18层板

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.

PCB板的静电释放(ESD)设计

许多产品设计工程师通常在产品进入到生产环节时才着手考虑抗静电释放(ESD)的问题。如果电子设备不能通过抗静电释放测试,通常终的方案都要采用昂贵的元器件,还要在制造过程中采用手工装配,甚至需要重新设计。因此,产品的进度势必受到影响。即使经验丰富的设计工程师,也可能并不知道设计中的哪些部分有利于抗静电释放(ESD)。大多数电子设备在生命期内99%的时间都处于一个充满ESD的环境之中,ESD可能不自人体、家具、甚至设备自身内部。电子设备完全遭受ESD损毁比较少见,然而ESD干扰却很常见,它会导致设备锁死、复位、数据丢失和不可靠。其结果可能是在寒冷干燥的冬季电子设备经常出现故障,但是维修时又显示正常,这样势必影响用户对电子设备及其制造商的信心。

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。

pcb多层板的优劣势是什么？

PCB多层板有什么优点，又有什么缺点呢？今天就为大家解释一下吧！

如果将PCB单面板和PCB多层板相比，先不讨论其内部质量如何，我们都可以通过表面看到差异。这些差异对于PCB在整个使用寿命内的耐久性和功能性非常重要。PCB多层板的主要优点：这种电路板具有抗氧化性。多样的结构、高密度、表面涂层技术，确保电路板的质量和安全，可以安全使用。以下是高可靠性多层板的重要特点，即PCB多层板的优缺点：

1.PCB多层板孔壁铜厚度为正常是25微米。

优点：增强的可靠性，包括改善的z轴扩展阻力。

缺点：但也存在着一定的风险：在实际使用的情况下，在吹出或脱气，组装过程中的电连接性（内层分离，孔壁破裂）或在负载条件下发生故障的可能性的问题。IPC Class2（大多数工厂的标准）要求PCB多层板镀铜少于20％。

2.无焊接修复或开路修复 。

优点：的电路确保可靠性和安全性，无需维护，无风险。

缺点：如果维修不当，PCB多层板是开放的。即使适当固定，在负载条件（振动等）下也可能存在故障的风险，这可能导致实际使用中的故障。

3.超出IPC规范的清洁度要求。

优点：提高PCB多层板清洁度可提高可靠性。

风险：接线板上的残留物，焊料的积聚会给防焊层带来风险，离子残留物会导致焊接表面被腐蚀和污染的风险，这可能导致可靠性问题（差焊接点/电气故障）并终增加实际故障发生的概率。

4.严格控制每个表面处理的使用寿命。

优点：焊接，可靠性和降低水分侵入的风险。

风险：是旧PCB多层板的表面处理可能导致金相变化，可能会有焊锡性问题，而水分侵入可能导致组装过程中的问题或分层的实际使用，内壁和壁壁的分离（开路）等。

无论是在制造组装流程还是在实际使用中，PCB多层板都要具有可靠的性能，当然这个跟PCB打板工厂的设备、工艺技术水平都有一定的关联。

PCB多层板表面处理工艺种类：
1.热风整平涂布在PCB表面的熔融锡铅焊料和加热压缩空气流平（吹气平整）过程。使其形成抗铜氧化涂层，可提供良好的可焊性。热风焊料和铜在结合处形成铜 - 锡金属化合物，其厚度约为1～2mil；


2.有机抗氧化（OSP）通过化学方法在清洁的裸铜表面上生长一层有机涂层。这种PCB多层板薄膜具有抗氧化，耐热冲击，防潮，以保护铜表面在正常环境下不再生锈（氧化或硫化等）;同时，在随后的焊接温度下，焊接用焊剂很容易快速去除；

3.镍金化学在铜表面，涂有厚实，良好的镍金合金电性能，可以保护PCB多层板。很长一段时间不像OSP，它只用作防锈层，它可以用于长期使用PCB并获得良好的电能。此外，它还具有其他表面处理工艺所不具备的环境耐受性；

4.化学镀银沉积在OSP与化学镀镍/镀金之间，PCB多层板工艺简单快速。暴露在炎热，潮湿和污染的环境中仍然提供良好的电气性能和良好的可焊性，但失去光泽。由于银层下没有镍，沉淀的银不具有化学镀镍/浸金的所有良好的物理强度；

5.在PCB多层板表面导体上镀镍金，镀一层镍然后镀一层金，镀镍主要是为了防止金与铜之间的扩散。有两种类型的镀镍金：软金（，这意味着它看起来不亮）和硬金（光滑，坚硬，耐磨，钴和其他元素，表面看起来更亮）。软金主要用于芯片包装金线；硬金主要用于非焊接电气互连。

6.PCB混合表面处理技术选择两种或两种以上表面处理方法进行表面处理，常见的形式有：镍金防氧化，镀镍金沉淀镍金，电镀镍金热风整平，常见形式有：镍金防 - 氧化，镀镍金沉淀镍金，电镀镍金热风整平，重镍和金热风平整。尽管PCB多层板表面处理过程的变化并不显着，并且似乎有些牵强，但应该注意的是，长期缓慢的变化将导致的变化。随着对环境保护的需求不断增加，PCB的表面处理工艺必将在未来发生变化。

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。