确保信号完整性的PCB板设计准则
信号完整性(SI)问题解决得越早,设计的效率就越高,从而可避免在电路板设计完成之后才增加端接元器件.随着IC输出开关速度的提高,不管信号周期如何,几乎所有设计都遇到了信号完整性问题.即使过去没有遇到SI问题,但是随着电路工作频率的提高,一定会遇到信号完整性的问题.SI和EMC*在PCB布线之前要进行仿真和计算,然后,PCB板设计就可以遵循一系列非常严格的设计规则,在有疑问的地方,可以增加端接元器件,从而获得尽可能多的SI安全裕量.电源完整性(PI)与信号完整性(SI)是密切关联的,电源完整性直接影响较终PCB板的信号完整性.而且很多情况下,影响信号畸变的主要原因是电源系统.EMC设计目前主要采用设计规则检查方式,很重要的一点,就是企业必须逐步建立和完善适合企业特定领域产品的设计规范,形成一整套的EMC设计规则集.这些在国外的大公司非常普及,如三星和SONY.这些规则由人或者EDA软件来检查核对.
PCB多层板和堆叠规则
1、每个PCB都需要良好的基础:组装说明
PCB的基础方面包括介电材料,铜和走线尺寸以及机械层或尺寸层。用作电介质的材料为PCB提供了两个基本功能。当我们构建能够处理高速信号的复杂PCB时,介电材料会隔离在PCB相邻层上发现的信号。PCB的稳定性取决于整个平面上电介质的一致阻抗以及在宽频率范围内的一致阻抗。
尽管看起来铜作为导体很明显,但还存在其他功能。铜的不同重量和厚度会影响电路实现正确电流量和定义损耗量的能力。就接地层和电源层而言,铜层的质量会影响接地层的阻抗和电源层的热导率。使差分信号对的厚度和长度相匹配可以巩固电路的稳定性和完整性,尤其是对于高频信号而言。
物理尺寸线、尺寸标记、数据表、切口信息、通孔信息、工具信息和组装说明不仅描述了机械层或尺寸层,而且还充当了PCB基础的度量。组装信息控制电子部件的安装和位置。由于“印制电路组装”过程将功能组件连接到PCB上的走线,因此组装过程要求设计团队专注于信号管理、热管理、焊盘放置、电气和机械组装规则之间的关系,以及组件的物理安装符合机械要求。
每个PCB设计都需要IPC-2581中的组装文档。其他文件包括物料清单、Gerber数据、CAD数据、示意图、制造图、注释、装配图、任何测试规格、任何质量规格以及所有法规要求。这些文档中包含的准确性和细节减少了设计过程中任何出现错误的机会。
2、必须遵循的规则:排除和布线层
在房屋中安装电线的电工必须遵守规则,以确保电线不会出现急剧弯曲或变得易受用于安装石膏板的钉子或螺钉影响。使电线穿过双头螺栓墙需要以一致的方式来确定布线路径的深度和高度。
保持层和布线层为PCB设计建立了相同的约束条件。保持层定义了设计软件的物理约束(例如组件放置或机械间隙)或电气约束(例如布线保持)。布线层建立组件之间的互连。根据PCB的应用和类型,可以在PCB的**层和底层或内部层中放置布线层。
为接地平面和电源平面寻找空间
每个房屋都有一个主要的电气服务面板或负载中心,可以接收来自公用事业公司的进来的电力,并将电力分配给为灯、插座、电器和设备供电的电路。PCB的接地层和电源层通过将电路接地和将不同的板上电压分配给组件来提供相同的功能。与服务面板一样,电源和接地层可以包含多个铜段,这些铜段允许电路和子电路连接到不同的电位。
保护电路板,保护走线
专业的房屋油漆工会仔细记录天花板,墙壁和装饰的颜色和饰面。在PCB上,丝网印刷层使用文本来***层和底层上组件的位置。通过丝网印刷获得信息可以使设计团队免于引用装配文件。
由房屋油漆工施加的底漆,油漆,污渍和清漆可添加引人入胜的颜色和纹理。此外,这些表面处理可以保护表面不致变质。同样,当某种类型的碎屑落在走线上时,PCB上的薄阻焊层可帮助PCB防止走线短路。
3、PCB叠层规则
随着PCB技术的改进和消费者对更快,更强大产品的需求的增加,PCB已从基本的两层板变为具有四,六层以及多达十至三十层的电介质和导体的板。为什么要增加层数?拥有更多的层可以提高电路板分配功率,减少串扰,消除电磁干扰并支持高速信号的能力。用于PCB的层数取决于应用、工作频率、引脚密度和信号层要求。
通过两层堆叠,**层(即*1层)用作信号层。四层堆叠使用**层和底层(或*1层和*4层)作为信号层,在此配置中,*2层和*3层用作平面。预浸料层将两个或多个双面板粘合在一起,并充当层之间的电介质。六层PCB增加了两层铜层,*二层和*五层作为平面。第1、3、4和6层承载信号。
继续前进到六层的结构,内层二三(当为双面板)和四五(当为双面板)为芯板层,芯板之间夹半固化片(PP)。由于半固化片材料尚未完全固化,因此材料比芯材柔软。PCB制造过程将热量和压力施加到整个堆叠体上,并使半固化片和纤芯熔化,以便各层可以粘结在一起。
多层板为堆叠增加了更多的铜层和电介质层。在八层PCB中,电介质的七个内部行将四个平面层和四个信号层粘合在一起。十到十二层板增加了电介质层的数量,保留了四个平面层,并增加了信号层的数量。
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.**抗氧化(OSP)通过化学方法在清洁的裸铜表面上生长一层**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,首先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巨大的变化。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巨大变化。基材:铜
绝缘材料:**树脂
绝缘树脂:环氧树脂(EP)
阻燃特性:VO板
绝缘层厚度:常规板
层数:多面
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