pcb材料阻抗控制以及疊層的DFM設計

1、 DFM設計常用FR4材料簡介：阻抗控制：表面處理：疊層設計：常用FR4材料簡介：由什么組成：不是一種材料名稱，而是一種材料等級，目前一般電路板所用的FR-4等級材料就有非常多的種類，但是多數(shù)都是以所謂的四功能(Tera-Function)的環(huán)氧樹脂加上填充劑(Filler)以及玻璃纖維所做出的復合材料。板材的種類：如core，pp。各自的厚度參考表我們設置的層疊，工廠是否可以不加改動直接疊壓出來，需要結(jié)合以下三張表格的數(shù)據(jù)：1、常用芯板（即我們常說的CORE）厚度對照表(兩位小數(shù)的代表介質(zhì)厚度，一位小數(shù)的包括銅箔厚度)：芯板(標稱值)mm0.100.130.210.250.360.510.7

2、1英制（mil）45810142028芯板(標稱值)mm0.811.21.622.42.5英制（mil）31.538.9845.2861.0276.7792.5296.462、三種常用半固化片（即我們常說的PP）在不同條件下的厚度取值(mil)copper代表TOP和BOTTOM層,gnd代表電源或地層,signal代表信號層。介質(zhì)厚度0.5OzCopper/GndGnd/Gnd Copper/Signal GND/signal Signal/Signal 10802.82.62.52.42.221164.64.44.243.876287.376.86.76.6介質(zhì)厚度1OzCopper/Gn

3、dGnd/Gnd Copper/Signal GND/signal Signal/Signal 10802.82.62.52.42.221164.54.34.13.93.776287.16.86.66.56.43、工廠常用的標準銅厚參數(shù)對照表：標稱基銅規(guī)格（um/OZ）18/0.535/1.070/2.0內(nèi)層計算銅厚（mil）0.61.22.6外層計算銅厚（mil）1.92.563.94阻抗控制：阻抗受哪些因素影響對于一個pcb微帶線影響阻抗的主要是線寬、線路的厚度、到參考平面的距離和所使用的材料的介電常數(shù)。其它一些常被忽略的因素為蝕刻因子，信號的頻率，溫度的變化信號脈沖的上升時間影響pcb的

4、哪些方面？有怎樣的影響？信號的帶寬由上升時間決定，帶寬0.35/信號上升時間。我們可以對一個信號進行傅立葉分解，得到信號的頻譜。對于周期信號，頻譜是離散的，對于非周期信號，它的頻譜是離散的。我們可以把PCB板的信號看做是周期的，它可以分解成信號的基頻的1倍，3倍，5倍等奇頻信號再乘以它的幅值之和一般來說，頻率越高的幅值越小，即f(x)=A1*coswx+A3cos3wx+A5*cos5wx+.,因為它有無窮多項，實際上帶寬就是將無窮多項化成有限項。我們成上面的公式可以看出，它是由不斷增加的頻率的和組成，帶寬就是這個和式的上限頻率，把高于它的頻率的和式略掉。因為高與帶寬的頻率的幅值與A1相比很小

5、。   對于高速信號，頻率越高，損耗越大。因此，我們把信號分解成不同頻率的信號之和時，不同頻率的信號損耗各不同，我們再將信號還原時，信號的高頻部分被損耗掉了，必然造成信號的上升時間增加。觀察信號的眼圖時，會有眼圖塌陷。  因此，信號上升時間越小，損耗就越大。  同時，由于信號的上升時間變長，信號之間的干擾(ISI)也會增加。因為前面的信號還在上升時，后面的信號就跟上來了，就會相互干擾。  還有，信號的上升時間會影響信號之間的串擾(crosstalk),特別時遠端串擾，它與上升時間成反比。常規(guī)FR4板材的介電常數(shù)列表要使我們的阻抗計算結(jié)

6、果更接近實際值，需要結(jié)合以下三張表格：1、線條梯形截面參數(shù)對照表：層別/線寬基銅厚(um/OZ)上線寬(mil)下線寬(mil)(W)(W1)內(nèi)層18/0.5W1-0.5W135/1.0W1-1W1外層18/0.5W1-1W135/1.0W1-0.8W1-0.5（注：W1=預設計線寬）阻抗計算要注意的事情：如線的剖面是一個梯形，計算的時候要注意W1,W2不一樣的2、半固化片組合的介電常數(shù)半固化片型號樹脂含量(%)介電常數(shù)值1MHZ1GHZ726841±34.6±0.24.3±0.2211652±34.4±0.24.0±0.210806

7、4±34.2±0.23.7±0.2半固化片組合的介電常數(shù)為各半固化片的算術(shù)平均值,例如：1080+2116-（4.3+4.5）/27628+2116-(4.5+4.7)/23各種厚度芯板的介電常數(shù)及損耗角正切（測試條件為C-40/23/50）厚 度（mm）0.130.150.210.250.360.510.710.79介電常數(shù)1MHZ4.4±0.24.2±0.24.6±0.24.4±0.24.6±0.24.5±0.24.6±0.24.5±0.21GHZ4.0±0.23.7&#

8、177;0.24.3±0.24.0±0.24.3±0.24.2±0.24.2±0.24.2±0.2損耗角正切tg0.00350.00340.00350.00340.00350.00350.00350.0035厚 度 (mm)11.21.51.622.433.2介電常數(shù)1MHZ4.6±0.24.6±0.24.6±0.24.6±0.24.6±0.24.6±0.24.6±0.24.6±0.21GHZ4.2±0.24.2±0.24.2±

9、;0.24.2±0.24.2±0.24.2±0.24.3±0.24.3±0.2損耗角正切tg0.00350.00350.00350.00350.00350.00350.00350.0035表面處理：DFM考慮：噴錫 沉金 渡金 無鉛噴錫PCb沉錫工藝是為有利于SMT與芯片封裝而特別設計的在銅面上以化學方式沉積錫金屬鍍層，是取代Pb-Sn合金鍍層制程的一種綠色環(huán)保新工藝，已廣泛使用與電子產(chǎn)品（如線路板、電子器件）與五金件、裝飾品等表面處理。一、沉錫工藝特點1.在155下烘烤4小時（即相當于存放一年），或經(jīng)8天的高溫高濕試驗（45、相對濕度93），

10、或經(jīng)三次回流焊后仍具有優(yōu)良的可焊性；2.沉錫層光滑、平整、致密，比電鍍錫難形成銅錫金屬互化物，無錫須；3.沉錫層厚度可達0.8-1.5m，可耐多次無鉛焊沖擊；4.溶液穩(wěn)定，工藝簡單，可通過分析補充而連續(xù)使用，無需換缸；5.既適于垂直工藝也適用于水平工藝；6.沉錫成本遠低于沉鎳金，與熱風整平相當；7.對于噴錫易短路的高密度板有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，適用于細線高密度IC封裝的硬板和柔性板；8.適用于表面貼裝（SMT）或壓合（Press-fit）安裝工藝；9.無鉛無氟，對環(huán)境無污染，免費回收廢液。二、沉錫工藝流程順序：流程序號缸號流程時間范圍最佳時間溫度過濾11除油2-4min3min30-4022、3兩

11、級水洗1-2min2min室溫 34微蝕60-90sec60sec室溫45、6兩級水洗1-2min2min室溫 57浸酸60-90sec60sec室溫 68、9DI水洗60-90sec60sec室溫 710預浸1-3min2min室溫811沉錫10-12min12min50-60912熱DI水洗1-3min2min50-55 1013、14二級DI水洗1-3min2min室溫 1115、16熱DI水洗1-3min2min50-55 三、Final Surface Cleaner表面除油：1.開缸成分：M401酸性除油劑.10

12、0ml/L濃H2SO450ml/LDI水.其余作   用：除去電路板表面油污，氧化層和手指印。此除油劑與目前市面上常見的所有阻焊油墨都兼容。2.操作參數(shù)：溫度：30-40，最佳值：35分析頻率：除油劑，每天一次控制：除油劑80-120ml/L，最佳值：100ml/L銅含量：小于1.5g/L補充：M401，增加1含量需補充10ml/L過濾：20濾芯連續(xù)過濾，換缸時換濾芯。壽命：銅含量超過1.5g/L或每升處理量達到500呎。四、Microetch微蝕：1.開缸成分：Na2S2O4.120g/LH2SO440ml/LDI水.其余程序：向缸中注入85的DI水；加入計算好的化學純H

13、2SO4，待冷卻至室溫；加入計算好的Na2S2O4，攪拌至全溶解；補DI水至標準位置。2.操作參數(shù)：溫度：室溫即可分析頻率：H2S04，每班一次銅含量，每天一次微蝕率，每天一次控制：銅含量少于50g/L微蝕率：30-50，最佳值：40補充：Na2S2O4，每補加10g/L，增加1%的含量H2SO4，每補加4ml/L，增加1%的含量壽命：銅含量超過50g/L時稀釋至15g/L，并補充Na2S2O4 和H2SO4五、Predip預浸：1.開缸：10%  M901預浸液；其余：DI水用途：在沉錫前濕潤微蝕出的銅面，此預浸液對任何阻焊油墨都沒有攻擊性；2.操作參數(shù)：溫度： 室溫分析頻率：酸當

14、量，每天一次銅含量：每周一次補充：酸當量，每添加100ml/LM901，增加0.1當量液位：以DI水補充過濾：20濾芯連續(xù)過濾壽命：與沉錫缸同時更換3.廢水處理：與后處理廢液中和后過濾出固體物質(zhì)。六、Chemical Tin沉錫：1.設備：預浸和化學錫缸均適用；缸體：  PP或PVC缸均可；擺動：PCB架在缸內(nèi)擺動，避免氣體攪拌；過濾：10濾芯連續(xù)過濾；通風：建議15MPM通風量；加熱器：鈦氟龍或石英加熱器；注意：不能有鋼鐵材料在缸內(nèi)2.開缸：100% Sn9O2 沉錫液開缸，此沉錫液對任何阻焊油墨都沒有攻擊性；3.操作參數(shù)：錫濃度：20-24g/L，最佳：22g/L硫脲濃度：90-

15、110g/L，最佳：100g/L磺酸含量：90-110ml/L，最佳：100ml/L銅離子濃度：最高8g/L時，必須冷卻過濾；溫度：70-75時間：10-15分鐘4.沉錫液的維護：沉錫液維護簡單，主要成分可通過分析補充，使其保持在最佳工藝范圍內(nèi)：每加入12ml/L沉錫液可提高1g/L的錫濃度，使錫濃度保持在20-24g/L之間；每加入10ml/L 10硫脲溶液可提高硫脲1g/L，使硫脲濃度保持在90-110g/L之間；按分析值補充有機磺酸的含量，使其保持在90-110ml/L之間；蒸發(fā)損失可用去離子水補充液位。5.成份分析：1)錫的分析：試劑：0.1N碘溶液、30硫酸溶液、淀粉溶液分析步驟：a

16、) 準確吸取2ml溶液到250ml燒瓶中；b) 加入15ml 30硫酸溶液；c) 加入100ml去離子水；d) 加入2ml淀粉溶液；e) 用0.1N標準碘溶液滴定至蘭紫色終點，記錄毫升數(shù)V；計算：錫含量Sn()(g/L)2.69V；2)有機磺酸的分析： 試劑：a）10Mg EDTA溶液：加122.76g Na2EDTA 2H2O和39.6g MgSO4到800ml的去離子水中，用1N NaOH溶液調(diào)節(jié)PH值至7，再加水至1000ml；b）蘭指示劑溶液或0.1乙醇溶液；c）0.1N標準NaOH溶液。 分析步驟：a）準確吸取1.0ml沉錫液到250ml燒瓶中，加入100ml去離子水；b）加入2ml

17、 Mg EDTA溶液及5滴溴酚蘭指示劑溶液；c）用0.1N標準NaOH溶液滴定至溶液由黃色變?yōu)榫G色終點(PH6.7)，記錄毫升數(shù)V；計算：有機磺酸(g/L)9.61V3)硫脲的分析： 分析步驟：a）將沉錫槽內(nèi)取出的樣品溶液冷至室溫，然后過濾，收取濾液；b）準確吸取2ml濾液至200ml容量瓶中，加去離子水至刻度，混勻；c）準確吸取5ml稀釋液至1000ml容量瓶中，加去離子水至刻度，混勻（即總共稀釋兩萬倍）；d）用紫外光光度計于236nm處，10mm石英比色皿，以去離子水為參比，測定稀釋液的消光值；計算：硫脲(g/L)128×消光值6.影響沉錫速率的因素：1)溫度的影響：在40至80

18、的區(qū)間，沉錫速率隨溫度的升高而加快；2)時間的影響：錫層厚度隨時間的延長而增加，但在60下20分鐘后厚度趨于穩(wěn)定，因此生產(chǎn)上選擇在60下沉錫10-12分鐘，可以得到1.5m(60微英寸)足夠厚的錫層。 3)錫濃度的影響：沉錫速度隨著錫濃度的增加而上升，但沉錫層的外觀幷不隨著錫濃度的升高而有任何變化，因此增加錫濃度是提高沉錫速率的有效方法之一；4)有機磺酸濃度的影響：沉錫的速率隨有機磺酸的濃度上升而加快，當有機磺酸的含量超過110g/L后，速率基本不變，但當有機磺酸濃度低于50ml/L時所形成的錫層會呈霧狀；5)硫脲濃度的影響：沉錫速率隨硫脲濃度的上升而加快，但硫脲濃度超過250g/L

19、時，錫層外觀變得粗糙、毛刺多。PCB設計時，為何要鋪銅？一般鋪銅有幾個方面原因：，EMC對于大面積的地或電源鋪銅，會起到屏蔽作用，有些特殊地，如PGND起到防護作用。，PCB工藝要求。一般為了保證電鍍效果，或者層壓不變形，對于布線較少的PCB板層鋪銅。，信號完整性要求，給高頻數(shù)字信號一個完整的回流路徑，并減少直流網(wǎng)絡的布線。當然還有散熱，特殊器件安裝要求鋪銅等等原因。疊層設計：疊層要對稱：對稱的層的銅含量要對稱為了將板子扭曲的幾率減到最小，保證電鍍效果，得到平坦的完成板，多基板的分層應保持對稱。即具有偶數(shù)銅層，并確保銅的厚度和板層的銅箔圖形密度對稱。通常層壓桓使用的構(gòu)造材料的徑向(例如，玻璃纖維布)應該與層壓板的邊平行。因為粘接后層壓板沿徑向收縮，這會使電路板的布局發(fā)生扭曲，表現(xiàn)出易變的和低的空間穩(wěn)定性。然而，通過改善設計可以使多基板的翹曲和扭曲達到最小。通過整個層面