PCB高频板的定义:
高频板是指电磁频率较高的特种线路板,用于高频率(频率大于300MHZ或者波长小于1米)与微波(频率大于3GHZ或者波长小于0.1米)领域的PCB,是在微波基材覆铜板上利用普通刚性线路板制造方法的部分工序或者采用特殊处理方法而生产的电路板。一般来说,高频板可定义为频率在1GHz以上线路板。
随着科学技术的快速发展,越来越多的设备设计是在微波频段(>1GHZ)甚至与毫米波领域(77GHZ)以上的应用(例如现在很火的车载77GHz毫米波天线),这也意味着频率越来越高,对线路板的基材的要求也越来越高。比如说基板材料需要具有优良的电性能,良好的化学稳定性,随电源信号频率的增加在基材上的损失要求非常小,所以高频板材的重要性就凸现出来了。
如何选择高频高速板材
选择PCB板材必须在满足设计需求、可量产性、成本中间取得平衡点。简单而言,设计需求包含电气和结构可靠性这两部分。通常在设计非常高速的PCB板子(大于GHz的频率)时这板材问题会比较重要。例如,现在常用的FR-4材质,在几个GHz的频率时的介质损Df(Dielectricloss)会很大,可能就不适用。
举例来说,10Gb/S高速数字信号是方波,它可以看作是不同频率的正弦波信号的叠加。因此10Gb/S包含许多不同频率信号:5Ghz的基波信号、3阶15GHz、5阶25GHz、7阶35GHz信号等。保持数字信号的完整性以及上下沿的陡峭程度和射频微波(数字信号的高频谐波部分达到了微波频段)的低损耗低失真传输一样。因此,在诸多方面,高速数字电路PCB选材和射频微波电路的需求类似。
在实际的工程操作中,高频板材的选择看似简单但需要考虑的因素还是非常多的,通过本文的介绍,作为PCB设计工程师或者高速项目负责人,对板材的特性及选择有一定的了解。了解板材电性能、热性能、可靠性等。并合理使用层叠,设计出一块可靠性高、加工性好的产品,各种因素的考量达到较佳化。
选择合适板材的主要考虑因素--PCB高频板
**、与产品匹配的各种性能
低损耗,稳定的Dk/Df参数,低色散,随频率及环境变化系数小,材料厚度及胶含量公差小(阻抗控制好),如果走线较长,考虑低粗糙度铜箔。另外一点,高速电路的设计前期都需要仿真,仿真结果是设计的参考标准。“兴森科技-安捷伦(高速/射频)联合实验室”解决了仿真结果和测试不一致的业绩难题,做过大量的仿真和实际测试闭环验证,通过*有方法能做到仿真和实测一致。
第二、材料的可及时获得性
很多高频板材采购周期非常长,甚至2-3个月;除常规高频板材RO4350有库存,很多高频板都需要客户提供。因此,高频板材需要和厂家提前沟通好,尽早备料。
第三、法律法规的适用性等
要与不同国家环保法规相融合,满足RoHS及无卤素等要求。
以上各个因素中,高速数字电路运行速度是PCB选择考虑的主要因素,电路的速率越高,所选PCBDf值就应该越小。具有中,低损耗的电路板材将适合10Gb/S的数字电路;具有更低损耗的板材适用25Gb/s的数字电路;具有**低损耗板材将适应更快的高速数字电路,其速率可以为50Gb/s或者更高。
第四、成本因素Cost
看产品的价格敏感程度,是消费类产品,还是通讯、医疗、工业、**类的应用。
从材料Df看:
Df介于0.01~0.005电路板材适合上限为10Gb/S数字电路;
Df介于0.005~0.003电路板材适合上限为25Gb/S数字电路;
Df不**过0.0015的电路板材适合50Gb/S甚至更高速数字电路。
ESD产生的机理
一个允电的导体接近另一个导时,两个导体之间会建立一个很强的电场,产生由电场引起的击穿。当两个导体之间的电压**过它们之间空气和绝缘介质的击穿电压时,就会产生ESD电弧。在0.7ns到10ns的时间里,ESD电弧电流会达到几十安培甚至**过100A。ESD电弧会产生一个频率范围在1MHz~500MHz的强磁场,并感性耦合到邻近的每一个布线环路,在距离ESD电弧10cm范围产生15A以上的电流,4KV以上的高压。ESD电弧将一直维持到两个导体接触短路或者电流低到不能维持电弧为止。
抗ESD的PCB布局与布线设计
尽可能使用多层PCB板结构,在PCB板内层布置专门的电源和地平面。采用旁路和退耦电容。尽量将每一个信号层都紧靠一个电源层或地线层,对于**层和底层表面都有元器件、具有很短连接线以及许多填充地的高密度PCB,可以考虑使用内层走线。
确保每一个功能电路和各功能电路之间的元器件布局尽可能紧凑,对易受ESD影响的电路或敏感元器件,应该放在靠近PCB板中心的区域,这样其它的电路可以为它们提供一定的屏蔽作用。在能被ESD直接击中的区域,每一个信号线附近都要布一条地线。
在ESD容易进入的设备I/0接口处以及人手经常需要触摸或操作的位置,比如复位键、通讯口、开/关机键、功能按键等。通常在接收端放置瞬态保护器、串联电阻或磁珠。
要确保信号线尽可能短,信号线的长度大于12inch(30cm)时,一定要平行布一条地线。
确保信号线和相应回路之间的环路面积尽可能小,对于长信号每隔几厘米或几英寸调换信号线和地线的位置来减小环路面积。
确保电源和地之间的环路面积尽可能小,在靠近集成电路芯片(IC)每一个电源管脚的地方放置一个高频电容。
在可能的情况下,要用地填充未使用的区域,每隔<2inch(5cm)距离将所有层的填充地连起来。
电源或地平面上开口长度**过8mm时,要用窄的导线将开口两侧连接起来。
复位线、中断信号线、或者边沿触发信号线不能布置在靠近PCB板边沿的地方。
在PCB板的整个外围四周布置环形地通路,尽可能使所有层的环形地宽度大于100mil。每隔500mil用过孔将所有层的环形地连接起来,信号线距离环形地>20mil(0.5mm)。
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先进行膨松剂处理,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)。
在制成较终产品时,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**能。绝缘层厚度:常规板
层数:多面
基材:铜
绝缘材料:**树脂
绝缘树脂:环氧树脂(EP)
阻燃特性:VO板
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