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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线路板沉金与镀金工艺的区别

在PCB生产中，沉金和镀金都是表面处理的一种，那么， PCB线路板沉金工艺与镀金工艺都有哪些优劣性呢？

镀金，一般指的是“电镀金”、“电镀镍金”、“电解金”等，有软金和硬金的区分（一般硬金是用于金手指的），原理是将镍和金（俗称金盐）溶化于化学药水中，将线路板浸在电镀缸内并接通电流而在电路板的铜箔面上生成镍金镀层，电镍金因镀层硬度高，耐磨损，不易氧化的优点在电子产品中得到广泛的应用。

沉金是通过化学氧化还原反应的方法生成一层镀层，一般厚度较厚，是化学镍金金层沉积方法的一种，可以达到较厚的金层。

沉金与镀金的区别：

1、沉金与镀金所形成的晶体结构不一样，沉金对于金的厚度比镀金要厚很多，沉金会呈金黄色，较镀金来说更黄（这是区分镀金和沉金的方法之一）。

2、沉金比镀金更容易焊接，不会造成焊接不良。

3、沉金板的焊盘上只有镍金，信号的趋肤效应是在铜层上传输，不会对信号产生影响。

4、沉金比镀金的晶体结构更致密，不易产生氧化。

5、镀金容易使金线短路。而沉金板的焊盘上只有镍金，因此不会产生金线短路。

6、沉金板的焊盘上只有镍金，因此导线电阻和铜层的结合更加牢固。

7、沉金板的平整性与使用寿命较镀金板要好。



以上便是 PCB线路板沉金工艺与镀金工艺的区别。

PCB多层板表面处理方式分类：
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。

如何为柔性线路板（FPC板）选用保护膜？

柔性线路板FPC板上用什么保护膜来保护呢？既要防尘防污防静电，又要有效贴合板面，防静电PET保护膜合适。



　　柔性电路板保护膜



　　柔性电路板又称“软板”，即FPC板。是用柔性的绝缘基材制成的印刷电路。柔性电路提供优良的电性能，能满足更小型和更高密度安装的设计需要，也有助于减少组装工序和增强可靠性。柔性电路板是满足电子产品小型化和移动要求的惟一解决方法。可以自由弯曲、卷绕、折叠，可以承受数百万次的动态弯曲而不损坏导线，可依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配和导线连接的一体化;柔性电路板可大大缩小电子产品的体积和重量，适用电子产品向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。



　　因此，FPC板在航天、军事、移动通讯、手提电脑、计算机外设、PDA、数字相机等领域或产品上得到了广泛的应用。



　　但是FPC板在生产过程中很容易出现静电击穿现象。目前解决这一问题主要依靠市面上防静电台垫，而该产品靠静电剂内添并迁移到台垫表面，然后吸收空气水分子形成导电通路，从而对FPC板有防静电效果，同时该产品易受空气、湿度等环境因素影响，静电排放效果差。尤其在北方气候干燥地区，表面电阻值升高，随着时间推移，防静电指标衰减越来越快，造成静电排放不稳定，这样容易击穿FPC板上线路芯片，造成设备运行损坏。同时，该产品又不能随同FPC板搬运，不能起到随时防护作用。在应用环节上缺陷已十分明显，已不能满足目前FPC板发展技术的要求。



　　现FPC板正处于规模小但迅猛发展之中。聚合物厚膜法是一种、低成本的生产工艺。该工艺在廉价的柔性基材上，选择性地网印导电聚合物油墨。其代表性的柔性基材为PET。聚合物厚膜法导体包括丝印金属填料或碳粉填料。聚合物厚膜法本身很清洁，使用无铅的SMT胶黏剂，不必蚀刻。因其使用加成工艺且基材成本低，聚合物厚膜法电路是铜聚酰亚胺薄膜电路价格的1/10;是刚性电路板价格的1/2～1/3。聚合物厚膜法尤其适用于设备的控制面板。在移动电话和其他的便携产品上，聚合物厚膜法适合将印制电路主板上的元件、开关和照明器件转变成聚合物厚膜法电路。既节省成本，又减少能源消耗。



　　防静电PET保护膜应用在“柔性线路板”上市场前景十分广阔，性能：透明防静电PET保护膜比较柔软，与FPC板硬度差不多，并且透明到可以观察到FPC表面工艺要求，而且又不与外界空气接触，当然也不会产生静电及粉尘。由于防静电保护膜两边都有防静电涂层，因此在与FPC板分离时又不会产生静电，当然也不会击穿FPC板上线路的芯片。这既解决了FPC板运输途中静电产生，同时又能进行粘合并且透明又不受空气、湿度等环境因素的影响。产品可广泛应用于半导体工业、LCD工业、电子装备及微电子设备业、电子电气、通讯制造、精密仪器、光学制造、医药工业及生物工程等行业工业领域以及高铁车厢、医院、家庭、办公领域，用于工业生产车间、试验室、机房，以及医院手术室、CT、X射线室、CCU、ICU病房等的地板、工作台面、墙面板等。

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。

在高速PCB设计时，设计者应该从那些方面去考虑EMC、EMI的规则呢？



一般EMI/EMC设计时需要同时考虑辐射(radiated)与传导(conducted)两个方面。前者归属于频率较高的部分(>30MHz)后者则是较低频的部分(<30MHz)。所以不能只注意高频而忽略低频的部分。

一个好的EMI/EMC设计一开始布局时就要考虑到器件的位置，PCB叠层的安排，重要联机的走法，器件的选择等，如果这些没有事前有较佳的安排，事后解决则会事倍功半，增加成本。

例如时钟产生器的位置尽量不要靠近对外的连接器，高速信号尽量走内层并注意特性阻抗匹配与参考层的连续以减少反射，器件所推的信号之斜率(slewrate)尽量小以减低高频成分，选择去耦合(decoupling/bypass)电容时注意其频率响应是否符合需求以降低电源层噪声。

另外，注意高频信号电流之回流路径使其回路面积尽量小(也就是回路阻抗loopimpedance尽量小)以减少辐射。还可以用分割地层的方式以控制高频噪声的范围。

适当的选择PCB与外壳的接地点(chassisground)。