FPC八层板工厂

多层板PCB设计时的EMI解决
解决EMI问题的办法很多，现代的EMI抑制方法包括：利用EMI抑制涂层、选用合适的EMI抑制零配件和EMI仿真设计等。本文从基本的PCB布板出发，讨论PCB分层堆叠在控制EMI辐射中的作用和设计技巧。
电源汇流排

在IC的电源引脚附近合理地安置适当容量的电容，可使IC输出电压的跳变来得更快。然而，问题并非到此为止。由于电容呈有限频率响应的特性，这使得电容 无法在全频带上生成干净地驱动IC输出所需要的谐波功率。除此之外，电源汇流排上形成的瞬态电压在去耦路径的电感两端会形成电压降，这些瞬态电压就是主要 的共模EMI干扰源。我们应该怎麽解决这些问题?

就我们电路板上的IC而言，IC周围的电源层可以看成是优良的高频电容器，它可以收集为干净输出提供高频能量的分立电容器所泄漏的那部份能量。此外，优良的电源层的电感要小，从而电感所合成的瞬态信号也小，进而降低共模EMI。

当然，电源层到IC电源引脚的连线尽可能短，因为数位信号的上升沿越来越快，好是直接连到IC电源引脚所在的焊盘上，这要另外讨论。

为了控制共模EMI，电源层要有助于去耦和具有足够低的电感，这个电源层是一个设计相当好的电源层的配对。有人可能会问，好到什麽程度才算好?问题 的答案取决于电源的分层、层间的材料以及工作频率(即IC上升时间的函数)。通常，电源分层的间距是6mil，夹层是FR4材料，则每平方英寸电源层的等 效电容约为75pF。显然，层间距越小电容越大。

上升时间为100到300ps的器件并不多，但是按照目前IC的发展速度，上升时间在 100到300ps范围的器件将占有很高的比例。对于100到 300ps上升时间的电路，3mil层间距对大多数应用将不再适用。那时，有必要采用层间距小于1mil的分层技术，并用介电常数很高的材料代替FR4介 电材料。现在，陶瓷和加陶塑料可以满足100到300ps上升时间电路的设计要求。

尽管未来可能会采用新材料和新方法，但对于今天常见的1到3ns上升时间电路、3到6mil层间距和FR4介电材料，通常足够处理谐波并使瞬态信号足够低，就是说，共模EMI可以降得很低。本文给出的PCB分层堆叠设计实例将假定层间距为3到6mil。

电磁屏蔽

从信号走线来看，好的分层策略应该是把所有的信号走线放在一层或若干层，这些层紧挨著电源层或接地层。对于电源，好的分层策略应该是电源层与接地层相邻，且电源层与接地层的距离尽可能小，这就是我们所讲的“分层"策略。

PCB堆叠

什麽样的堆叠策略有助于屏蔽和抑制EMI?以下分层堆叠方案假定电源电流在单一层动，单电压或多电压分布在同一层的不同部份。多电源层的情形稍后讨论。

4层板

4层板设计存在若干潜在问题。，传统的厚度为62mil的四层板，即使信号层在外层，电源和接地层在内层，电源层与接地层的间距仍然过大。

如果成本要求是位的，可以考虑以下两种传统4层板的替代方案。这两个方案都能改善EMI抑制的性能，但只适用于板上元件密度足够低和元件周围有足够面积(放置所要求的电源覆铜层)的场合。

种为方案，PCB的外层均为地层，中间两层均为信号/电源层。信号层上的电源用宽线走线，这可使电源电流的路径阻抗低，且信号微带路径的阻抗也 低。从EMI控制的角度看，这是现有的佳4层PCB结构。第二种方案的外层走电源和地，中间两层走信号。该方案相对传统4层板来说，改进要小一些，层间 阻抗和传统的4层板一样欠佳。

如果要控制走线阻抗，上述堆叠方案都要非常小心地将走线布置在电源和接地铺铜岛的下边。另外，电源或地层上的铺铜岛之间应尽可能地互连在一起，以确保DC和低频的连接性。

6层板

如果4层板上的元件密度比较大，则好采用6层板。但是，6层板设计中某些叠层方案对电磁场的屏蔽作用不够好，对电源汇流排瞬态信号的降低作用甚微。下面讨论两个实例。

例将电源和地分别放在第2和第5层，由于电源覆铜阻抗高，对控制共模EMI辐射非常不利。不过，从信号的阻抗控制观点来看，这一方法却是非常正确的。

第二例将电源和地分别放在第3和第4层，这一设计解决了电源覆铜阻抗问题，由于第1层和第6层的电磁屏蔽性能差，差模EMI增加了。如果两个外 层上的信号线数量少，走线长度很短(短于信号高谐波波长的1/20)，则这种设计可以解决差模EMI问题。将外层上的无元件和无走线区域铺铜填充并将 覆铜区接地(每1/20波长为间隔)，则对差模EMI的抑制特别好。如前所述，要将铺铜区与内部接地层多点相联。

通用6层板设计 一般将第1和第6层布为地层，第3和第4层走电源和地。由于在电源层和接地层之间是两层居中的双微带信号线层，因而EMI抑制能力是的。该设计的缺点 在于走线层只有两层。前面介绍过，如果外层走线短且在无走线区域铺铜，则用传统的6层板也可以实现相同的堆叠。

另一种6层板布局为信号、地、信号、电源、地、信号，这可实现信号完整性设计所需要的环境。信号层与接地层相邻，电源层和接地层配对。显然，不足之处是层的堆叠不平衡。

这通常会给加工制造带来麻烦。解决问题的办法是将第3层所有的空白区域填铜，填铜后如果第3层的覆铜密度接近于电源层或接地层，这块板可以不严格地算作 是结构平衡的电路板。填铜区接电源或接地。连接过孔之间的距离仍然是1/20波长，不见得处处都要连接，但理想情况下应该连接。

10层板

由于多层板之间的绝缘隔离层非常薄，所以10或12层的电路板层与层之间的阻抗非常低，只要分层和堆叠不出问题，完全可望得到的信号完整性。要按62mil厚度加工制造12层板，困难比较多，能够加工12层板的制造商也不多。

由于信号层和回路层之间总是隔有绝缘层，在10层板设计中分配中间6层来走信号线的方案并非佳。另外，让信号层与回路层相邻很重要，即板布局为信号、地、信号、信号、电源、地、信号、信号、地、信号。

这一设计为信号电流及其回路电流提供了良好的通路。恰当的布线策略是，第1层沿X方向走线，第3层沿Y方向走线，第4层沿X方向走线，以此类推。直观地 看走线，第1层1和第3层是一对分层组合，第4层和第7层是一对分层组合，第8层和第10层是后一对分层组合。当需要改变走线方向时，第1层上的信号线 应藉由“过孔"到第3层以后再改变方向。实际上，也许并不总能这样做，但作为设计概念还是要尽量遵守。

同样，当信号的走线方向变化时， 应该藉由过孔从第8层和第10层或从第4层到第7层。这样布线可确保信号的前向通路和回路之间的耦合紧。例如，如果信号在第1层上走线，回路在第2层且 只在第2层上走线，那麽第1层上的信号即使是藉由“过孔"转到了第3层上，其回路仍在第2层，从而保持低电感、大电容的特性以及良好的电磁屏蔽性能。

如果实际走线不是这样，怎麽办?比如第1层上的信号线经由过孔到第10层，这时回路信号只好从第9层寻找接地平面，回路电流要找到近的接地过 孔 (如电阻或电容等元件的接地引脚)。如果碰巧附近存在这样的过孔，则真的走运。假如没有这样近的过孔可用，电感就会变大，电容要减小，EMI一定会增加。

当信号线经由过孔离开现在的一对布线层到其他布线层时，应就近在过孔旁放置接地过孔，这样可以使回路信号顺利返回恰当的接地层。对于第4层和第7层 分层组合，信号回路将从电源层或接地层(即第5层或第6层)返回，因为电源层和接地层之间的电容耦合良好，信号容易传输。

多电源层的设计

如果同一电压源的两个电源层需要输出大电流，则电路板应布成两组电源层和接地层。在这种情况下，每对电源层和接地层之间都放置了绝缘层。这样就得到我们 期望的等分电流的两对阻抗相等的电源汇流排。如果电源层的堆叠造成阻抗不相等，则分流就不均匀，瞬态电压将大得多，并且EMI会急剧增加。

如果电路板上存在多个数值不同的电源电压，则相应地需要多个电源层，要牢记为不同的电源创建各自配对的电源层和接地层。在上述两种情况下，确定配对电源层和接地层在电路板的位置时，切记制造商对平衡结构的要求。

总结

鉴于大多数工程师设计的电路板是厚度62mil、不带盲孔或埋孔的传统印制电路板，本文关于电路板分层和堆叠的讨论都局限于此。厚度差别太大的电路板，本文推荐的分层方案可能不理想。此外，带盲孔或埋孔的电路板的加工制程不同，本文的分层方法也不适用。

电路板设计中厚度、过孔制程和电路板的层数不是解决问题的关键，优良的分层堆叠是电源汇流排的旁路和去耦、使电源层或接地层上的瞬态电压小并将信 号和电源的电磁场屏蔽起来的关键。理想情况下，信号走线层与其回路接地层之间应该有一个绝缘隔离层，配对的层间距(或一对以上)应该越小越好。根据这些基 本概念和原则，才能设计出总能达到设计要求的电路板。现在，IC的上升时间已经很短并将更短，本文讨论的技术对解决EMI屏蔽问题是的。

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。

柔性电路板FPC表面电镀知识

1.柔性电路板FPC电镀

（1）FPC电镀的前处理柔性印制板FPC经过涂覆盖层工艺后露出的铜导体表面可能会有胶黏剂或油墨污染，也还会有因高温工艺产生的氧化、变色，要想获得附着力良好的紧密镀层把导体表面的污染和氧化层去除，使导体表面清洁。

但这些污染有的和铜导体结合十分牢固，用弱的清洗剂并不能完全去除，因此大多往往采用有一定强度的碱性研磨剂和抛刷并用进行处理，覆盖层胶黏剂大多都是环氧树脂类而耐碱性能差，这样就会导致粘接强度下降，虽然不会明显可见，但在FPC电镀工序，镀液就有可能会从覆盖层的边缘渗入，严重时会使覆盖层剥离。在终焊接时出现焊锡钻人到覆盖层下面的现象。可以说前处理清洗工艺将对柔性印制板F{C的基本特性产生重大影响，对处理条件给予充分重视。



（2）FPC电镀的厚度电镀时，电镀金属的沉积速度与电场强度有直接关系，电场强度又随线路图形的形状、电极的位置关系而变化，一般导线的线宽越细，端子部位的端子越尖，与电极的距离越近电场强度就越大，该部位的镀层就越厚。在与柔性印制板有关的用途中，在同一线路内许多导线宽度差别的情况存在这就更容易产生镀层厚度不均匀，为了预防这种情况的发生，可以在线路周围附设分流阴极图形，吸收分布在电镀图形上不均匀的电流，大限度地所有部位上的镀层厚薄均匀。



因此在电极的结构上下功夫。在这里提出一个折中方案，对于镀层厚度均匀性要求高的部位标准严格，对于其他部位的标准相对放松，例如熔融焊接的镀铅锡，金属线搭（焊）接的镀金层等的标准要高，而对于一般防腐之用的镀铅锡，其镀层厚度要求相对放松。



（3）FPC电镀的污迹、污垢刚刚电镀好的镀层状态，特别是外观并没有什么问题，但不久之后有的表面出现污迹、污垢、变色等现象，特别是出厂检验时并未发现有什么异样，但待用户进行接收检查时，发现有外观问题。这是由于漂流不充分，镀层表面上有残留的镀液，经过一段时间慢慢地进行化学反应而引起的。特别是柔性印制板，由于柔软而不十分平整，其凹处易有各种溶液“积存？，而后会在该部位发生反应而变色，为了防止这种情况的发生不仅要进行充分漂流，而且还要进行充分干燥处理。可以通过高温的热老化试验确认是否漂流充分。

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2.柔性电路板FPC化学镀



当要实施电镀的线路导体是孤立而不能作为电极时，就只能进行化学镀。一般化学镀使用的镀液都有强烈的化学作用，化学镀金工艺等就是典型的例子。化学镀金液就是pH值非常高的碱性水溶液。使用这种电镀工艺时，很容易发生镀液钻人覆盖层之下，特别是如果覆盖膜层压工序质量管理不严，粘接强度低下，更容易发生这种问题。



置换反应的化学镀由于镀液的特性，更容易发生镀液钻入覆盖层下的现象，用这种工艺电镀很难得到理想的电镀条件。



3.柔性电路板FPC热风整平



热风整平原本是为刚性印制板PCB涂覆铅锡而开发出来的技术，由于这种技术简便，也被应用于柔性印制板FPC上。热风整平是把在制板直接垂直浸入熔融的铅锡槽中，多余的焊料用热风吹去。这种条件对柔性印制板FPC来说是十分苛刻的，如果对柔性印制板FPC不采取任何措施就无法浸入焊料中，把柔性印制板FPC夹到钛钢制成的丝网中间，再浸入熔融焊料中，当然事先也要对柔性印制板FPC的表面进行清洁处理和涂布助焊剂。



由于热风整平工艺条件苛刻也容易发生焊料从覆盖层的端部钻到覆盖层之下的现象，特别是覆盖层和铜箔表面粘接强度低下时，更容易频繁发生这种现象。由于聚酰亚胺膜容易吸潮，采用热风整平工艺时，吸潮的水分会因急剧受热蒸发而引起覆盖层起泡甚至剥离，所以在进行FPC热风整平之前，进行干燥处理和防潮管理。