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PCB设计经验--第二篇 PCB设计中的注意事项 [复制链接]

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发表于 2006-7-4 02:46:36 |显示全部楼层
第二篇  PCB设计中的注意事项
作为一个电子工程师设计电路是一项必备的硬功夫,但是原理设计再完美,如果电路板设计不合理性能将大打折扣,严重时甚至不能正常工作。根据我的经验,我总结出以下一些PCB设计中应该注意的地方,希望能对您有所启示。不管用什么软件,PCB设计有个大致的程序,按顺序来会省时省力,因此我将按制作流程来介绍一下。(由于protel界面风格与windows视窗接近,操作习惯也相近,且有强大的仿真功能,使用的人比较多,将以此软件作说明。)  原理图设计是前期准备工作,经常见到初学者为了省事直接就去画PCB板了,这样将得不偿失,对简单的板子,如果熟练流程,不妨可以跳过。但是对于初学者一定要按流程来,这样一方面可以养成良好的习惯,另一方面对复杂的电路也只有这样才能避免出错。在画原理图时,层次设计时要注意各个文件最后要连接为一个整体,这同样对以后的工作有重要意义。由于,软件的差别有些软件会出现看似相连实际未连(电气性能上)的情况。如果不用相关检测工具检测,万一出了问题,等板子做好了才发现就晚了。因此一再强调按顺序来做的重要性,希望引起大家的注意。原理图是根据设计的项目来的,只要电性连接正确没什么好说的。下面我们重点讨论一下具体的制板程序中的问题。
l、制作物理边框
    封闭的物理边框对以后的元件布局、走线来说是个基本平台,也对自动布局起着约束作用,否则,从原理图过来的元件会不知所措的。但这里一定要注意精确,否则以后出现安装问题麻烦可就大了。还有就是拐角地方最好用圆弧,一方面可以避免尖角划伤工人,同时又可以减轻应力作用。以前我的一个产品老是  在运输过程中有个别机器出现面壳PCB板断裂的情况,改用圆弧后就好了。
2、元件和网络的引入
    把元件和网络引人画好的边框中应该很简单,但是这里往往会出问题,一定要细心地按提示的错误逐个解决,不然后面要费更大的力气。这里的问题一般来说有以下一些:元件的封装形式找不到,元件网络问题,有未使用的元件或管脚,对照提示这些问题可以很快搞定的。
3、元件的布局
   元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响,是应该特别注意的地方。一般来说应该有以下一些原则:          (l) 放置顺序
    先放置与结构有关的固定位置的元器件,如电源插座、指示灯、开关、连接件之类,这些器件放置好后用软件的LOCK功能将其锁定,使之以后不会被误移动。再放置线路上的特殊元件和大的元器件,如发热元件、变压器、IC等。最后放置小器件。
(2) 注意散热
      元件布局还要特别注意散热问题。对于大功率电路,应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置,便于热量散发,不要集中在一个地方,也不要高电容太近以免使电解液过早老化。
4、布线
  布线原则
  走线的学问是非常高深的,每人都会有自己的体会,但还是有些通行的原则的。
◆高频数字电路走线细一些、短一些好
◆大电流信号、高电压信号与小信号之间应该注意隔离(隔离距离与要承受的耐压有关,通常情况下在 2KV时板上要距离2mm,在此之上以比例算还要加大,例如若要承受3KV的耐压测试,则高低压线路之间的距离应在3.5mm以上,许多情况下为避免爬电,还在印制线路板上的高低压之间开槽。)
◆两面板布线时,两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线,避免相互平行,以减小寄生耦合;作为电路的输人及输出用的印制导线应尽量避兔相邻平行,以免发生回授,在这些导线之间最好加接地线。
◆走线拐角尽可能大于90度,杜绝90度以下的拐角,也尽量少用90度拐角
◆同是地址线或者数据线,走线长度差异不要太大,否则短线部分要人为走弯线作补偿
◆走线尽量走在焊接面,特别是通孔工艺的PCB
◆尽量少用过孔、跳线
◆单面板焊盘必须要大,焊盘相连的线一定要粗,能放泪滴就放泪滴,一般的单面板厂家质量不会很好,否则对焊接和RE-WORK都会有问题◆大面积敷铜要用网格状的,以防止波焊时板子产生气泡和因为热应力作用而弯曲,但在特殊场合下要考虑GND的流向,大小,不能简单的用铜箔填充了事,而是需要去走线
◆元器件和走线不能太靠边放,一般的单面板多为纸质板,受力后容易断裂,如果在边缘连线或放元器件就会受到影响
◆必须考虑生产、调试、维修的方便性
    对模拟电路来说处理地的问题是很重要的,地上产生的噪声往往不便预料,可是一旦产生将会带来极大的麻烦,应该未雨绸缎。对于功放电路,极微小的地噪声都会因为后级的放大对音质产生明显的影响;在高精度A/D转换电路中,如果地线上有高频分量存在将会产生一定的温漂,影响放大器的工作。这时可以在板子的4角加退藕电容,一脚和板子上的地连,一脚连到安装孔上去(通过螺钉和机壳连),这样可将此分量虑去,放大器及AD也就稳定了。另外,电磁兼容问题在目前人们对环保产品倍加关注的情况下显得更加重要了。一般来说电磁信号的来源有3个:信号源,辐射,传输线。晶振是常见的一种高频信号源,在功率谱上晶振的各次谐波能量值会明显高出平均值。可行的做法是控制信号的幅度,晶振外壳接地,对干扰信号进行屏蔽,采用特殊的滤波电路及器件等。需要特别说明的是蛇形走线,因为应用场合不同其作用也是不同的,在电脑的主板中用在一些时钟信号上,如 PCIClk、AGP-Clk,它的作用有两点:1、阻抗匹配 2、滤波电感。 对一些重要信号,如 INTELHUB架构中的HUBLink,一共13根,频率可达233MHZ,要求必须严格等长,以消除时滞造成的隐患,这时,蛇形走线是唯一的解决办法。一般来讲,蛇形走线的线距>=2倍的线宽;若在普通PCB板中,除了具有滤波电感的作用外,还可作为收音机天线的电感线圈等等。
5、调整完善
    完成布线后,要做的就是对文字、个别元件、走线做些调整以及敷铜(这项工作不宜太早,否则会影响速度,又给布线带来麻烦),同样是为了便于进行生产、调试、维修。 敷铜通常指以大面积的铜箔去填充布线后留下的空白区,可以铺GND的铜箔,也可以铺VCC的铜箔(但这样一旦短路容易烧毁器件,最好接地,除非不得已用来加大电源的导通面积,以承受较大的电流才接VCC)。包地则通常指用两根地线(TRAC)包住一撮有特殊要求的信号线,防止它被别人干扰或干扰别人。如果用敷铜代替地线一定要注意整个地是否连通,电流大小、流向与有无特殊要求,以确保减少不必要的失误。
6、检查核对网络
    有时候会因为误操作或疏忽造成所画的板子的网络关系与原理图不同,这时检察核对是很有必要的。所以画完以后切不可急于交给制版厂家,应该先做核对,后再进行后续工作。
7、使用仿真功能
    完成这些工作后,如果时间允许还可以进行软件仿真。特别是高频数字电路,这样可以提前发现一些问题,大大减少以后的调试工作量。

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发表于 2006-7-4 02:46:58 |显示全部楼层
第三篇     PCB高效自动布线设计技巧和要点
尽管现在的EDA工具很强大,但随着PCB尺寸要求越来越小,器件密度越来越高,PCB设计的难度并不小。如何实现PCB高的布通率以及缩短设计时间呢?本文介绍PCB规划、布局和布线的设计技巧和要点。现在PCB设计的时间越来越短,越来越小的电路板空间,越来越高的器件密度,极其苛刻的布局规则和大尺寸的元件使得设计师的工作更加困难。为了解决设计上的困难,加快产品的上市,现在很多厂家倾向于采用专用EDA工具来实现PCB的设计。但专用的EDA工具并不能产生理想的结果,也不能达到100%的布通率,而且很乱,通常还需花很多时间完成余下的工作。 现在市面上流行的EDA工具软件很多,但除了使用的术语和功能键的位置不一样外都大同小异,如何用这些工具更好地实现PCB的设计呢?在开始布线之前对设计进行认真的分析以及对工具软件进行认真的设置将使设计更加符合要求。下面是一般的设计过程和步骤。
确定PCB的层数
    电路板尺寸和布线层数需要在设计初期确定。如果设计要求使用高密度球栅阵列(BGA)组件,就必须考虑这些器件布线所需要的最少布线层数。布线层的数量以及层叠(stack-up)方式会直接影响到印制线的布线和阻抗。板的大小有助于确定层叠方式和印制线宽度,实现期望的设计效果。 多年来,人们总是认为电路板层数越少成本就越低,但是影响电路板的制造成本还有许多其他因素。近几年来,多层板之间的成本差别已经大大减小。在开始设计时最好采用较多的电路层并使敷铜均匀分布,以避免在设计临近结束时才发现有少量信号不符合已定义的规则以及空间要求,从而被迫添加新层。在设计之前认真的规划将减少布线中很多的麻烦。
设计规则和限制
    自动布线工具本身并不知道应该做些什么。为完成布线任务,布线工具需要在正确的规则和限制条件下工作。不同的信号线有不同的布线要求,要对所有特殊要求的信号线进行分类,不同的设计分类也不一样。每个信号类都应该有优先级,优先级越高,规则也越严格。规则涉及印制线宽度、过孔的最大数量、平行度、信号线之间的相互影响以及层的限制,这些规则对布线工具的性能有很大影响。认真考虑设计要求是成功布线的重要一步。
元件的布局
   为最优化装配过程,可制造性设计(DFM)规则会对元件布局产生限制。如果装配部门允许元件移动, 可以对电路适当优化,更便于自动布线。所定义的规则和约束条件会影响布局设计。在布局时需考虑布线路径(routing channel)和过孔区域,如图1所示。这些路径和区域对设计人员而言是显而易见的,但自动布线工具一次只会考虑一个信号,通过设置布线约束条件以及设定可布信号线的层,可以使布线工具能像设计师所设想的那样完成布线。
扇出设计
    在扇出设计阶段,要使自动布线工具能对元件引脚进行连接,表面贴装器件的每一个引脚至少应有一个过孔,以便在需要更多的连接时,电路板能够进行内层连接、在线测试(ICT)和电路再处理。 为了使自动布线工具效率最高,一定要尽可能使用最大的过孔尺寸和印制线,间隔设置为50mil较为理想。要采用使布线路径数最大的过孔类型。进行扇出设计时,要考虑到电路在线测试问题。测试夹具可能很昂贵,而且通常是在即将投入全面生产时才会订购,如果这时候才考虑添加节点以实现100%可测试性就太晚了。 经过慎重考虑和预测,电路在线测试的设计可在设计初期进行,在生产过程后期实现,根据布线路径和电路在线测试来确定过孔扇出类型,电源和接地也会影响到布线和扇出设计。为降低滤波电容器连接线产生的感抗,过孔应尽可能靠近表面贴装器件的引脚,必要时可采用手动布线,这可能会对原来设想的布线路径产生影响,甚至可能会导致你重新考虑使用哪种过孔,因此必须考虑过孔和引脚感抗间的关系并设定过孔规格的优先级。
手动布线以及关键信号的处理
    尽管本文主要论述自动布线问题,但手动布线在现在和将来都是印刷电路板设计的一个重要过程。采用手动布线有助于自动布线工具完成布线工作。通过对挑选出的网络(net)进行手动布线并加以固定,可以形成自动布线时可依据的路径。 无论关键信号的数量有多少,首先对这些信号进行布线,手动布线或结合自动布线工具均可。关键信号通常必须通过精心的电路设计才能达到期望的性能。布线完成后,再由有关的工程人员来对这些信号布线进行检查,这个过程相对容易得多。检查通过后,将这些线固定,然后开始对其余信号进行自动布线。自动布线 对关键信号的布线需要考虑在布线时控制一些电参数,比如减小分布电感和EMC等,对于其它信号的布线也类似。所有的EDA厂商都会提供一种方法来控制这些参数。在了解自动布线工具有哪些输入参数以及输入参数对布线的影响后,自动布线的质量在一定程度上可以得到保证。应该采用通用规则来对信号进行自动布线。通过设置限制条件和禁止布线区来限定给定信号所使用的层以及所用到的过孔数量,布线工具就能按照工程师的设计思想来自动布线。如果对自动布线工具所用的层和所布过孔的数量不加限制,自动布线时将会使用到每一层,而且将会产生很多过孔。在设置好约束条件和应用所创建的规则后,自动布线将会达到与预期相近的结果,当然可能还需要进行一些整理工作,同时还需要确保其它信号和网络布线的空间。在一部分设计完成以后,将其固定下来,以防止受到后边布线过程的影响。采用相同的步骤对其余信号进行布线。布线次数取决于电路的复杂性和你所定义的通用规则的多少。每完成一类信号后,其余网络布线的约束条件就会减少。但随之而来的是很多信号布线需要手动干预。现在的自动布线工具功能非常强大,通常可完成100%的布线。但是当自动布线工具未完成全部信号布线时,就需对余下的信号进行手动布线。自动布线的设计要点包括:1. 略微改变设置,试用多种路径布线;2. 保持基本规则不变,试用不同的布线层、不同的印制线和间隔宽度以及不同线宽、不同类型的过孔如盲孔、埋孔等,观察这些因素对设计结果有何影响;3.让布线工具对那些默认的网络根据需要进行处理;4.信号越不重要,自动布线工具对其布线的自由度就越大。
布线的整理
    如果你所使用的EDA工具软件能够列出信号的布线长度,检查这些数据,你可能会发现一些约束条件很少的信号布线的长度很长。这个问题比较容易处理,通过手动编辑可以缩短信号布线长度和减少过孔数量。在整理过程中,你需要判断出哪些布线合理,哪些布线不合理。同手动布线设计一样,自动布线设计也能在检查过程中进行整理和编辑。
电路板的外观
    以前的设计常常注意电路板的视觉效果,现在不一样了。自动设计的电路板不比手动设计的美观,但在电子特性上能满足规定的要求,而且

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第四篇   印制电路板(PCB)的地线设计

在电子设备中,接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用,可解决大部分干扰问题。电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模拟地等。在地线设计中应注意以下几点:
1.正确选择单点接地与多点接地
    在低频电路中,信号的工作频率小于1MHz,它的布线和器件间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHz时,地线阻抗变得很大,此时应尽量降低地线阻抗,应采用就近多点接地。当工作频率在1—10MHz时,如果采用一点接地,其地线长度不应超过波长的1/20,否则应采用多点接地法。
2.将数字电路与模拟电路分开
   电路板上既有高速逻辑电路,又有线性电路,应使它们尽量分开,而两者的地线不要相混,分别与电源端地线相连。要尽量加大线性电路的接地面积。
3.尽量加粗接地线
    若接地线很细,接地电位则随电流的变化而变化,致使电子设备的定时信号电平不稳,抗噪声性能变坏。因此应将接地线尽量加粗,使它能通过三位于印制电路板的允许电流。如有可能,接地线的宽度应大于3mm。
4.将接地线构成闭环路
   设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时,将接地线做成闭环路可以明显的提高抗噪声能力。其原因在于:印制电路板上有很多集成电路元件,尤其遇有耗电多的元件时,因受接地线粗细的限制,会在地结上产生较大的电位差,引起抗噪声能力下降,若将接地结构成环

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第二篇  控制特性阻抗性PCB设计技术

当前世界性的环境保护的需求,使得电子产品要具有省能源部小型化特的要求更加强烈。这也促使了数据、信息处理的电子产品,向高速、大容量化的深层次的推进。另一方面,个人需求的IT产品,也同样向着功能复合化、高性能化(高速化)、低消费电力化的方向进展。在电子产品的信号传送方式上,由并行传输方式向着连续方式发展。并且还开始出现了在电气传输中加入了光路传输的方式。电子元器件的高集成化、高频化的发展,使得具有高频性的印制电路板需求量在不断的增高。过去,印制电路板只起到了安装在它上面的电子部品之间的电气互连的功能。而现在,又提出了许多的新功能的要求,例如:整机产品的高速、大容量化要求PCB的信号传输的稳定化;要求PCB有防止EMI/EMC的相应对策;由于组件的MCM(Multi Chip Module)化、SiP(System in a Package)化的高密度安装以及电子部品的发热源的高度集中的问题等,都要求PCB具有更商的耐热性、散热性;基板的元器件内藏等产品形式的出现,出赋予PCB新的功能。从提高操作性、加工性及降低制造成本的观点上出发,IC封装所使用的基板,由陶
瓷等无机类PCB材料,向着使用环氧树脂、聚酰亚胺树脂等有机类PCB基板材料方向的转化。
1.高频电子产品中具有控制特性阻抗性的PCB设计技术所涉及的方面。
具有高精度控制特性阻抗性的PCB制造,是整体把握的设计技术所保证。而这一系统的整体设计技术,主要包括了基板材料的介电特性、部品特性、设计方法、PCB制造特性、组装方法等的技术。正如图1所描述那样,高精度控制特性阻性的PCB有着三大方面(高精度层压技术、高精度电镀技术、高精度图形形成技术)的要素技术。
一般的高频性印制电路板基板材料的特性,包括着它的信号传播损失小(具有低介电常数性、低介质损耗因数性)、信号传输速度高、在介电特性方面受到频率、温度、湿度变化下而表现出的高稳定性等内容。选择高频性印制电路板基板材料,首先必须要考虑到它在高频电路PCB上的信号传播损失的特性。1GHZ以上领域内还会存在着由于“表皮效果”(又称为“肌肤效应”)问题,它造成的导体损失(见图2中式1)。还应该认识到,在基板材料上、在PCB制造上、在组装上由于存在着微小偏差(特别是在层间厚度、介电常数、导体厚度、导体宽度四个方面的偏差),就会造成基板材料的特性阻抗的不整合,出现反射、衰减量的增大。
2.有关基板材料的选择
制造高频性印制电路板,对基板材料的选择是十分重要的。在选择基板材料时,应该注意以下的四点原则。
(1) 对影响介电特性关键项目的考虑
对绝缘基板材料介电体特性的考虑,首要的是要选择介质损失因数值小的基板材料。基板材料的树脂分子构造中具有极性结构部分,由于在高频条件下对频率条件下对频率信号会产生振动、热、杂波的变化,至使信号电压出现衰减。 另外,要选择介民常数小的基板材料。介电常数与介电体损失、信号的传输速度、信号的波长的缩短率相关。基板材料的介电常数值高,波长的缩短率则大。例如,一般的环氧树脂-玻璃纤维布基覆铜板(通称FR-4)的介电常数(公称值)为“4.7”,为了简便计算让为“4.0”。 1GHZ的模拟信号的波长在空气中(空气的介电常数为1)为30mm,当传输路线为300mm长时,振幅次数为10个。采用FR-4基板材料的配线图形,由于它介电常数比空气的介电常大4倍,在同样长度(30mm)的传输路线情况下,振幅次数增加到20个。而在信号的振幅方面,由于反射、吸收的关系其信号衰减量要大于在空气中传输的衰减量。RF电路、天线电路多采用波长(λ)为λ/4的设计。由于存在着介电常数与波长的缩短率成正比的关系,使用这两种电路设计,对基板材料要求低的介电常数的设计。在过去用KHZ、MHZ频率电路设计的时代,曾经使用过高介电常数、低介质损失因数的陶瓷基板材料(它的介电常为10,介质损失因为0.0002)。在1GHZ传输频率下,信号波长在空气中为30mm,而采用FR-4基板材料的配线图形上的信号波长为15mm。λ/4的设计方式下,配线长度缩短为3.75mm。从印制电路板制造质量的精度上考虑,使用高介电常数的基板材料,若想得到所要求的高频性能是很困难的。因此,在1GHZ以上的电路要求的情况下,采用低介电常数的基板材料制造PCB是十分必要的。而使用有机树脂系基材,要比陶瓷基材更易实现基板材料的低介电常数、低介质损失因数化的要求。表1介绍了目前市场上具有代表性的有机树脂类的低介电常数性基板材料产品。
(2) 在频率变化下的对介电体特性的考虑
目前一般所用的典型基板材料——FR-4覆铜板及具体代表性的低介电常数的基材料,在不同的频率条件下的介电常数和介质损失因数的变化情况。可以看出,低介电常的基板材料,在1GHZ以上在介电特性上是基本变化不大的。而在1MHZ –1MHZ频率范围内,它的介电特性测定值“混乱”——变化跳动较大。FR-4基板材料的介电常数在1MHZ时是4.7,在1GHZ时是4.3。随着频率条件的不同而略微有变化。并且从1MHZ到1GHZ的频率增高,它表现出略微下降的趋势。
(3) 在环境变化下的对介质体特性的考虑
选择高频电路用的基板材料,还应该注意考察在高频元器件发热量大的情况下,以及在高温、高湿环境情况下,基板材料的介电特性的变化大小。一般要选择在上述环境变化下介电特性变化小的基板料。在高温、高湿环境情况下,一般的基板材料的ε和tanδ值是上升的。因此,根据所使用的环境中的温度、湿度的变化情况,去掌握基材料的介电特性能变化量,是十分重要的。
(4) 在频率、温湿度变化下的对介电特性稳定性的评价
    对基板材料介电特性在频率、温湿度变化下的稳定性的评价,首先要用这种基板材料制作出测试专用印制电路板。然后采用电路分析的手段,对S参数的进行测定(S21:减衰量、S11:反射量)。并检测其位相特性、VSWR、特性阻抗等。在检测中必须要注意考虑在检测中的影响度。这种检测中止差,对检测结果的准确性影响是至关重要的。
3.有关板材料组成结构的设计
3.1基板材料的介电特性的稳定化
   为了实现高频电路下波长的缩短,要求基板材料具有稳定的介常数值。即从微观角度上讲,介电常数值达到均匀一致。对于有玻纤布增强的基板材料来讲,实现这一特性的重要途径,是基板材料的构成要100%的采用经开纤处理过的玻璃纤维布。从而达到基板材料组成中的玻璃纤维布与树脂分布的均一化。 玻璃纤维布的开纤处理,是采用高压射水的方法对玻璃纤维布进行再加工的一种处理。末经开纤处理的玻纤经纬纱交织点凸起,四周孔隙明显。而利用高压水对玻纤布的经纬纱露在布面的部分进行“喷水针刺法”开纤处理的玻纤布,其经纬纱中的纤维开松,均匀散开而呈为扁平状。它的经纬纱交织点的凸起得减缓。它的纤维分散开来,填充了交织点周围的孔隙,这样起到了有利于在基板材料各个部位的树脂均匀一致分布的效果。大多的板材料,其树脂的重量比在35-65%范围。以FR-4为例的基板材料中不同树脂量与不同频率的介电特性对应关系。从图8中可恶看出:当树脂量越高越接近树脂本身的介电常数值,整个基板材料的介电常数表现越低。当树脂量越小,整个基板材料的介质损失因数值就越接近玻璃纤维布的介质损失因数值,即介质损失因数值表现出越小。可以从理论上计算出在不同树脂与玻璃纤维布含量的比例时,整个基板材料的介电常数值。
3.2基板材料的树脂量对其他性能的影响
     基板材料的树脂量不但对介电特性有很大的影响,而且对基板材料的玻璃化温度(Tg)、板的厚度方向(Z方向)和面方向(X、Y方向)的热膨胀系数(即尺寸稳定生)也有着重要影响。当树脂量小时,板的Tg高,热膨胀系数小。在高温条件下,所使用的树脂由于一般会产生水分解反应,使得它的绝缘电阻下降,造成基板材料的绝缘性恶化。当树脂量越大,这种变化特性就越明显。而板的热膨胀系数大小,直接关朕到印制电路板的通孔可靠性、焊接可靠性的好坏。
3.3基板材料热膨胀系数与玻璃纤维布、树脂的关系
     使用玻璃纤维布作为增强的基板材料,它的X、Y方向的热膨胀系数,主要与玻璃纤维布制造方法(单丝直径、玻璃纱的线密度、织物密度等)有很大的依存关系。而基板材料的厚度方向的热膨系数的大小,主要与树膨胀系数有着依存的关系。在这一类基板材料的构成中添加了填充材料,会由于降低树脂量而在基板材料的热膨胀量方面得到了抑制。
3.4基板材料的填充材料对基板材料的性能提高所起到的效果
    一些无卤化基板材料、适于激光钻孔的基板材料,一般要在基板材料树脂中混入无机填充材料。在达到板的规定厚度情况下,由于填充材料的入,使用树脂量比例有所减少。这样在板Tg上会得到提高。在X、Y、Z方向上热膨胀量方面会有所减低。由于所加入的填充材料都具有高介电常数、低介质损失因数特性,这样造成在树脂中加入填充材料板的电常数升高。而在介质损失因数方面有所降低。
4.有关铜箔
     在刚性印制电路板制造中多使用电解铜箔。基板材料中的树脂与铜箔间的剥离强度,与铜箔的粗化面的表面处理轮廓度大小相关。一般讲,处理面的处理层轮廓大的铜箔,它的剥离强度就高。在存在高频信号的印制电路板场合,由于有“表皮效果”的影响,只有导电线路的表面才有信号的流通,这样,当铜箔处理面处理层的轮廓大,就在反射、衰减量在的表现。这会引起信号传问输损失加大。因此,在减低粗化面处理层的轮廓度,是高频电路用基板所期望的。目前对轮廓为4μm以下的铜箔,称之为低轮廓铜箔(简称为VLP铜箔)。在高频电路中,使用具有低轮廓并且是极薄箔,已经成为一种发展的潮流。由于压延铜箔是具有低轮廓的特性,使用目前正在积极开发具有较高剥离强度性能的压延铜箔品种。高频电路基板,不仅需要铜箔的厚度方向降低其尺寸分散问题,而且还期望铜箔低面(靠基材树脂的面)的宽幅的尺寸精度也有所提高。低轮廓铜箔易于实现上述两项对铜箔的性能要求。并且,采用低轮廓铜箔,还由于它在蚀刻电路图形的加工后,在基板上铜粉的残留甚少(或者是没有),因此可带来PCB的耐电压性、长期电气绝缘性提高的效果。
5.关于PCB制造中图形尺寸精度的控制
印制电路板制造中对特性阻抗精度的控制,存在着六个方面(包括十个参数)的构成要素。它们包括:①绝缘层厚度(即PCB层间厚度)(h)及其厚度精度(△h);②导体宽度(w)及其宽度精度(△w);③蚀刻因子(ef);④导体厚度(t)及其厚度精度(△t);⑤介电常数值(ε)及其精度(△ε);⑥阻焊剂膜厚度(mh)。这些要素,对于控制PCB的特性阻抗大小及其精度有着直接的影响,并左右着印制电路板的高频特性的实现情况。在上述的特性阻抗的构成要素中,介电常数值的精度与基板材料(半固化片)的树脂含量的均匀程度密切相关。而导线的蚀刻因子、导体宽度精度要素都与铜箔的处理面轮廓度大小直接相关联。

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发表于 2006-7-4 02:48:37 |显示全部楼层
半固化片树脂含量的技术指标,是各个基板材料生产厂根据用户厂(印制电路板生产厂)实际成型加工工艺的不同及生产水平的能力而制定的。由于树脂量的不同,使得在半固化片的熔融粘度上有所差导及在层压工艺上也就存在着不同。这些会带来PCB在绝缘层厚度及其精度上有所差别(见表2中的对比)。因此,采用不同厂家、不同树脂量指标的半固化片材料所生产的多层板,在它的介电特性,特别是介电常数值上,表现出其高低及精度的不同。可以看出,若想要提高PCB的特性高精度控制,基板材料生产厂在生产半固化片的树脂量的指标控制方面,必须要与印制电路板生产厂家达到很好的配合。
                          第三篇     PCB高效自动布线设计技巧和要点
尽管现在的EDA工具很强大,但随着PCB尺寸要求越来越小,器件密度越来越高,PCB设计的难度并不小。如何实现PCB高的布通率以及缩短设计时间呢?本文介绍PCB规划、布局和布线的设计技巧和要点。现在PCB设计的时间越来越短,越来越小的电路板空间,越来越高的器件密度,极其苛刻的布局规则和大尺寸的元件使得设计师的工作更加困难。为了解决设计上的困难,加快产品的上市,现在很多厂家倾向于采用专用EDA工具来实现PCB的设计。但专用的EDA工具并不能产生理想的结果,也不能达到100%的布通率,而且很乱,通常还需花很多时间完成余下的工作。 现在市面上流行的EDA工具软件很多,但除了使用的术语和功能键的位置不一样外都大同小异,如何用这些工具更好地实现PCB的设计呢?在开始布线之前对设计进行认真的分析以及对工具软件进行认真的设置将使设计更加符合要求。下面是一般的设计过程和步骤。
确定PCB的层数
    电路板尺寸和布线层数需要在设计初期确定。如果设计要求使用高密度球栅阵列(BGA)组件,就必须考虑这些器件布线所需要的最少布线层数。布线层的数量以及层叠(stack-up)方式会直接影响到印制线的布线和阻抗。板的大小有助于确定层叠方式和印制线宽度,实现期望的设计效果。 多年来,人们总是认为电路板层数越少成本就越低,但是影响电路板的制造成本还有许多其他因素。近几年来,多层板之间的成本差别已经大大减小。在开始设计时最好采用较多的电路层并使敷铜均匀分布,以避免在设计临近结束时才发现有少量信号不符合已定义的规则以及空间要求,从而被迫添加新层。在设计之前认真的规划将减少布线中很多的麻烦。
设计规则和限制
    自动布线工具本身并不知道应该做些什么。为完成布线任务,布线工具需要在正确的规则和限制条件下工作。不同的信号线有不同的布线要求,要对所有特殊要求的信号线进行分类,不同的设计分类也不一样。每个信号类都应该有优先级,优先级越高,规则也越严格。规则涉及印制线宽度、过孔的最大数量、平行度、信号线之间的相互影响以及层的限制,这些规则对布线工具的性能有很大影响。认真考虑设计要求是成功布线的重要一步。
元件的布局
   为最优化装配过程,可制造性设计(DFM)规则会对元件布局产生限制。如果装配部门允许元件移动, 可以对电路适当优化,更便于自动布线。所定义的规则和约束条件会影响布局设计。在布局时需考虑布线路径(routing channel)和过孔区域,如图1所示。这些路径和区域对设计人员而言是显而易见的,但自动布线工具一次只会考虑一个信号,通过设置布线约束条件以及设定可布信号线的层,可以使布线工具能像设计师所设想的那样完成布线。
扇出设计
    在扇出设计阶段,要使自动布线工具能对元件引脚进行连接,表面贴装器件的每一个引脚至少应有一个过孔,以便在需要更多的连接时,电路板能够进行内层连接、在线测试(ICT)和电路再处理。 为了使自动布线工具效率最高,一定要尽可能使用最大的过孔尺寸和印制线,间隔设置为50mil较为理想。要采用使布线路径数最大的过孔类型。进行扇出设计时,要考虑到电路在线测试问题。测试夹具可能很昂贵,而且通常是在即将投入全面生产时才会订购,如果这时候才考虑添加节点以实现100%可测试性就太晚了。 经过慎重考虑和预测,电路在线测试的设计可在设计初期进行,在生产过程后期实现,根据布线路径和电路在线测试来确定过孔扇出类型,电源和接地也会影响到布线和扇出设计。为降低滤波电容器连接线产生的感抗,过孔应尽可能靠近表面贴装器件的引脚,必要时可采用手动布线,这可能会对原来设想的布线路径产生影响,甚至可能会导致你重新考虑使用哪种过孔,因此必须考虑过孔和引脚感抗间的关系并设定过孔规格的优先级。
手动布线以及关键信号的处理
    尽管本文主要论述自动布线问题,但手动布线在现在和将来都是印刷电路板设计的一个重要过程。采用手动布线有助于自动布线工具完成布线工作。通过对挑选出的网络(net)进行手动布线并加以固定,可以形成自动布线时可依据的路径。 无论关键信号的数量有多少,首先对这些信号进行布线,手动布线或结合自动布线工具均可。关键信号通常必须通过精心的电路设计才能达到期望的性能。布线完成后,再由有关的工程人员来对这些信号布线进行检查,这个过程相对容易得多。检查通过后,将这些线固定,然后开始对其余信号进行自动布线。自动布线 对关键信号的布线需要考虑在布线时控制一些电参数,比如减小分布电感和EMC等,对于其它信号的布线也类似。所有的EDA厂商都会提供一种方法来控制这些参数。在了解自动布线工具有哪些输入参数以及输入参数对布线的影响后,自动布线的质量在一定程度上可以得到保证。应该采用通用规则来对信号进行自动布线。通过设置限制条件和禁止布线区来限定给定信号所使用的层以及所用到的过孔数量,布线工具就能按照工程师的设计思想来自动布线。如果对自动布线工具所用的层和所布过孔的数量不加限制,自动布线时将会使用到每一层,而且将会产生很多过孔。在设置好约束条件和应用所创建的规则后,自动布线将会达到与预期相近的结果,当然可能还需要进行一些整理工作,同时还需要确保其它信号和网络布线的空间。在一部分设计完成以后,将其固定下来,以防止受到后边布线过程的影响。采用相同的步骤对其余信号进行布线。布线次数取决于电路的复杂性和你所定义的通用规则的多少。每完成一类信号后,其余网络布线的约束条件就会减少。但随之而来的是很多信号布线需要手动干预。现在的自动布线工具功能非常强大,通常可完成100%的布线。但是当自动布线工具未完成全部信号布线时,就需对余下的信号进行手动布线。自动布线的设计要点包括:1. 略微改变设置,试用多种路径布线;2. 保持基本规则不变,试用不同的布线层、不同的印制线和间隔宽度以及不同线宽、不同类型的过孔如盲孔、埋孔等,观察这些因素对设计结果有何影响;3.让布线工具对那些默认的网络根据需要进行处理;4.信号越不重要,自动布线工具对其布线的自由度就越大。
布线的整理
    如果你所使用的EDA工具软件能够列出信号的布线长度,检查这些数据,你可能会发现一些约束条件很少的信号布线的长度很长。这个问题比较容易处理,通过手动编辑可以缩短信号布线长度和减少过孔数量。在整理过程中,你需要判断出哪些布线合理,哪些布线不合理。同手动布线设计一样,自动布线设计也能在检查过程中进行整理和编辑。
电路板的外观
    以前的设计常常注意电路板的视觉效果,现在不一样了。自动设计的电路板不比手动设计的美观,但在电子特性上能满足规定的要求,而且设计的完整性能得到保证。

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发表于 2006-7-4 02:49:25 |显示全部楼层
第七篇    PCB分层堆叠的作用和设计技巧
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。本文从最基本的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。由於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电源引脚的连线必须尽可能短,因为数位信号的上升沿越来越快,最好是直接连到IC电源引脚所在的焊盘上,这要另外讨论。 为了控制共模EMI,电源层要有助於去耦和具有足够低的电感,这个电源层必须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?问题的答案取决於电源的分层、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。对於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於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,但对於今天常见的1到3ns上升时间电路、3到6mil层间距和FR4介电材料,通常足够处理高端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。对於电源,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於屏蔽和抑制EMI?以下分层堆叠方案假定电源电流在单一层上流动,单电压或多电压分布在同一层的不同部份。多电源层的情形稍後讨论。
4 层板                                                                                                              4层板设计存在若干潜在问题。首先,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。如果成本要求是第一位的,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,但只适用於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。第一种为首选方案,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,这是现有的最佳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,则最好采用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. 第一例将电源和地分别放在第2和第5层,由於电源覆铜阻抗高,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,由於第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最少,走线长度很短(短於信号最高谐波波长的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。通用高性能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。由於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抑制能力是优异的。该设计的缺点在於走线层只有两层。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,这可实现高级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,填铜後如果第3层的覆铜密度接近於电源层或接地层,这块板可以不严格地算作是结构平衡的电路板。填铜区必须接电源或接地。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
   由於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,完全可望得到优异的信号完整性。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。由於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最佳。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层是最後一对分层组合。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层以後再改变方向。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最紧。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,回路电流要找到最近的接地过孔(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。当信号线必须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。对於第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
    鉴於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,本文关於电路板分层和堆叠的讨论都局限於此。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,优良的分层堆叠是保证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最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。

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发表于 2007-9-28 20:24:18 |显示全部楼层

牛!!!!!!!!

我无话可说,只想说这篇是相当的牛逼.太好,希望和你这样的高人多多交流,我的E-MAIL:ZHEHONGYU@163.COM

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发表于 2007-10-3 00:38:54 |显示全部楼层
3Q~~下了好好看看

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8842第一号人物

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发表于 2007-10-3 00:40:48 |显示全部楼层
PCB。。
超越我的知识太多了饿
兩個人 從陌生到熟悉 不管結侷是什么 我們曾經相遇 我會因為這一分鍾...永遠記得妳

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谈下我的抄板经验.

先抄完PCB印刷电路板的顶底层,再用砂纸(五金店里就有的卖)打磨的办法磨掉pcb表层显示内层.平铺电路板,然后按住砂纸,在电路板上均匀磨擦,注意:磨擦一定要均匀.扳子要铺平.(这是个细活,要经验.直接影响后面的抄板电路)扫描电路板得到电路板图片,运行Quickpcb,导入被扫描的电路板图片,依次抄印刷电路板内层,并保存PCB抄板文件,完成电路板抄板.Quickpcb可直接在扫描图上任意放置元件,走线及自动捕捉网格等功能,比Protel好用多了且文件格式与Protel兼容.

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