PCB多層線路板工廠,FPC柔性板

基材	銅	層數(shù)	多面
絕緣層厚度	常規(guī)板	絕緣材料	有機樹脂
絕緣樹脂	環(huán)氧樹脂（EP）	阻燃特性	VO板

PCB多層線路板工廠,FPC柔性板

軟硬結合板的漲縮問題：
漲縮產(chǎn)生的根源由材料的特性所決定，要解決軟硬結合板漲縮的問題，必須先對撓性板的材料聚酰亞胺（Polyimide）做個介紹：

（1）聚酰亞胺具有優(yōu)良的散熱性能，可承受無鉛焊接高溫處理時的熱沖擊；

（2）對于需要更強調(diào)訊號完整性的小型裝置，大部份設備制造商都趨向于使用撓性電路；

（3）聚酰亞胺具有較高的玻璃轉移溫度與高熔點的特性，一般情況下要在350 ℃以上進行加工；

（4）在有機溶解方面，聚酰亞胺不溶解于一般的有機溶劑。
撓性板材料的漲縮主要跟基體材料PI和膠有關系，也就是與PI的亞胺化有很大關系，亞胺化程度越高，漲縮的可控性就越強。

按照正常的生產(chǎn)規(guī)律，撓性板在開料后，在圖形線路形成，以及軟硬結合壓合的過程中均會產(chǎn)生不同程度的漲縮，在圖形線路蝕刻后，線路的密集程度與走向，會導致整個板面應力重新取向，最終導致板面出現(xiàn)一般規(guī)律性的漲縮變化；在軟硬結合壓合的過程中，由于表面覆蓋膜與基體材料PI的漲縮系數(shù)不一致，也會在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生一定程度的漲縮。

從本質原因上說，任何材料的漲縮都是受溫度的影響所導致的，在PCB冗長的制作過程中，材料經(jīng)過諸多 熱濕制程后，漲縮值都會有不同程度的細微變化，但就長期的實際生產(chǎn)經(jīng)驗來看，變化還是有規(guī)律的。


如何控制與改善？


從嚴格意義上說，每一卷材料的內(nèi)應力都是不同的，每一批生產(chǎn)板的過程控制也不會是完全相同的，因此，材料漲縮系數(shù)的把握是建立在大量的實驗基礎之上的，過程管控與數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析就顯得尤為重要了。具體到實際操作中，撓性板的漲縮是分階段的：

首先是從開料到烘烤板，此階段漲縮主要是受溫度影響所引起的：

要保證烘烤板所引起的漲縮穩(wěn)定，首先要過程控制的一致性，在材料統(tǒng)一的前提下，每次烘烤板升溫與降 溫的操作必須一致化，不可因為一味的追求效率，而將烤完的板放在空氣中進行散熱。只有這樣，才能最大程度的消除材料的內(nèi)部應力引起的漲縮。

第二個階段發(fā)生在圖形轉移的過程中，此階段的漲縮主要是受材料內(nèi)部應力取向改變所引起的。

要保證線路轉移過程的漲縮穩(wěn)定，所有烘烤好的板就不能進行磨板操作，直接通過化學清洗線進行表面前處理，壓膜后表面須平整，曝光前后板面靜置時間須充分，在完成線路轉移以后，由于應力取向的改變，撓性板都會呈現(xiàn)出不同程度的卷曲與收縮，因此線路菲林補償?shù)目刂脐P系到軟硬結合精度的控制，同時，撓性板的漲縮值范圍的確定，是生產(chǎn)其配套剛性板的數(shù)據(jù)依據(jù)。

第三個階段的漲縮發(fā)生在軟硬板壓合的過程中，此階段的漲縮主要壓合參數(shù)和材料特性所決定。

此階段的漲縮影響因素包含壓合的升溫速率，壓力參數(shù)設置以及芯板的殘銅率和厚度幾個方面?？偟膩碚f，殘銅率越小，漲縮值越大；芯板越薄，漲縮值越大。但是，從大到小，是一個逐漸變化的過程，因此，菲林補償就顯得尤為重要。另外，由于撓性板和剛性板材料本質的不同，其補償是需要額外考慮的一個因素。

高速PCB設計指南之一
第一篇 PCB布線

在PCB設計中，布線是完成產(chǎn)品設計的重要步驟，可以說前面的準備工作都是為它而做的，在整個PCB中，以布線的設計過程限定最高，技巧最細、工作量最大。PCB布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動布線及交互式布線，在自動布線之前，可以用交互式預先對要求比較嚴格的線進行布線，輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。
自動布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預先設定，包括走線的彎曲次數(shù)、導通孔的數(shù)目、步進的數(shù)目等。一般先進行探索式布線，快速地把短線連通，然后進行迷宮式布線，先把要布的連線進行全局的布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要斷開已布的線。并試著重新再布線，以改進總體效果。
對目前高密度的PCB設計已感覺到貫通孔不太適應了，它浪費了許多寶貴的布線通道，為解決這一矛盾，出現(xiàn)了盲孔和埋孔技術，它不僅完成了導通孔的作用，還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便，更加流暢，更為完善，PCB 板的設計過程是一個復雜而又簡單的過程，要想很好地掌握它，還需廣大電子工程設計人員去自已體會，才能得到其中的真諦。
1 電源、地線的處理
既使在整個PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產(chǎn)品的性能下降，有時甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對電、地線的布線要認真對待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質量。
對每個從事電子產(chǎn)品設計的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產(chǎn)生的原因，現(xiàn)只對降低式抑制噪音作以表述：
（1）、眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。
（2）、盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關系是：地線＞電源線＞信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3mm,最細寬度可達0.05～0.07mm,電源線為1.2～2.5mm
對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路, 即構成一個地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用)
（3）、用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用?；蚴亲龀啥鄬影澹娫?，地線各占用一層。


2 數(shù)字電路與模擬電路的共地處理
現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路（數(shù)字或模擬電路），而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。
數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整人PCB對外界只有一個結點，所以必須在PCB內(nèi)部進行處理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）。數(shù)字地與模擬地有一點短接，請注意，只有一個連接點。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設計來決定。
3 信號線布在電（地）層上
在多層印制板布線時，由于在信號線層沒有布完的線剩下已經(jīng)不多，再多加層數(shù)就會造成浪費也會給生產(chǎn)增加一定的工作量，成本也相應增加了，為解決這個矛盾，可以考慮在電（地）層上進行布線。首先應考慮用電源層，其次才是地層。因為最好是保留地層的完整性。


4 大面積導體中連接腿的處理
在大面積的接地（電）中，常用元器件的腿與其連接，對連接腿的處理需要進行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤與銅面滿接為好，但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤，稱之為熱隔離（heat shield）俗稱熱焊盤（Thermal），這樣，可使在焊接時因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點的可能性大大減少。多層板的接電（地）層腿的處理相同。

5 布線中網(wǎng)絡系統(tǒng)的作用
在許多CAD系統(tǒng)中，布線是依據(jù)網(wǎng)絡系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過密，通路雖然有所增加，但步進太小，圖場的數(shù)據(jù)量過大，這必然對設備的存貯空間有更高的要求，同時也對象計算機類電子產(chǎn)品的運算速度有極大的影響。而有些通路是無效的，如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定位孔所占用的等。網(wǎng)格過疏，通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來支持布線的進行。
標準元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎一般就定為0.1英寸(2.54mm)或小于0.1英寸的整倍數(shù)，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

6 設計規(guī)則檢查（DRC）
布線設計完成后，需認真檢查布線設計是否符合設計者所制定的規(guī)則，同時也需確認所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查有如下幾個方面：

（1）、線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。
（2）、電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合（低的波阻抗）？在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。
（3）、對于關鍵的信號線是否采取了最佳措施，如長度最短，加保護線，輸入線及輸出線被明顯地分開。
（4）、模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨立的地線。
（5）后加在PCB中的圖形（如圖標、注標）是否會造成信號短路。
（6）對一些不理想的線形進行修改。
（7）、在PCB上是否加有工藝線？阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質量。
（8）、多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。

什么是HDI線路板？
一.什么是HDI板？
HDI板（High Density Interconnector），即高密度互連板，是使用微盲埋孔技術的一種線路分布密度比較高的電路板。HDI板有內(nèi)層線路和外層線路，再利用鉆孔、孔內(nèi)金屬化等工藝，使各層線路內(nèi)部實現(xiàn)連結。
二.HDI板與普通pcb的區(qū)別
HDI板一般采用積層法制造，積層的次數(shù)越多，板件的技術檔次越高。普通的HDI板基本上是1次積層，高階HDI采用2次或以上的積層技術，同時采用疊孔、電鍍填孔、激光直接打孔等先進PCB技術。當PCB的密度增加超過八層板后，以HDI來制造，其成本將較傳統(tǒng)復雜的壓合制程來得低。
HDI板的電性能和訊號正確性比傳統(tǒng)PCB更高。此外，HDI板對于射頻干擾、電磁波干擾、靜電釋放、熱傳導等具有更佳的改善。高密度集成（HDI）技術可以使終端產(chǎn)品設計更加小型化，同時滿足電子性能和效率的更高標準。
HDI板使用盲孔電鍍 再進行二次壓合，分一階、二階、三階、四階、五階等。一階的比較簡單，流程和工藝都好控制。二階的主要問題，一是對位問題，二是打孔和鍍銅問題。二階的設計有多種，一種是各階錯開位置，需要連接次鄰層時通過導線在中間層連通，做法相當于2個一階HDI。第二種是，兩個一階的孔重疊，通過疊加方式實現(xiàn)二階，加工也類似兩個一階，但有很多工藝要點要特別控制，也就是上面所提的。第三種是直接從外層打孔至第3層（或N-2層），工藝與前面有很多不同，打孔的難度也更大。對于三階的以二階類推即是。

三.HDI板的優(yōu)勢
這種PCB在突顯優(yōu)勢的基礎上發(fā)展迅速：
1.HDI技術有助于降低PCB成本;
2.HDI技術增加了線密度;
3.HDI技術有利于使用先進的包裝;
4.HDI技術具有更好的電氣性能和信號有效性;
5.HDI技術具有更好的可靠性;
6.HDI技術在散熱方面更好;
7.HDI技術能夠改善RFI（射頻干擾）/EMI（電磁干擾）/ESD（靜電放電）;
8.HDI技術提高了設計效率;
四.HDI板的材料
對HDI PCB材料提出了一些新的要求，包括更好的尺寸穩(wěn)定性，抗靜電移動性和非膠粘劑。HDI PCB的典型材料是RCC（樹脂涂層銅）。RCC有三種類型，即聚酰亞胺金屬化薄膜，純聚酰亞胺薄膜，流延聚酰亞胺薄膜。
RCC的優(yōu)點包括：厚度小，重量輕，柔韌性和易燃性，兼容性特性阻抗和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性。在HDI多層PCB的過程中，取代傳統(tǒng)的粘接片和銅箔作為絕緣介質和導電層的作用，可以通過傳統(tǒng)的抑制技術用芯片抑制RCC。然后使用非機械鉆孔方法如激光，以便形成微通孔互連。
RCC推動PCB產(chǎn)品從SMT（表面貼裝技術）到CSP的發(fā)生和發(fā)展（芯片級封裝），從機械鉆孔到激光鉆孔，促進PCB微通孔的發(fā)展和進步，所有這些都成為RCC領先的HDI PCB材料。
在實際的PCB中在制造過程中，對于RCC的選擇，通常有FR-4標準Tg 140C，F(xiàn)R-4高Tg 170C和FR-4和Rogers組合層壓，現(xiàn)在大多使用。隨著HDI技術的發(fā)展，HDI PCB材料必須滿足更多要求，因此HDI PCB材料的主要趨勢應該是：
1.使用無粘合劑的柔性材料的開發(fā)和應用;
2.介電層厚度小，偏差小;
3 .LPIC的發(fā)展;
4.介電常數(shù)越來越小;
5.介電損耗越來越小;
6.焊接穩(wěn)定性高;
7.嚴格兼容CTE（熱膨脹系數(shù)）;
五.HDI板制造的應用技術
HDI PCB制造的難點在于微觀通過制造，通過金屬化和細線。
1.微通孔制造
微通孔制造一直是HDI PCB制造的核心問題。主要有兩種鉆井方法：
a.對于普通的通孔鉆孔，機械鉆孔始終是其高效率和低成本的最佳選擇。隨著機械加工能力的發(fā)展，其在微通孔中的應用也在不斷發(fā)展。
b.有兩種類型的激光鉆孔：光熱消融和光化學消融。前者是指在高能量吸收激光之后加熱操作材料以使其熔化并且通過形成的通孔蒸發(fā)掉的過程。后者指的是紫外區(qū)高能光子和激光長度超過400nm的結果。
有三種類型的激光系統(tǒng)應用于柔性和剛性板，即準分子激光，紫外激光鉆孔，CO 2 激光。激光技術不僅適用于鉆孔，也適用于切割和成型。甚至一些制造商也通過激光制造HDI。雖然激光鉆孔設備成本高，但它們具有更高的精度，穩(wěn)定的工藝和成熟的技術。激光技術的優(yōu)勢使其成為盲/埋通孔制造中最常用的方法。如今，在HDI微通孔中，99％是通過激光鉆孔獲得的。
2.通過金屬化
通孔金屬化的最大困難是電鍍難以達到均勻。對于微通孔的深孔電鍍技術，除了使用具有高分散能力的電鍍液外，還應及時升級電鍍裝置上的鍍液，這可以通過強力機械攪拌或振動，超聲波攪拌，水平噴涂。此外，在電鍍前必須增加通孔壁的濕度。
除了工藝的改進外，HDI的通孔金屬化方法也看到了主要技術的改進：化學鍍添加劑技術，直接電鍍技術等。
3.細線
細線的實現(xiàn)包括傳統(tǒng)的圖像傳輸和激光直接成像。傳統(tǒng)的圖像轉移與普通化學蝕刻形成線條的過程相同。
對于激光直接成像，不需要攝影膠片，而圖像是通過激光直接在光敏膜上形成的。紫外波燈用于操作，使液體防腐解決方案能夠滿足高分辨率和簡單操作的要求。不需要攝影膠片，以避免因薄膜缺陷造成的不良影響，可以直接連接CAD/CAM，縮短制造周期，使其適用于限量和多種生產(chǎn)。

如何評估汽車HDI PCB制造商

電子行業(yè)的蓬勃發(fā)展推動了眾多行業(yè)的快速發(fā)展。近年來，電子產(chǎn)品在汽車工業(yè)中的應用日益廣泛。傳統(tǒng)的汽車工業(yè)在機械，動力，液壓和傳動方面進行了更多的努力。但是，現(xiàn)代汽車工業(yè)更多地依賴電子應用，而這些電子應用在汽車中發(fā)揮著越來越重要和潛在的作用。自動電氣化全部用于處理，感測，信息傳輸和記錄，而沒有印制電路板（PCB）則無法實現(xiàn)。由于汽車現(xiàn)代化和數(shù)字化的要求，以及人類對汽車安全性，舒適性，簡單操作和數(shù)字化的要求，PCB已廣泛應用于汽車行業(yè)，高密度互連（HDI）PCB，可能帶有跨層盲孔或雙層結構。
為了實現(xiàn)汽車HDI PCB的高可靠性和安全性，HDI PCB制造商必須遵循嚴格的策略和措施，這是本文重點關注的重點。
汽車PCB類型
在汽車電路板中，可以使用傳統(tǒng)的單層PCB，雙層PCB和多層PCB，而近年來HDI PCB的廣泛應用已成為汽車電子產(chǎn)品的首選。普通HDI PCB與汽車HDI PCB之間確實存在本質區(qū)別：前者強調(diào)實用性和多功能性，為消費電子產(chǎn)品提供服務，而后者則致力于可靠性，安全性和高質量。
有必要說明一下，因為汽車涵蓋了汽車，卡車或卡車等各種各樣的汽車，要求對不同的性能期望和功能有不同的要求，所以本文將要討論的法規(guī)和措施只是一些通用規(guī)則，不包括那些規(guī)則。特別案例。
汽車HDI PCB的分類和應用
HDI PCB可以分為單層HDI PCB，雙層積層PCB和三層積層PCB.在此，層是指預浸料的層。
汽車電子產(chǎn)品通常在兩類應用：
a.在與車輛的機械系統(tǒng)（例如發(fā)動機，底盤和車輛數(shù)字控制）配合使用之前，汽車電子控制設備將無法有效運行，特別是電子燃油噴射系統(tǒng)，防抱死制動系統(tǒng)（ABS），防滑控制（ASC） ，牽引力控制，電子控制懸架（ECS），電子自動變速器（EAT）和電子助力轉向（EPS）。

b.可以在汽車環(huán)境中獨立使用且與汽車性能無關的車載汽車設備包括汽車信息系統(tǒng)或車輛計算機，GPS系統(tǒng)，汽車視頻系統(tǒng)，車載通信系統(tǒng)和Internet設備功能，這些功能由HDI PCB支持的設備實現(xiàn)，這些設備負責信號傳輸和大量控制。

對汽車HDI PCB制造商的要求
由于高可靠性和汽車HDI印制電路板的安全性，汽車HDI PCB制造商必須符合高層次要求：
a.汽車HDI PCB制造商必須堅持在判斷或支持PCB制造商的管理水平中起關鍵作用的集成管理系統(tǒng)和質量管理體系。某些系統(tǒng)在被第三方身份驗證之前無法歸PCB制造商所有。例如，汽車PCB制造商必須通過ISO9001和ISO / IATF16949認證。

b.HDI PCB制造商必須具備扎實的技術和較高的HDI制造能力。具體而言，專門從事汽車電路板制造的制造商必須制造線寬/間距至少為75μm/75μm且具有兩層結構的電路板。公認的是，HDI PCB制造商必須具有至少1.33的工藝能力指數(shù)（CPK）和至少1.67的設備制造能力（CMK）。除非獲得客戶的認可和確認，否則不得在以后的制造中進行任何修改。

c.汽車HDI PCB制造商在選擇PCB原材料時必須遵循最嚴格的規(guī)則，因為它們在確定最終PCB的可靠性和性能中起著關鍵作用。
汽車HDI PCB的材料要求
?核心板和半固化片。它們是制造汽車HDI PCB的最基本，最關鍵的元素。當涉及HDI PCB的原材料時，核心板和預浸料是主要考慮因素。通常，HDI核心板和介電層都相對較薄。因此，一層預浸料足以在消費類HDI板上使用。但是，汽車HDI PCB必須依賴于至少兩層預浸料的層壓，因為如果發(fā)生空腔或粘合劑不足，則單層的預浸料可能會導致絕緣電阻降低。之后，最終結果可能是整個板子或產(chǎn)品的故障。
?阻焊膜。作為直接覆蓋在表面電路板上的保護層，阻焊層也起著與核心板和預浸料相同的重要作用。除保護外部電路外，阻焊層在產(chǎn)品的外觀，質量和可靠性方面也起著至關重要的作用。因此，汽車電路板上的阻焊層必須符合最嚴格的要求。阻焊膜必須通過多項有關可靠性的測試，包括儲熱測試和剝離強度測試。
汽車HDI PCB材料的可靠性測試
合格的HDI PCB制造商絕不會認為材料選擇是理所當然的。相反，他們必須對電路板的可靠性進行一些測試。有關汽車HDI PCB材料可靠性的主要測試包括CAF（導電陽極絲）測試，高溫和低溫熱沖擊測試，天氣溫度循環(huán)測試和儲熱測試。
?CAF測試。它用于測量兩個導體之間的絕緣電阻。該測試涵蓋許多測試值，例如層之間的最小絕緣電阻，通孔之間的最小絕緣電阻，埋孔之間的最小絕緣電阻，盲孔之間的最小絕緣電阻以及并聯(lián)電路之間的最小絕緣電阻。
?高溫和低溫熱沖擊測試。此測試旨在測試必須小于一定百分比的電阻變化率。具體而言，該測試中提到的參數(shù)包括通孔之間的電阻變化率，埋孔之間的電阻變化率和盲孔之間的電阻變化率。
?氣候溫度循環(huán)測試。被測板需要在回流焊接之前進行預處理。在-40℃±3℃至140℃±2℃的溫度范圍內(nèi)，電路板必須在最低溫度和最高溫度下保持15分鐘。結果，合格的電路板不會發(fā)生層壓，白點或爆炸。

?高溫存儲測試。該測試主要針對阻焊層的可靠性，特別是其剝離強度。就阻焊層的判斷而言，該測試被認為是最嚴格的。

根據(jù)以上介紹的測試要求，如果基材或原材料不能滿足客戶要求，則可能會發(fā)生潛在的風險。因此，是否對材料進行測試可能是確定合格的HDI PCB制造商的關鍵因素。
可以使用許多策略和措施來判斷汽車HDI PCB制造商，包括材料供應商認證，過程中的技術條件以及參數(shù)確定和附件的應用等。為尋找可靠的HDI PCB制造商，它們可能是重要的組成部分。確定和判斷其可靠性作為參考。

超實用的高頻PCB電路設計70問答之一
1、如何選擇PCB 板材？

選擇PCB板材必須在滿足設計需求和可量產(chǎn)性及成本中間取得平衡點。設計需求包含電氣和機構這兩部分。通常在設計非常高速的 PCB 板子(大于 GHz 的頻率)時這材質問題會比較重要。例如，現(xiàn)在常用的 FR-4 材質，在幾個GHz 的頻率時的介質損耗(dielectric loss)會對信號衰減有很大的影響，可能就不合用。就電氣而言，要注意介電常數(shù)(dielectric constant)和介質損在所設計的頻率是否合用。



2、如何避免高頻干擾？

避免高頻干擾的基本思路是盡量降低高頻信號電磁場的干擾，也就是所謂的串擾(Crosstalk)?？捎美蟾咚傩盘柡湍M信號之間的距離，或加 ground guard/shunt traces 在模擬信號旁邊。還要注意數(shù)字地對模擬地的噪聲干擾。



3、在高速設計中，如何解決信號的完整性問題？

信號完整性基本上是阻抗匹配的問題。而影響阻抗匹配的因素有信號源的架構和輸出阻抗(output impedance)，走線的特性阻抗，負載端的特性，走線的拓樸(topology)架構等。解決的方式是靠端接(termination)與調(diào)整走線的拓樸。



4、差分布線方式是如何實現(xiàn)的？

差分對的布線有兩點要注意，一是兩條線的長度要盡量一樣長，另一是兩線的間距(此間距由差分阻抗決定)要一直保持不變，也就是要保持平行。平行的方式有兩種，一為兩條線走在同一走線層(side-by-side)，一為兩條線走在上下相鄰兩層(over-under)。一般以前者 side-by-side(并排, 并肩) 實現(xiàn)的方式較多。



5、對于只有一個輸出端的時鐘信號線，如何實現(xiàn)差分布線？

要用差分布線一定是信號源和接收端也都是差分信號才有意義。所以對只有一個輸出端的時鐘信號是無法使用差分布線的。



6、接收端差分線對之間可否加一匹配電阻？

接收端差分線對間的匹配電阻通常會加, 其值應等于差分阻抗的值。這樣信號質量會好些。



7、為何差分對的布線要靠近且平行？

對差分對的布線方式應該要適當?shù)目拷移叫小Ｋ^適當?shù)目拷且驗檫@間距會影響到差分阻抗(differential impedance)的值, 此值是設計差分對的重要參數(shù)。需要平行也是因為要保持差分阻抗的一致性。若兩線忽遠忽近, 差分阻抗就會不一致, 就會影響信號完整性(signal integrity)及時間延遲(timing delay)。



8、如何處理實際布線中的一些理論沖突的問題

基本上, 將模/數(shù)地分割隔離是對的。 要注意的是信號走線盡量不要跨過有分割的地方(moat), 還有不要讓電源和信號的回流電流路徑(returning current path)變太大。



晶振是模擬的正反饋振蕩電路, 要有穩(wěn)定的振蕩信號, 必須滿足loop gain 與 phase 的規(guī)范, 而這模擬信號的振蕩規(guī)范很容易受到干擾, 即使加 ground guard traces 可能也無法完全隔離干擾。而且離的太遠,地平面上的噪聲也會影響正反饋振蕩電路。 所以, 一定要將晶振和芯片的距離進可能靠近。



確實高速布線與 EMI 的要求有很多沖突。但基本原則是因 EMI 所加的電阻電容或 ferrite bead, 不能造成信號的一些電氣特性不符合規(guī)范。 所以, 最好先用安排走線和 PCB 迭層的技巧來解決或減少 EMI的問題, 如高速信號走內(nèi)層。最后才用電阻電容或 ferrite bead 的方式, 以降低對信號的傷害。



9、如何解決高速信號的手工布線和自動布線之間的矛盾？

現(xiàn)在較強的布線軟件的自動布線器大部分都有設定約束條件來控制繞線方式及過孔數(shù)目。各家 EDA公司的繞線引擎能力和約束條件的設定項目有時相差甚遠。 例如, 是否有足夠的約束條件控制蛇行線(serpentine)蜿蜒的方式, 能否控制差分對的走線間距等。 這會影響到自動布線出來的走線方式是否能符合設計者的想法。 另外, 手動調(diào)整布線的難易也與繞線引擎的能力有絕對的關系。 例如, 走線的推擠能力,過孔的推擠能力, 甚至走線對敷銅的推擠能力等等。 所以, 選擇一個繞線引擎能力強的布線器, 才是解決之道。



10、關于 test coupon。

test coupon 是用來以 TDR (Time Domain Reflectometer) 測量所生產(chǎn)的 PCB 板的特性阻抗是否滿足設計需求。 一般要控制的阻抗有單根線和差分對兩種情況。 所以， test coupon 上的走線線寬和線距(有差分對時)要與所要控制的線一樣。 最重要的是測量時接地點的位置。 為了減少接地引線(ground lead)的電感值， TDR 探棒(probe)接地的地方通常非常接近量信號的地方(probe tip)， 所以， test coupon 上量測信號的點跟接地點的距離和方式要符合所用的探棒。



11、在高速 PCB 設計中，信號層的空白區(qū)域可以敷銅，而多個信號層的敷銅在接地和接電源上應如何分配？

一般在空白區(qū)域的敷銅絕大部分情況是接地。 只是在高速信號線旁敷銅時要注意敷銅與信號線的距離， 因為所敷的銅會降低一點走線的特性阻抗。也要注意不要影響到它層的特性阻抗， 例如在 dual strip line 的結構時。

12、是否可以把電源平面上面的信號線使用微帶線模型計算特性阻抗？電源和地平面之間的信號是否可以使用帶狀線模型計算？

是的， 在計算特性阻抗時電源平面跟地平面都必須視為參考平面。 例如四層板: 頂層-電源層-地層-底層，這時頂層走線特性阻抗的模型是以電源平面為參考平面的微帶線模型。



13、在高密度印制板上通過軟件自動產(chǎn)生測試點一般情況下能滿足大批量生產(chǎn)的測試要求嗎？

一般軟件自動產(chǎn)生測試點是否滿足測試需求必須看對加測試點的規(guī)范是否符合測試機具的要求。另外，如果走線太密且加測試點的規(guī)范比較嚴，則有可能沒辦法自動對每段線都加上測試點，當然，需要手動補齊所要測試的地方。



14、添加測試點會不會影響高速信號的質量？

至于會不會影響信號質量就要看加測試點的方式和信號到底多快而定?；旧贤饧拥臏y試點(不用在線既有的穿孔(via or DIP pin)當測試點)可能加在在線或是從在線拉一小段線出來。前者相當于是加上一個很小的電容在在線，后者則是多了一段分支。這兩個情況都會對高速信號多多少少會有點影響，影響的程度就跟信號的頻率速度和信號緣變化率(edge rate)有關。影響大小可透過仿真得知。原則上測試點越小越好(當然還要滿足測試機具的要求)分支越短越好。



15、若干 PCB 組成系統(tǒng)，各板之間的地線應如何連接？

各個 PCB 板子相互連接之間的信號或電源在動作時，例如 A 板子有電源或信號送到 B 板子，一定會有等量的電流從地層流回到 A 板子 (此為 Kirchoff current law)。這地層上的電流會找阻抗最小的地方流回去。所以，在各個不管是電源或信號相互連接的接口處，分配給地層的管腳數(shù)不能太少，以降低阻抗，這樣可以降低地層上的噪聲。另外，也可以分析整個電流環(huán)路，尤其是電流較大的部分，調(diào)整地層或地線的接法，來控制電流的走法(例如，在某處制造低阻抗，讓大部分的電流從這個地方走)，降低對其它較敏感信號的影響。



16、能介紹一些國外關于高速 PCB 設計的技術書籍和數(shù)據(jù)嗎？

現(xiàn)在高速數(shù)字電路的應用有通信網(wǎng)路和計算器等相關領域。在通信網(wǎng)路方面，PCB 板的工作頻率已達 GHz 上下，疊層數(shù)就我所知有到 40 層之多。計算器相關應用也因為芯片的進步，無論是一般的 PC 或服務器(Server)，板子上的最高工作頻率也已經(jīng)達到 400MHz (如 Rambus) 以上。因應這高速高密度走線需求，盲埋孔(blind/buried vias)、mircrovias 及 build-up 制程工藝的需求也漸漸越來越多。 這些設計需求都有廠商可大量生產(chǎn)。



17、兩個常被參考的特性阻抗公式：

微帶線(microstrip) Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)] 其中，W 為線寬，T 為走線的銅皮厚度，H 為走線到參考平面的距離，Er 是 PCB 板材質的介電常數(shù)(dielectric constant)。此公式必須在0.1<(W/H)<2.0 及 1<(Er)<15 的情況才能應用。



帶狀線(stripline) Z=[60/sqrt(Er)]ln{4H/[0.67π(T+0.8W)]} 其中，H 為兩參考平面的距離，并且走線位于兩參考平面的中間。此公式必須在 W/H<0.35 及 T/H<0.25 的情況才能應用。



18、差分信號線中間可否加地線？

差分信號中間一般是不能加地線。因為差分信號的應用原理最重要的一點便是利用差分信號間相互耦合(coupling)所帶來的好處，如 flux cancellation，抗噪聲(noise immunity)能力等。若在中間加地線，便會破壞耦合效應。



19、剛柔板設計是否需要專用設計軟件與規(guī)范？國內(nèi)何處可以承接該類電路板加工？

可以用一般設計 PCB 的軟件來設計柔性電路板(Flexible Printed Circuit)。一樣用 Gerber 格式給 FPC廠商生產(chǎn)。由于制造的工藝和一般 PCB 不同，各個廠商會依據(jù)他們的制造能力會對最小線寬、最小線距、最小孔徑(via)有其**。除此之外，可在柔性電路板的轉折處鋪些銅皮加以補強。至于生產(chǎn)的廠商可上網(wǎng)“FPC”當關鍵詞查詢應該可以找到。



20、適當選擇 PCB 與外殼接地的點的原則是什么？

選擇 PCB 與外殼接地點選擇的原則是利用 chassis ground 提供低阻抗的路徑給回流電流(returning current)及控制此回流電流的路徑。例如，通常在高頻器件或時鐘產(chǎn)生器附近可以借固定用的螺絲將 PCB的地層與 chassis ground 做連接，以盡量縮小整個電流回路面積，也就減少電磁輻射。

超實用的高頻PCB電路設計70問答 之二
21.在電路板尺寸固定的情況下，如果設計中需要容納更多的功能，就往往需要提高 PCB 的走線密度，但是這樣有可能導致走線的相互干擾增強，同時走線過細也使阻抗無法降低，請專家介紹在高速（>100MHz）高密度 PCB 設計中的技巧?

在設計高速高密度 PCB 時，串擾(crosstalk interference)確實是要特別注意的，因為它對時序(timing)與信號完整性(signal integrity)有很大的影響。以下提供幾個注意的地方：

控制走線特性阻抗的連續(xù)與匹配。

走線間距的大小。一般?？吹降拈g距為兩倍線寬?？梢酝高^仿真來知道走線間距對時序及信號完整性的影響，找出可容忍的最小間距。不同芯片信號的結果可能不同。

選擇適當?shù)亩私臃绞健?br />
避免上下相鄰兩層的走線方向相同，甚至有走線正好上下重疊在一起，因為這種串擾比同層相鄰走線的情形還大。



利用盲埋孔(blind/buried via)來增加走線面積。但是 PCB 板的制作成本會增加。在實際執(zhí)行時確實很難達到完全平行與等長，不過還是要盡量做到。

除此以外，可以預留差分端接和共模端接，以緩和對時序與信號完整性的影響。

22.電路板 DEBUG 應從那幾個方面著手？

就數(shù)字電路而言，首先先依序確定三件事情： 1. 確認所有電源值的大小均達到設計所需。有些多重電源的系統(tǒng)可能會要求某些電源之間起來的順序與快慢有某種規(guī)范。 2. 確認所有時鐘信號頻率都工作正常且信號邊緣上沒有非單調(diào)(non-monotonic)的問題。3. 確認 reset 信號是否達到規(guī)范要求。 這些都正常的話，芯片應該要發(fā)出第一個周期(cycle)的信號。接下來依照系統(tǒng)運作原理與 bus protocol 來 debug。

23、濾波時選用電感，電容值的方法是什么？

電感值的選用除了考慮所想濾掉的噪聲頻率外，還要考慮瞬時電流的反應能力。如 果 LC 的輸出端會有機會需要瞬間輸出大電流，則電感值太大會阻礙此大電流流經(jīng)此電感的速度，增加紋波噪聲(ripple noise)。電容值則和所能容忍的紋波噪聲規(guī)范值的大小有關。紋波噪聲值要求越小，電容值會較大。而電容的ESR/ESL 也會有影響。另外，如果這 LC 是放在開關式電源(switching regulation power)的輸出端時，還要注意此 LC 所產(chǎn)生的極點零點(pole/zero)對負反饋控制(negative feedback control)回路穩(wěn)定度的影響。

24、模擬電源處的濾波經(jīng)常是用 LC 電路。但是為什么有時 LC 比 RC 濾波效果差？

LC與 RC濾波效果的比較必須考慮所要濾掉的頻帶與電感值的選擇是否恰當。因為電感的感抗(reactance)大小與電感值和頻率有關。如果電源的噪聲頻率較低，而電感值又不夠大，這時濾波效果可能不如 RC。但是，使用 RC 濾波要付出的代價是電阻本身會耗能，效率較差，且要注意所選電阻能承受的功率。

25、如何盡可能的達到 EMC 要求，又不致造成太大的成本壓力？

PCB 板上會因 EMC 而增加的成本通常是因增加地層數(shù)目以增強屏蔽效應及增加了 ferrite bead、choke等抑制高頻諧波器件的緣故。除此之外，通常還是需搭配其它機構上的屏蔽結構才能使整個系統(tǒng)通過 EMC的要求。以下僅就 PCB 板的設計技巧提供幾個降低電路產(chǎn)生的電磁輻射效應。

盡可能選用信號斜率(slew rate)較慢的器件，以降低信號所產(chǎn)生的高頻成分。

注意高頻器件擺放的位置，不要太靠近對外的連接器。

注意高速信號的阻抗匹配，走線層及其回流電流路徑(return current path)， 以減少高頻的反射與輻射。


在各器件的電源管腳放置足夠與適當?shù)娜ヱ詈想娙菀跃徍碗娫磳雍偷貙由系脑肼暋Ｌ貏e注意電容的頻率響應與溫度的特性是否符合設計所需。



對外的連接器附近的地可與地層做適當分割，并將連接器的地就近接到 chassis ground。

可適當運用 ground guard/shunt traces 在一些特別高速的信號旁。但要注意 guard/shunt traces 對走線特性阻抗的影響。

電源層比地層內(nèi)縮 20H，H 為電源層與地層之間的距離。