PCB高频板的定义:
高频板是指电磁频率较高的特种线路板,用于高频率(频率大于300MHZ或者波长小于1米)与微波(频率大于3GHZ或者波长小于0.1米)领域的PCB,是在微波基材覆铜板上利用普通刚性线路板制造方法的部分工序或者采用特殊处理方法而生产的电路板。一般来说,高频板可定义为频率在1GHz以上线路板。
随着科学技术的快速发展,越来越多的设备设计是在微波频段(>1GHZ)甚至与毫米波领域(77GHZ)以上的应用(例如现在很火的车载77GHz毫米波天线),这也意味着频率越来越高,对线路板的基材的要求也越来越高。比如说基板材料需要具有优良的电性能,良好的化学稳定性,随电源信号频率的增加在基材上的损失要求非常小,所以高频板材的重要性就凸现出来了。
选择合适板材的主要考虑因素--PCB高频板
、与产品匹配的各种性能
低损耗,稳定的Dk/Df参数,低色散,随频率及环境变化系数小,材料厚度及胶含量公差小(阻抗控制好),如果走线较长,考虑低粗糙度铜箔。另外一点,高速电路的设计前期都需要仿真,仿真结果是设计的参考标准。“兴森科技-安捷伦(高速/射频)联合实验室”解决了仿真结果和测试不一致的业绩难题,做过大量的仿真和实际测试闭环验证,通过方法能做到仿真和实测一致。
第二、材料的可及时获得性
很多高频板材采购周期非常长,甚至2-3个月;除常规高频板材RO4350有库存,很多高频板都需要客户提供。因此,高频板材需要和厂家提前沟通好,尽早备料。
第三、法律法规的适用性等
要与不同国家环保法规相融合,满足RoHS及无卤素等要求。
以上各个因素中,高速数字电路运行速度是PCB选择考虑的主要因素,电路的速率越高,所选PCBDf值就应该越小。具有中,低损耗的电路板材将适合10Gb/S的数字电路;具有更低损耗的板材适用25Gb/s的数字电路;具有低损耗板材将适应更快的高速数字电路,其速率可以为50Gb/s或者更高。
第四、成本因素Cost
看产品的价格敏感程度,是消费类产品,还是通讯、医疗、工业、类的应用。
从材料Df看:
Df介于0.01~0.005电路板材适合上限为10Gb/S数字电路;
Df介于0.005~0.003电路板材适合上限为25Gb/S数字电路;
Df不超过0.0015的电路板材适合50Gb/S甚至更高速数字电路。
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.
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。
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。