻抗Zdiff。



（3）奇模阻抗

两线中一线对地的阻抗Zoo，两线阻抗值是一致。



（4）偶模阻抗

驱动端输入极性相同的两个同样信号波形， 将两线连在一起时的阻抗Zcom。



（5）共模阻抗

两线中一线对地的阻抗Zoe，两线阻抗值是一致，通常比奇模阻抗大。

PCB线路板为什么要做阻抗？

pcb线路板阻抗是指电阻和对电抗的参数，对交流电所起着阻碍作用。在pcb线路板生产中，阻抗处理是的。原因如下：

1、PCB线路（板底）要考虑接插安装电子元件，接插后考虑导电性能和信号传输性能等问题，所以就会要求阻抗越低越好，电阻率要低于每平方厘米1&TImes;10-6以下。

2、PCB线路板在生产过程中要经历沉铜、电镀锡（或化学镀，或热喷锡）、接插件焊锡等工艺制作环节，而这些环节所用的材料都电阻率底，才能线路板的整体阻抗低达到产品质量要求，能正常运行。

3、PCB线路板的镀锡是整个线路板制作中容易出现问题的地方，是影响阻抗的关键环节。化学镀锡层大的缺陷就是易变色（既易氧化或潮解）、钎焊性差，会导致线路板难焊接、阻抗过高导致导电性能差或整板性能的不稳定。

4、PCB线路板中的导体中会有各种信号传递，当为提高其传输速率而提高其频率，线路本身如果因蚀刻、叠层厚度、导线宽度等因素不同，将会造成阻抗值得变化，使其信号失真，导致线路板使用性能下降，所以就需要控制阻抗值在一定范围内。

阻抗对于PCB电路板的意义

对电子行业来说，据行内调查，化学镀锡层致命的弱点就是易变色（既易氧化或潮解）、钎焊性差导致难焊接、阻抗过高导致导电性能差或整板性能的不稳定、易长锡须导致PCB线路短路以至烧毁或着火事件。

据悉，国内先研究化学镀锡的当是上世纪90年代初昆明理工大学，之后就是90年代末的广州同谦化工（企业），一直至今，10年来行内均有认可该两家机构是做得好的。其中，据我们对众多企业的接触筛选调查、实验观测以及长期耐力测试，证实同谦化工的镀锡层是低电阻率的纯锡层，导电和钎焊等质量可以到较高的水准，难怪他们敢对外其镀层在无须任何封闭及防变色剂保护的情况下，能保持一年不变色、不起泡、不脱皮、不长锡须。

后来当整个社会生产业发展到一定程度的时候，很多后来参与者往往是属于互相抄袭，其实相当一部分企业自己本身并没有研发或能力，所以，造成很多产品及其用户的电子产品（线路板板底或电子产品整体）性能不佳，而造成性能不佳的主要原因就是因为阻抗问题，因为当不合格的化学镀锡技术在使用过程中，其为PCB线路板所镀上去的锡其实并不是真正的纯锡（或称属单质），而是锡的化合物（即根本就不是金属单质，而是金属化合物，氧化物或卤化物，更直接地说是属于非金属物质）或锡化合物与锡金属单质的混合物，但单凭借肉眼是很难发现的…

因为PCB线路板的主体线路是铜箔，在铜箔的焊点上就是镀锡层，而电子元件就是通过焊锡膏（或焊锡线）焊接在镀锡层上面的，事实上焊锡膏在融熔状态焊接到电子元件和锡镀层之间的是金属锡（即导电良好的金属单质），所以可以简单扼要地指出，电子元件是通过锡镀层再与PCB板底的铜箔连接的，所以锡镀层的纯洁性及其阻抗是关键；又，但未有接插电子元件之前，我们直接用仪器去检测阻抗时，其实仪器探头（或称为表笔）两端也是通过先接触PCB板底的铜箔表面的锡镀层再与PCB板底的铜箔来连通电流的。所以锡镀层是关键，是影响阻抗的关键和影响PCB整板性能的关键，也是易于被忽略的关键。

众所周知，除金属单质外，其化合物均是电的不良导体或甚至不导电的（又，这也是造成线路中存在分布容量或传布容量的关键），所以锡镀层中存在这种似导电而非导电的锡的化合物或混合物时，其现成电阻率或未来氧化、受潮所发生电解反应后的电阻率及其相应的阻抗是相当高的（足已影响数字电路中的电平或信号传输，）而且其特征阻抗也不相一致。所以会影响该线路板及其整机的性能。

所以，就现时的社会生产现象来说，PCB板底上的镀层物质和性能是影响PCB整板特征阻抗的主要原因和直接的原因，但又由于其具有随着镀层老化及受潮电解的变化性，所以其阻抗产生的忧患影响变得更加隐性和多变性，其隐蔽的主要原因在于：不能被肉眼所见（包括其变化），第二不能被恒常测得，因为其有随着时间和环境湿度的改变而变的变化性，所以总是易于被人忽略。