《電路板層壓工藝研究8500字（論文）》

電路板層壓工藝研究報告TOC\o"1-3"\h\u30424第1章PCB概述 2171001.1PCB的發(fā)展史 2136751.2PCB的作用 2290031.3PCB的分類 3319751、以材質分 3279162、以成品軟硬區(qū)分 3315143、以結構分 45763第2章PCB的構造 5256922.1PCB的層次結構 5172822.2PCB的部件 544012.3PCB特定名詞 622321第3章PCB的設計 8263013.1PCB的布局設計 818923.1.1布局前的準備工作 870993.1.2布局原則 839003.2PCB的布線設計 9104583.3地線設計 10119223.4電磁兼容性設計 11227543.5電源噪聲設計 1219963a.通過容性阻抗耦合的電壓為 1224382b.通過感性耦合的串聯(lián)電阻 1213244致謝 14PAGE14第一章PCB概述PCB是印刷基板的略語。中文名字是印制基板，也叫印刷基板和印刷電路板。這是重要的電子元件，是電子元件的支持和電子元件的電連接提供商。因為用電子印刷制作，被稱作印刷基板。1.1PCB的發(fā)展史PCB的發(fā)明者是奧地利的PaulEisler，1936年PaulEisler將PCB用于無線裝置。1943年，這種技術被美國人廣泛使用于軍用無線電中。1948年，美國正式承認了這一發(fā)明，作為商業(yè)用途。1950年代中期以來，印刷電路版技術被廣泛應用。在PCB之前，電子組件通過直接接線相互連接。如今，實驗室面板是一種強大的實驗室工具，而PCB在電子行業(yè)中占據(jù)著主導地位。印刷電路的基本概念在本世紀初的專利提出了。1947年，美國航空航天局和美國標準局舉行了第一次PCB技術研討會，列舉了26種PCB制造方法。這個分成六種。涂層法，噴霧法，化學蒸著法，真空蒸發(fā)法，成形法，粉末抑制法。當時，這些方法沒能實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)生產。到20世紀50年代初，因為解決了銅箔和層疊板的結合，PLC的性能穩(wěn)定可靠性高，實現(xiàn)了大規(guī)模的工業(yè)化生產。20世紀60年代，用金屬化雙面印刷板和多層印刷板實現(xiàn)了大規(guī)模生產。1970年代，大規(guī)模的集成電路和計算機急速發(fā)展。20世紀80年代，表面實施技術和多芯片組裝技術迅速發(fā)展，促進了PCB生產技術的持續(xù)進步。幾個新材料、新設備、新檢查機器相繼登場。印刷電路的生產運行進一步向高密度、細線、多層、高可靠性、低成本、自動化的連續(xù)生產方向發(fā)展。我國單面印刷電路板的發(fā)展始于20世紀50年代中期。60年代中期自主地開發(fā)了復合基板。銅箔蝕刻法成為我國印刷電路板生產的領先技術。上世紀60年代，大量單板和少量的雙面金屬化孔型印刷被生產，復數(shù)的單元中開發(fā)多層板被做(制作)了。1970年代，圖形鍍金和蝕刻技術在我國得到普及。但是，由于各種干擾，印刷電路專用的材料和設備延遲了。整個生產技術水平都比國外先進水平落后。針對改革開放，20世紀80年代，大量引進國外先進的單邊、雙層、多層PCB生產線，經過十多年的融合吸收，我國PCB生產水平迅速提高。1.2PCB的作用PCB是電子工業(yè)中的關鍵電子組件之一。只要有諸如集成電路，計算機，電子通信設備和軍事武器之類的電子組件，幾乎所有電子設備都必須在電路板上提供彼此的電氣互連。大型電子產品開發(fā)成功的重要因素是印刷電路的設計和文檔的準備。PCB設計質量的好壞直接影響到整個產品的質量，并能嚴重決定企業(yè)的命運。PCB扮演的角色：PCB的功能為一級結構的組裝提供基礎，與其他需要的電子電路部件連接，形成具有特定功能的模塊或成品。因此，PCB在電子產品全體中，完成了設備的集成和連接的全部的功能。因此，如果電子產品的功能失效的話，PCB首先有受到疑問的傾向。如圖1.1為多層PCB板結構示意圖。圖1.1多層PCB板結構示意圖PCB具有的功能：用于連接和裝配不同電子元件（如集成電路）的機械支架。啟動不同電子元件之間的連接和電氣接口或電氣絕緣，如集成電路、自然阻抗等。必要的電氣特性。提供自動焊接的焊接電阻圖，識別部件的插入、檢查、維修的文字和圖形。根據(jù)同種印刷底板的整合性，電子設備避免手工布線的錯誤，實現(xiàn)電子零件的自動插入、自動焊接、自動檢查。它保證電子設備的質量，提高勞動生產率，降低成本，便于維護。PCB從一個側面發(fā)展到另一個側面，具有多層性和柔性，保持著自身的發(fā)展趨勢，隨著高精度、高密度和高可靠性的發(fā)展，PCB在未來電子設備的發(fā)展中依然具有強大的生命力。1.3PCB的分類1、以材質分有機材質：酚醛樹脂、玻璃纖維、環(huán)氧樹脂、聚酰胺、BT/環(huán)氧樹脂等。無機材質：鋁、銅為銅、陶瓷等，主要具有散熱功能。2、以成品軟硬區(qū)分硬板RigidPCB軟板FlexiblePCB軟硬板Rigid-FlexPCB圖1.23、以結構分a、單面板（剖面圖）在基本的印刷基板上，零件集中在一側，導線集中在另一側。因為電線只在一面出現(xiàn)，這個印刷布線板叫單面。單板電路的設計有很多嚴格的限制（因為只有單面，所以線路沒有交叉，需要走獨立的路線），只有早期的電路板才能使用這個電路板。圖1.3b、雙面板（剖面圖）這個電路板的兩側有布線。但是，要使用雙面代碼，需要兩側之間正確的電路連接。這些電路之間的“橋”被稱為導向孔，布線孔可以用金屬填充，也可以覆蓋在印刷桌上，這樣它們就可以連接到兩邊的電線上。雙面板的面積是單板面積的2倍，布線可以交織，因此適合單板更復雜的電路。圖1.4c、多層板（剖面圖）為了增加送絲范圍，多層紙板一般是單向或雙向控制板。板上的層數(shù)代表幾個獨立的控制層，一般層數(shù)是均勻的，由兩層外層組成，大部分主板由四到八層組成，但這項技術可以達到近一百個PCB層，大多數(shù)超級計算機使用相當多的多層主板，但這種計算機被許多常見的計算機集群所取代，多層主板停止得很慢。因為PCB層緊密相連，實際的數(shù)字看起來不容易,不過，仔細地觀察主板的話，說不定能看見。圖1.5第二章PCB的構造2.1PCB的層次結構其實PCB結構好像是三明治。層內層層內層（Comp層）外層外層（Sold層）Power層GrundSignal層導通孔絕緣層絕緣層 圖2.12.2PCB的部件1.防焊（SOLDERMASK簡稱S/M）線路線路-2.線路3.孔（HOLE）鍍通孔或電鍍孔（PLATEDTHROUGHHOLE，簡稱PTH孔）﹕導通孔（VIA導通孔（VIAHOLE）零件孔零件孔圖2-44.錫墊（PAD）a.SMDPAD:整個區(qū)塊稱為SMD圖2-5b.BGAPAD:BGAPADBGAPAD整個區(qū)塊稱為BGA圖2-62.3PCB特定名詞1.線路間距:指線路與線路之間的距離圖2-72.孔與線路間距:孔與線路之間的距離圖2-83.環(huán)寬﹕指小孔周圍那一圈銅環(huán)（或上有錫或金的環(huán)）的寬度圖2-94.線寬﹕指一條線路的寬度圖2-10

第三章PCB的設計實際的PCB生產過程已經用PCB的方法完成了，無論工廠是否規(guī)劃，設計工作都是由一個具體的企業(yè)來完成的。設計結果稱為電路圖，由專業(yè)電力公司設計，并送PCB工廠生產，工廠的任務是將工作站電路圖轉換成真實的物理板。電路設計以示意圖為基礎，并提供電路設計人員所需的功能。PCB的設計主要基于布局。設計必須特別考慮外部連接的布局，內部電子系統(tǒng)的最佳安裝，金屬電纜和礦石的最佳安裝，電磁屏蔽和散熱。好的器件可以節(jié)省生產成本，并獲得良好的電路性能和散熱效率。簡單的布局可以手動完成，復雜的布局必須在CAD中完成。3.1PCB的布局設計布局是設計中的重要鏈接。正確的布局可以被視為成功進行PCB設計的第一步，因為布局的效果會直接影響布局。有兩個布局選項：一個是交互式設備，另一個是自動設備。通常，交互式安排是根據(jù)自動布局進行調整的。在該布置中，可以根據(jù)布線狀態(tài)重新分配門電路，并且可以替換兩個端口。這是最佳的接線設備。布局完成后，可以恢復設計文件和相關數(shù)據(jù)并對其進行標記，以適合相關的PCB數(shù)據(jù)，同步將來的文件和設計更改，并更新相關的仿真數(shù)據(jù)。3.1.1布局前的準備工作1

.檢查抽取點在項目位置是否正確，2

.單元格名稱不能以數(shù)字開頭。否則，無法執(zhí)行Dracula檢查.3

.定位前檢查銷的位置4

.布圖前電路分析及功能相同的MOS管的繪制5

.預先確定兩層金屬的方向。圖中網格方向應盡可能一致，不得有水平或垂直網格。3.1.2布局原則1.元件排列規(guī)則1).在正常情況下，所有部件應布置在印刷電路的同一側。只有當頂部元件密度過高時，才能在底部放置一些高度有限、散熱量低的器件，如芯片電阻、芯片電容、芯片集成電路等。2).根據(jù)電效應原理，元器件應放置在電網上，并相互平行或垂直放置，做到清潔美觀；一般不允許元器件重疊；各元器件外觀應緊湊，輸入輸出元器件應盡量遠離。3).組件或導體之間存在很大的電位差。增大它們之間的距離，以避免短路或損壞。4).高壓元件應布置在調試時不易用手觸摸的地方。5).板邊緣的零件應與板邊緣至少有2個板厚6).構件應均勻分布、密實。2.按照信號走向布局原則1).一般情況下，根據(jù)信號處理情況，將各功能電路單元的位置逐個排列，以各功能電路的核心部件為中心，圍繞核心部件排列。2).部件的布置應便于信號的流動，并盡可能使信號保持同一方向。在大多數(shù)情況下，信號的流向是從左到右或從上到下。直接連接到輸入和輸出端子的部件應放置在輸入和輸出連接器或連接器附近。3.防止電磁干擾1).對于對輻射電磁場強度和電磁感應敏感的部件，增加或屏蔽間距，并與相鄰印刷線交叉放置。2).避免高低壓設備的混合和強、弱信號的交織。3).變壓器、揚聲器、電感器等元件。對能產生磁場的，應注意減少壓縮線對磁力線的切割，減少相鄰部位的磁場方向。4).干擾源要進行屏蔽，并且屏蔽罩應接地。5).對于高頻電路，必須考慮元件間分布參數(shù)的影響。4.抑制熱干擾1).加熱元件應布置在有利于散熱的位置；如有必要，可將冷卻器或風扇分開放置，以降低溫度和對相鄰部件的影響。2).一些耗電集成塊、大中型電力管、電阻器等零件應放置在易散熱的地方，與其他零件保持距離。3).熱元件靠近測量元件，以便脫離高溫區(qū)域，不受其它熱輸出等價元件的影響，引起誤動作。4).當組件位于兩側時，加熱元件通常不位于下方。5.可調元件的布局電位器、可變電容器、可調線圈、微耦合等可調元件的配置應考慮總行的結構要求。在機器外進行調整時，其位置必須與蓋面板的調節(jié)旋鈕的位置相匹配。在機內進行調整時，應放置于印刷電路板的調整位置。3.2PCB的布線設計布線是PCB設計中最重要的部分。這直接影響PCB的性能。在PCB設計中，通常有3個配線區(qū)域。第一，布局是PCB設計的最基本要求。如果線路沒有連接，得到它們的地方是飛行線。不合格的木板?？梢哉f還沒有啟動。其次，電性能的滿足度。這是測量印刷基板合格與否的標準。這是為了在布線后更好地調整布線，實現(xiàn)電氣最佳性能。很美。如果您的電線連接好了，就不會影響到電的性能。但是，如果看上去，五顏六色，即使你的電器性能優(yōu)異，在別人眼里也能看成垃圾。這給測試和維護帶來了很大不便。配線要統(tǒng)一，交叉，不要亂接。這些都必須保證電性能，以滿足其他個人要求的條件實現(xiàn)。否則會浪費能源。布線時請遵守以下原則：為了保證電路板的電氣性質，首先連接電源線和接地線。在被批準的條件下，盡量擴大電源和接地范圍，考慮美觀。寬度比電線寬度好。一般標線寬度為0.2-0.3mm，最薄處為0.05-0.07mm，電源線寬度為1.2-2.5，其中數(shù)字電路的印刷電路板可以形成接地網形成電路，可使用接地網（該方法可用于模擬電路）。嚴格要求的電線（如高頻線）請事先布線，輸入端與輸出端的邊界線平行不反射干擾。最近的兩層布線是垂直和平行的，很容易與其他線發(fā)生耦合。振蕩器的外部裝修要接地，時鐘線要盡量短，不要隨地出現(xiàn)。在時鐘振蕩電路和專用高速邏輯電路中，必須使接地面積與其他信號線不同，使周圍的電場接近零；代替90o多段線，使用45o多段線來降低高頻信號的輻射。請不要讓信號線循環(huán)。如果不能避免，電路應該盡量小，信號線的孔應該盡量??；重要路線盡可能短，在兩側設置保護區(qū)域。當敏感信號和噪聲場通過扁平線傳輸時，采用“地線-信號-地線”標記。重要信號燈保留測試點，方便生產和維護檢查。原理布線完成后，必須優(yōu)化布線。另外，預備網絡檢驗后，無配線的區(qū)域填充接地線，寬廣的面積的銅層作為接地使用，印刷基板上沒使用的部分作為接地使用?？梢灾谱鞫鄬影澹谝粯枪╇姡部梢孕纬梢粚拥鼐€。3.3地線設計如今，印刷電路板是組裝電子設備和系統(tǒng)的最重要方法。事實上，即使原理圖設計是正確的，印刷電路的不良設計也會對電子器件產生不利影響。例如，當電路板的方法有兩條細的平行線時，信號波的形成會產生延遲，從而在傳輸線的末端產生反射噪聲。因此，在設計PCB電路時，必須注意正確的路徑。對于電子設備來說，接地是控制干擾的一種重要方法，正確使用地面和防護設備可以消除大部分干擾。考慮以下因素：（1）正確選擇單點接地與多點接地在低頻電路中，信號的動作頻率在1MHz以下，雖然布線與裝置之間的電感影響不大，但是由接地電路形成的環(huán)對干擾產生重大影響，必須采用一點接地。當信號的動作頻率在10MHz以上的時候，接地線的阻抗變大。這種情況下，盡可能減少接地線的阻抗，采用近點接地。在動作頻率為1-10mhz的情況下，單點接地時，地線長度不應超過1/20波長，否則應采用多點接地。（2）將數(shù)字電路與模擬電路分開基板有高速邏輯電路和線性電路。兩者的接地不可混用，請分別與電源端接地點連接。盡量擴大線性電路的接地面積。（3）盡量加粗接地線

如果接地電纜較細，則在接通電源時接地電位會發(fā)生變化，電子設備的定時信號電平會變得不穩(wěn)定，并且抗噪性會降低。因此，接地電纜應盡可能粗，并允許三路電流流向電路板。如果可能，接地電纜應大于3毫米。（4）將接地線構成閉環(huán)路在打印電路板接地系統(tǒng)的設計中，僅由數(shù)字電路構成，通過在接地線上形成閉環(huán)，能夠顯著提高噪聲耐性。在印刷電路板上的集成電路要素較多、特別是存在消耗較大功率的元件的情況下，由于接地線的厚度有限制，接地端存在較大的電位差，從而降低噪聲耐性。當接地構造形成電路時，減少電位差，提高電子設備的噪聲耐性。3.4電磁兼容性設計對于具有微處理器的電子系統(tǒng)，在設計過程中必須考慮干擾防止和電磁兼容性。特別地，單芯片是高中頻、高速總線循環(huán)系統(tǒng)、大功率、大電流的驅動電路系統(tǒng)、模擬信號弱的系統(tǒng)、高精度的a/D轉換電路。為了提高系統(tǒng)的電磁干擾防止能力，應采取以下措施：選擇時鐘頻率較低的微控制器?？刂破餍阅軐π枨蟮捻憫蕉?，時鐘頻率越低，時鐘越低，降噪效果越好，系統(tǒng)的抗干擾能力就越強。因為方波包含多個頻率成分，所以其高頻成分容易成為噪聲源。通常，3倍的時鐘頻率的高頻噪聲會造成最大損害。減小信號傳輸中的失真。高速信號(高頻，上升邊緣及下降邊緣信號)在銅膜的線上傳輸?shù)脑?，由于銅膜的線的電感和容量的影響信號歪斜。那個太大的話，系統(tǒng)變得不可靠。一般來說，銅膜線越短，孔數(shù)越好。典型的值：長度不超過25cm，孔數(shù)不超過2個。降低信號之間的交叉干擾。在信號線中若有脈沖信號，則妨礙其他輸入阻抗的高弱信號線。這是為了隔離弱信號線。該方法是增加接地線關閉微弱信號或增加線間隔。對于不同層間的干擾，可以采用增加電源和接地面的方法。降低功率噪聲。當電源向系統(tǒng)供給能量時，電源系統(tǒng)也會增加噪音。系統(tǒng)重置、中斷等控制信號最容易受到外界噪音干擾。因此，應適當?shù)卦龃笕萘?，以便濾波電源中的噪聲。詳細情況將在下一節(jié)中說明。注意電路板和元件的高頻特性。在高頻基板上銅膜的導線、墊、通孔、電阻、電容和接頭分布的誘導和容量是不可忽視的。如果由于這些分布電容和電感影響，銅膜導體的長度是信號或噪聲波長的1/20，則產生天線效果，內部產生電磁干擾，并在外部發(fā)送電磁波。一般來說，通孔和墊片產生0.6pf電容，在集成電路的封裝中產生2-6pf電容，電路基板的連接器產生520nh的電感器，在dip-24插座中產生18nh的電感器。這些電容和電感不受低時鐘頻率電路影響，因此必須注意高時鐘頻率電路。原部品的配置必須合理劃分。在電路基板上配置零件時，必須充分考慮電磁干擾防止。其原理之一是元件之間的銅膜傳導體應盡可能短。在布局中，應當合理地分離產生噪聲的模擬電路、數(shù)字電路和電路(繼電器、大電流開關等)，盡量減少它們之間的信號耦合。接地線的處理。接地線按上述單點和多點接地的方式處理。將模擬接地、數(shù)字接地、大功率設備分別連接到電源連接處。基板外的領先應該是屏蔽電纜。對高頻和數(shù)字信號，屏蔽電纜的兩端被接地。對于低頻模擬信號，屏蔽電纜一般接地在端部。對噪音和干擾敏感的電路和高頻噪聲電路必須采用金屬遮蔽。（8）去耦電容。使用陶瓷芯片電容器或多層陶瓷電容器，雙耦合電容器具有更好的高頻特性。電路板的設計中，各集成電路的能源儲存能力在開關門的瞬間提供集成電路的充放電能，吸收。一方面，由裝置產生的高頻噪聲被旁路。在數(shù)字電路中，典型的去耦電容是0.1uF，分布電感是5NH，對于10MHz以下的噪聲具有去耦效果。一般來說，您可以選擇0.01-0.1華氏度的電容器。一般需要每10個左右的集成電路追加10uF的充放電容器。另外，電源端子和電路板的四角架設10-100uf電容器。3.5電源噪聲設計高頻噪聲對高頻信號有很大的影響，電源的自然阻抗分布著噪聲。因此，首先需要低噪聲電源。清潔土壤與清潔能源同樣重要。電源和地面之間的噪聲。這是由于干擾源的一個參考電平和電源電路的公共工作電壓引起的。該值取決于電場和磁場的相對強度。對于高頻PCB，電源噪聲是最重要的干擾?；诟哳lPCB的產生原因，結合電源噪聲特性和技術應用的系統(tǒng)分析，提出了一種高效，簡單的解決方案。電源噪聲的分析所謂電源噪音，就是電源本身產生，產生噪音。其干擾在以下幾個方面示出：1）電源固有阻抗的分布噪聲。在高頻電路中，功率噪聲對高頻信號有很大的影響。因此，首先需要低噪音電源。清潔土地和清潔能源一樣重要。理想的是電源沒有阻抗，沒有噪音。但是，由于實際的電源具有一定的阻抗，阻抗分布在全部電源，因此噪音也疊加在電源上。因此，應最小化電源阻抗。最好有特殊電源層和接地面。在高頻電路設計中，層級供電方式優(yōu)于總線的供電方式，電路總是以最小的阻抗沿著線路行駛。此外，電源面板必須向在PCB上生成的所有信號提供信號電路，最小化信號電路，降低噪聲。2）共模場干擾。指電源與接地之間的噪聲。由干擾電路的共同基準面和由電源形成的電路產生的共模電壓引起。那個值取決于電場和磁場的相對強度。在該通道中，集成電路的減少會引起串行電流環(huán)路的共同模式電壓，影響接收機的性能。在磁場占主導的情況下，在串聯(lián)接地電路中產生的共模電壓如下：Vcm=—(△B/△t)×S（1）

式（1）中的ΔB為磁感應強度的變化量，Wb/m2；S為面積，m2。如果是電磁場，已知它的電場值時，其感應電壓為：Vcm=(L×h×F×E/48)（2）式（2）一般適用于L=150/F以下，F(xiàn)為電磁波頻率MHz。如果超過這個限制的話，最大感應電壓的計算可簡化為：Vcm=2×h×E（3）

3）差模場干擾。指電源與輸入/輸出電源線的干擾。在實際的PCB設計中，筆者們發(fā)現(xiàn)電力噪音所占比例較小，因此在此無法進行討論。4）線間干擾。指電源線之間的干擾。如果在兩個不同的并行電路之間存在電容C和感光度m1-2，則干擾電路在干擾源電路中存在電壓VC和電流IC。a.通過容性阻抗耦合的電壓為Vcm=Rv*C1-2*△Vc/△t（4）式（4）中Rv是被干擾電路近端電阻和遠端電阻的并聯(lián)值。b.通過感性耦合的串聯(lián)電阻V=M1-2*△Ic/△t（5）在干擾源具有共同模式噪聲的情況下，有兩個形式的線性干擾：共模干擾和差分模式干擾。5）電源線耦合。交流電纜和直流電纜通過電源線將電磁干擾傳輸?shù)狡渌O備的現(xiàn)象。這是電源電路和高頻之間的間接干擾。此外，電源噪聲并非總是由自身引起的，還可能是由外部干擾引起的。然后通過使噪聲干擾其他電路或設備來覆蓋（發(fā)射或傳導）噪聲。消除電源噪聲干擾的對策由于以上分析出的功率噪聲干擾的不同形式和原因，可以破壞其發(fā)生條件，有效抑制功率噪聲干擾。解決方法如下：1）注意板塊的通孔。通孔需要蝕刻電源層的孔，創(chuàng)造通孔通過的空間。如果電源層過大，則影響信號電路，強制信號的旁路，增加電路面積，增加噪音。另一方面，若幾個信號線集中在開孔附近，共用該電路，則共用阻抗引起串擾。2）連接線需要足夠的接地線。每個信號燈都需要自己專用的信號線。信號電路的電路面積應盡量小。也就是說信號應該