苏州HDI加急打样工厂

PCB的信号完整性与设计

在PCB的设计中,PCB设计人员需要把元器件的布局、布线及每种情况下应采用的何种SI问题解决方法综合起来,才能更好地解决PCB板的信号完整性问题.在某些情况下IC的选择能决定SI问题的数量和严重性.开关时间或边沿速率是指IC状态转换的速率,IC边沿速率越快,出现SI问题的可能性越高,正确地端接器件就很重要.PCB设计中减少信号完整性问题常用的方法是在传输线上增加端接元器件.在端接过程中,要权衡元器件数量、信号开关速度和电路功耗三方面的要求.例如增加端接元器件意味着PCB设计人员可用于布线的空间更少,而且在布局处理的后期增加端接元器件会更加困难,因为为新的元件和布线留出相应的空间.因此在PCB布局初期就应当搞清楚是否需要放置端接元器件.

1.信号完整性设计的一般准则:



PCB的层数如何定义?

包括采用多少层?各个层的内容如何安排合理?如应该有几层信号层、电源层和地层,信号层与地层如何交替排列等.



如何设计多种类的电源分块系统?

如3.3V、2.5V、3V、1.8V、5V、12V等等.电源层的合理分割和共地问题是PCB是否稳定的一个十分重要的因素.

如何配置退耦电容?

利用退耦电容来消除噪声是常用的手段,但如何确定其电容量?电容放置在什么位置?采用什么类型的电容等?



如何消除地弹噪声?



地弹噪声是如何影响和干扰有用信号的?

回路(Return Path)噪声如何消除?很多情况下,回路设计不合理是电路不工作的关键,而回路设计往往是工程师束手无策的工作。


如何合理设计电流的分配?

尤其是电/地层中电流的分配设计十分困难,而总电流在PCB板中的分配如果不均匀,会直接明显地影响PCB板的不稳定工作。

另外还有一些常见的如过冲、欠冲、振铃、传输线时延、阻抗匹配、串扰、毛刺等有关信号畸变的问题,但这些问题和上述问题是不可分割的,它们之间是因果关系.

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.

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电路板加工异常状况分析
【PCB信息网】 PCB电路板加工的过程中难免会遇到几个残次品，有可能是机器失误造成的，也有可能是人为原因，例如有时候会出现一种被称为孔破状态的异常情况，成因要具体情况具体分析。

如果孔破状态是点状分布而非整圈断路的现象，就称为点状孔破，也有人称它为“楔型孔破”。常见产生原因，来自于除胶渣制程处理不良所致。PCB电路板加工时除胶渣制程会行膨松剂处理，之后进行强氧化剂「高锰酸盐」的侵蚀作业，这个过程会清除胶渣并产生微孔结构。经过清除过程所残留下来的氧化剂，就依靠还原剂清除，典型配方采用酸性液体处理。

由于胶渣处理后，并不会再看到有残胶渣问题，大家常忽略了对还原酸液的监控，这就可能让氧化剂留在孔壁面上。之后电路板进入化学铜制程，经过整孔剂处理后电路板会进行微蚀处理，这时残留的氧化剂再度受到酸浸泡而让残留氧化剂区的树脂剥落，同时也等于将整孔剂破坏了。



受到破坏的孔壁，在后续钯胶体及化学铜处理就不会发生反应，这些区域就呈现出无铜析出现象。基础没有建立，电镀铜当然就无法完整覆盖而产生点状孔破。这类问题已经在不少电路板厂在进行电路板加工的时候发生过，多留意除胶渣制程还原步骤药水监控应该就可以改善。

PCB电路板加工过程中的每一个环节都需要我们严格把控，因为化学反应有时候会在我们不注意的角落慢慢发生，从而破坏整个电路。这种孔破状态大家要警惕了。

裸板（上头没有零件）也常被称为"印刷线路板Printed Wiring Board（PWB）"。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线（conductor pattern）或称布线，并用来提供PCB板上零件的电路连接。

通常PCB板的颜色都是绿色或是棕色，这是阻焊（solder mask）的颜色。是绝缘的防护层，可以保护铜线，也防止波焊时造成的短路，并节省焊锡之用量。在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面（silk screen）。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面（legend）。

在制成终产品时，其上会安装集成电路、电晶体、二极管、被动元件（如：电阻、电容、连接器等）及其他各种各样的电子零件。借着导线连通，可以形成电子讯号连结及应有机能。

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、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。