印制電路板的可靠性和可制造性設(shè)計(jì)

主要內(nèi)容：1.印制電路板的特點(diǎn)和通用設(shè)計(jì)規(guī)則2.印制板設(shè)計(jì)如何選擇基材3.印制板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布線層確定4.印制板電性能設(shè)計(jì)和電磁兼容考慮5.布局和布線6.印制板的熱設(shè)計(jì)和可制造性設(shè)計(jì)7.PCB的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)8.印制板的發(fā)展趨勢(shì)1.印制電路板的特點(diǎn)和通用設(shè)計(jì)規(guī)則1.1概述

印制電路板簡(jiǎn)稱(chēng)印制板（縮寫(xiě)PCB），它是實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品小型化、輕量化、裝配機(jī)械化和自動(dòng)化的重要基礎(chǔ)部件，在電子工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、軍用電子設(shè)備和航空航天電子產(chǎn)品以及家用電子產(chǎn)品等都離不開(kāi)印制板。印制板的質(zhì)量和可靠性對(duì)電子產(chǎn)品的性能和可靠性有重要影響，同時(shí)也影響電子產(chǎn)品的成本。印制板的固有特性是由板的設(shè)計(jì)決定，印制板設(shè)計(jì)是由電路設(shè)計(jì)與印制板制造與安裝技術(shù)的集成。電子元器件的發(fā)展和電子產(chǎn)品的小型化、數(shù)字化和高可靠要求，以及表面安裝元器件的廣泛的應(yīng)用，對(duì)印制板的設(shè)計(jì)有更高的要求。尤其是數(shù)字電路和大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，使印

制板向薄型化、小型化和多層板發(fā)展，電路向高速化和高頻的方向發(fā)展，常規(guī)的印制板設(shè)計(jì)已滿(mǎn)足不了電路技術(shù)發(fā)展的需要。數(shù)字電路的應(yīng)用使電路信號(hào)的傳輸速度越來(lái)越快，高速電路中的電磁兼容考慮對(duì)保持信號(hào)的完整性十分重要；表面安裝元器件的廣泛應(yīng)用，使印制板的布線密度越來(lái)越高，布線層數(shù)也急劇增多，導(dǎo)線和間距越來(lái)越細(xì)，層間互聯(lián)的過(guò)孔孔徑也日趨小孔徑，設(shè)計(jì)必須考慮其可制造性，從而保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的質(zhì)量和可靠性。因此，從事印制板設(shè)計(jì)和使用的人員，熟悉印制板設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)的規(guī)則，掌握印制電路特性和可制造性要求，對(duì)提高印制板設(shè)計(jì)水平和效率，確保印制板的質(zhì)量，進(jìn)而保證電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性是非常必要的。1.1.1印制板的定義和分類(lèi)

1）按國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（IEC-60196）的術(shù)語(yǔ)定義：印制電路是指“在絕緣基材上，按預(yù)定的設(shè)計(jì)，用印制的方法得到的導(dǎo)電圖形，它包括印制線路和印制元件或兩者結(jié)合而成的電路?！薄巴瓿闪擞≈齐娐泛陀≈凭€路工藝加工的板子通稱(chēng)為印制電路板?！币灿腥税阎挥袑?dǎo)電圖形的印制板稱(chēng)為印制線路板。印制電路板簡(jiǎn)稱(chēng)為印制板，它的英文名稱(chēng)為PrintedCircuitBoard，縮寫(xiě)為PCB。2）印制板的分類(lèi)和用途(1)分類(lèi)：由于電子產(chǎn)品的不同需要，印制板也有許多不同種類(lèi)，其分類(lèi)方法在國(guó)內(nèi)外采用最多的是按PCB的結(jié)構(gòu)和基材分類(lèi)。按結(jié)構(gòu)分類(lèi)能反映出PCB的特點(diǎn)和功能，按基材分類(lèi)能反映出PCB的主要性能。按結(jié)構(gòu)通常分類(lèi)如下：

印制板

剛性印制板

撓性印制板

剛撓結(jié)合印制板

多層板多層板

單面板

無(wú)金屬化孔的單面板有金屬化孔的單面板

雙面板單面板

雙面板無(wú)金屬化孔的雙面板有金屬化孔的雙面板銀（碳）貫孔雙面板四層六層N層HDI板特殊板齊平板陶瓷板金屬芯板1型有或無(wú)增強(qiáng)板2型有鍍覆孔有或無(wú)增強(qiáng)板3型多層撓性有鍍覆孔4型多層剛撓結(jié)合有鍍覆孔5型兩層以上撓性或剛撓結(jié)合無(wú)鍍覆孔（2）印制板的用途和功能a.在電子產(chǎn)品中為電子元器件的組裝提供安裝、固定和支撐的基板；b.實(shí)現(xiàn)各種電子元器件的電氣連接和絕緣。c.印有阻焊膜和字符的板，能在印制板組裝件焊接時(shí)限定焊料焊接的位置，保護(hù)非焊接部分不被焊料潤(rùn)濕。d.提供安裝、檢驗(yàn)和維修的識(shí)別標(biāo)志和字符。e.在一些特殊電路中的印制電路板，還可以提供某些電氣特性如：特性阻抗、電磁屏蔽等性能。

f.預(yù)置電阻、電容或芯片直接封裝的印制板，能提供一定的電路功能，并簡(jiǎn)化安裝程序。

3）印制板生產(chǎn)的典型工藝流程印制板的制造方法有：減成法、加成法和半加成法。目前應(yīng)用最廣泛、最成熟的生產(chǎn)技術(shù)是減成法，該法是在覆銅箔基材上有選擇性地去除不需要的銅箔形成需要的電路圖形。所以又稱(chēng)減法或銅箔蝕刻法。隨著印制板的結(jié)構(gòu)不同，銅箔蝕刻法的工藝流程也有所不同，以下以常用的有金屬化孔多層印制板的典型減成法制造工藝流程為例，簡(jiǎn)單介紹印制板的基本加工流程，其他類(lèi)型印制板的加工流程是在此基礎(chǔ)上減少或增加某些工序。有金屬化孔的多層印制板制造工藝流程

注：1）防氧化處理是指在裸銅焊盤(pán)上涂覆防氧化保焊劑（OSP），不需要進(jìn)行熱風(fēng)整平。

2）孔金屬化、制作導(dǎo)電圖形和圖形電鍍等工序，又分為許多詳細(xì)工序，此處不再一一列出。

3）對(duì)于撓性板，在印阻焊工序改為熱壓覆蓋膜（預(yù)先已開(kāi)好了焊盤(pán)窗口），其余工序相同。制外層導(dǎo)電圖形光繪或照相底版CAD數(shù)據(jù)或原圖CNC鉆孔孔金屬化孔鍍銅加厚圖形電鍍插頭鍍金/鎳退除金屬保護(hù)層蝕刻退除保護(hù)膜下料印阻焊、字符防氧化處理熱風(fēng)整平銑切外形檢驗(yàn)電測(cè)包裝成品內(nèi)層覆銅箔板沖鉆定位孔清洗、干燥檢驗(yàn)（AOI）層壓制內(nèi)層圖形去膜定位、疊層蝕刻清洗、干燥導(dǎo)電圖形氧化處理去毛刺清洗下料、鉆定位孔凹蝕外層覆銅板、粘結(jié)片

1.2印制板的通用設(shè)計(jì)規(guī)則印制板的設(shè)計(jì)決定印制板的固有特性，在一定程度上也決定了印制板的制造、安裝和維修的難易程度，同時(shí)也影響印制板及其組裝件的可靠性和成本。所以，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮印制板各項(xiàng)要素和可制造性要求，才能取得較好的設(shè)計(jì)效果，對(duì)于任何類(lèi)型的印制板設(shè)計(jì)通用規(guī)則是：1.2.1通用設(shè)計(jì)規(guī)則（1）電氣連接準(zhǔn)確性：布局、布線時(shí)，印制導(dǎo)線的連接和網(wǎng)絡(luò)關(guān)系應(yīng)與電路圖的邏輯關(guān)系相一致，如因機(jī)械、電氣性能要求不宜在板上布線時(shí)，應(yīng)在印制板裝配圖上注明連接關(guān)系和要求。

（2）可靠性：印制板的結(jié)構(gòu)、基材的選擇、布局、布線、孔互連結(jié)構(gòu)、印制導(dǎo)線的寬度與間距以及制造和安裝工藝等因素，都會(huì)影響印制板的可靠性。設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮以上因素合理選擇印制板的結(jié)構(gòu)（布線層數(shù)、互連方式、孔結(jié)構(gòu)和焊盤(pán)圖形等）合理布局、布線。在高頻、高速電路設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮導(dǎo)線阻抗的匹配和電磁兼容問(wèn)題。一般講布線層數(shù)少、布線密度低的板可靠性高。但是在一些特殊電路中，由于電氣性能的要求，特別是在高速電路設(shè)計(jì)時(shí)，采用多層板可能會(huì)比單面和雙面布線取得更好的可靠性，容易調(diào)節(jié)信號(hào)線特性阻抗的匹配問(wèn)題，有利于保持電路信號(hào)的完整性。

（3）工藝性：

工藝性又稱(chēng)可制造性（DFM），廣義上還包括可測(cè)試性和可維修性，通稱(chēng)為“DFX”，是PCB設(shè)計(jì)必須考慮的因素。設(shè)計(jì)時(shí)確定印制板的結(jié)構(gòu)、布局、布線和導(dǎo)線寬度、間距以及孔徑大小和互連結(jié)構(gòu)、焊盤(pán)圖形設(shè)計(jì)等要素，應(yīng)與印制板當(dāng)前的制造和裝聯(lián)工藝水平相適應(yīng)，盡可能有力于制造、安裝和維修。一般來(lái)說(shuō)布線密度越高、層次越多、導(dǎo)線寬度和間距越小、孔徑越小其制造的難度增加。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮印制板制造和安裝兩方面制造技術(shù)的可制造性。

（4）經(jīng)濟(jì)性：不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型（單面、雙面和多層布線或撓性板）、不同基材、不同加工精度要求的印制板，以及不同的設(shè)計(jì)方法，其成本相差很大，一般來(lái)說(shuō)多層板的成本要高于單面和雙面板，高密度布線板成本高于低密度布線板。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮成本最低的原則，在滿(mǎn)足使用性能要求和安全、可靠的前提下力求經(jīng)濟(jì)適用，有較好的性?xún)r(jià)比。（5）環(huán)境適應(yīng)性和環(huán)保性：根據(jù)印制板使用時(shí)的環(huán)境條件，合理選擇印制板的基材和涂覆層，以滿(mǎn)足使用環(huán)境的需要，提高印制板的可靠性，延長(zhǎng)印制板的使用壽命。選用的材料和工藝力求對(duì)環(huán)境無(wú)污染或低污染。1.2.2設(shè)計(jì)的內(nèi)容印制板設(shè)計(jì)是按電路設(shè)計(jì)的意圖，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)表將電路原理圖轉(zhuǎn)換成印制板圖、確定印制板結(jié)構(gòu)、選擇基材、考慮機(jī)械、電氣和熱性能，布局和布線，考慮可制造性并提出加工要求的全過(guò)程。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)包括：1）選擇基材；2）確定PCB結(jié)構(gòu)、尺寸和精度；3）機(jī)械性能設(shè)計(jì)；4）電氣性能設(shè)計(jì)（含電磁兼容考慮）；5）熱學(xué)設(shè)計(jì)；6）印制板表面涂（鍍）層的選擇；7）導(dǎo)電和非導(dǎo)電圖形設(shè)計(jì)（布局、布線、焊盤(pán)圖形和阻焊圖形設(shè)計(jì)等）；8)印制板驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和加工需要的其他技術(shù)文件。

1.2.3設(shè)計(jì)方法印制板的設(shè)計(jì)方法有：人工設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）兩類(lèi)。1）人工設(shè)計(jì)：早期的印制板圖設(shè)計(jì)是采用人工繪制或貼圖的方式繪制，需要繪制成2：1或4：1的放大圖，再經(jīng)過(guò)照像制版形成1：1的底板圖形，才能用于生產(chǎn)。該法工藝復(fù)雜又費(fèi)時(shí)間，并且質(zhì)量差，難于制作導(dǎo)線精細(xì)、圖形復(fù)雜的多層印制板圖。從上一世紀(jì)70年代出現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，將CAD用于印制板設(shè)計(jì)后，此法逐漸被淘汰，但偶爾在簡(jiǎn)單的印制板圖設(shè)計(jì)時(shí)也有采用。2）CAD法：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）是電子設(shè)計(jì)（EAD）的重要工程內(nèi)容。

印制電路的CAD包括電路設(shè)計(jì)和印制板圖設(shè)計(jì)，CAD技術(shù)目前已廣泛地應(yīng)用于印制板設(shè)計(jì)。CAD法設(shè)計(jì)印制板速度快，可以按預(yù)定的設(shè)計(jì)規(guī)則自動(dòng)布線，節(jié)省了人力、提高了質(zhì)量，并且可以完成人工無(wú)法進(jìn)行的復(fù)雜圖形設(shè)計(jì)。CAD還可以直接為印制板制造提供加工數(shù)據(jù)，能實(shí)現(xiàn)CAD與CAM、CAT的一體化，減少了設(shè)計(jì)與生產(chǎn)圖紙轉(zhuǎn)換的誤差，大大提高了印制板的加工質(zhì)量和一致性，縮短設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期、降低成本，提高了印制板的研制、開(kāi)發(fā)效率。此處介紹的印制板設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是指：印制板圖形設(shè)計(jì)部分。1.2.3.1CAD設(shè)計(jì)的流程PCB設(shè)計(jì)用的軟件種類(lèi)很多，例如：Protel99SE、ProtelDXP、OrCAD、PADS、Mentro公司PowerPCB5.0及以色列的Valor（CAM）等，根據(jù)產(chǎn)品的復(fù)雜程度及掌握和應(yīng)用軟件的習(xí)慣，可以采用不同的設(shè)計(jì)軟件，不同的設(shè)計(jì)軟件其操作方法不同，在此不詳細(xì)介紹，但其設(shè)計(jì)流程基本相同。典型的設(shè)計(jì)流程為：

設(shè)計(jì)準(zhǔn)備網(wǎng)絡(luò)表輸入

設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置元器件布局

布線DRC檢查復(fù)查（人工干預(yù)）輸出

（1）PCB設(shè)計(jì)準(zhǔn)備1）標(biāo)準(zhǔn)元器件庫(kù)的建立把物理元件視為電子元器件的封裝尺寸在PCB上的平面投影，設(shè)計(jì)前應(yīng)考慮布局布線與生產(chǎn)工藝可行性。建立邏輯元件的引腳與物理引腳尺寸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以確定焊盤(pán)尺寸和位置。如果對(duì)雙列直插式器件孔徑設(shè)計(jì)過(guò)小，影響安裝和焊接，孔徑過(guò)大，會(huì)影響兩焊盤(pán)間走線，會(huì)降低布線的布通率。2）特殊元件庫(kù)的建立對(duì)于特殊元件尺寸，即非標(biāo)準(zhǔn)物理元件上的尺寸，必須查閱有關(guān)資料或?qū)嶋H測(cè)量電子元器件的尺寸（外形尺寸、焊盤(pán)大小、引腳排列序號(hào)等），必要時(shí)可以把常用的定型元器件單獨(dú)建庫(kù)，以供使用方便。3)具體的PCB設(shè)計(jì)文件的建立根據(jù)邏輯圖（或網(wǎng)絡(luò)表）、物理元件庫(kù)和PCB的機(jī)械結(jié)構(gòu)和外形闡述的描述，可以對(duì)某一具體印制板進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是設(shè)計(jì)中需要考慮各種設(shè)計(jì)規(guī)則的要求，往往需要多次修正，重復(fù)建立設(shè)計(jì)文件，直至達(dá)到正確、滿(mǎn)意為止。（2）網(wǎng)絡(luò)表輸入網(wǎng)絡(luò)表是自動(dòng)布線的靈魂，也是原理圖編輯軟件與印制板圖設(shè)計(jì)軟件之間的接口和橋梁，在生成、并確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)表（含有元件封裝的說(shuō)明）后，

將網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入設(shè)計(jì)系統(tǒng)，如果采用PowerPCB進(jìn)行設(shè)計(jì)可采用兩種方法：一種是使用PowerLogic的OLEPowerPCBConnection功能，選擇SendNetlist，應(yīng)用OLE功能，可以隨時(shí)保持原理圖與PCB圖的一致，盡量減少出錯(cuò)的可能。另一種方法是直接在PowerPCB中裝載網(wǎng)絡(luò)表，選擇FileImport命令，將原理圖生成的網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入。如果采用Protel99-PCB可直接從設(shè)計(jì)文件夾“Documents”調(diào)出，導(dǎo)入PCB板設(shè)計(jì)編輯器。（3）規(guī)則設(shè)置按用戶(hù)要求對(duì)元件的布置參數(shù)、板的層數(shù)、焊盤(pán)形狀尺寸、過(guò)孔大小、布線參數(shù)等進(jìn)行設(shè)置。如果在原理圖設(shè)計(jì)階段已經(jīng)把PCB的設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置好了，就不再重新設(shè)置，如果有修改，但邏輯關(guān)系必須保證原理圖與PCB圖的一致。（4）元器件布局輸入網(wǎng)絡(luò)表后，所有的元器件都會(huì)在工作區(qū)的零點(diǎn)重疊在一起，布局就是把這些元器件（元件的投影圖形）分開(kāi)，按規(guī)則整齊擺放在規(guī)定的位置，在擺放元件前，應(yīng)設(shè)定板的外形（BoardOutline）和布局、布線區(qū)域。布局有兩種方法：手工布局和自動(dòng)布局。布局時(shí)應(yīng)考慮保證布線的布通率、制造的工藝要求、電磁兼容等問(wèn)題。關(guān)鍵的高速器件一般采用手工布局效果更好一些。自動(dòng)布局效果往往不太理想，需要人工調(diào)整。（5）布線在布局的基礎(chǔ)上按布線規(guī)則和邏輯要求布設(shè)導(dǎo)線，有兩種方法布線，即手工布線和自動(dòng)布線，通常兩種方法配合使用，步驟是手工—自動(dòng)—手工。手工布線是在自動(dòng)布線前對(duì)導(dǎo)線寬度和間距、走線距離、屏蔽等有特殊要求的導(dǎo)線，如高頻時(shí)鐘、模擬小信號(hào)、主電源等導(dǎo)線，先用手工布線，其次是一些特殊的封裝，如QFP/BGA類(lèi)的器件走線。

自動(dòng)布線是在手工布設(shè)完那些特殊導(dǎo)線后，其余的網(wǎng)絡(luò)線由計(jì)算機(jī)自動(dòng)布線，如果達(dá)到100%布通率，則再進(jìn)行手工調(diào)整優(yōu)化。如果不能100％布通，就要重新調(diào)整布局和手工布線，直至完全布通。自動(dòng)布線往往難于完全符合布線規(guī)則，必需要進(jìn)行手工調(diào)整。最后進(jìn)行大面積鋪銅，作為屏蔽層和平衡各層銅導(dǎo)體的面積（可在DRC后進(jìn)行）。（6）檢查按設(shè)計(jì)規(guī)則（DRC）和電原理圖檢查布線。檢查項(xiàng)目應(yīng)包括：連通性、導(dǎo)線寬度和間距、焊盤(pán)、過(guò)孔、高速規(guī)則、地電層等。（7）復(fù)查根據(jù)PCB檢查表逐項(xiàng)檢查布局布線的合理性和與設(shè)計(jì)規(guī)則的符合性，如果不合格，則需修改布局和布線，同時(shí)可以進(jìn)行人工調(diào)整，直至符合要求。有的軟件具有模擬仿真功能，進(jìn)行仿真其效果更好。（8）設(shè)計(jì)輸出PCB設(shè)計(jì)好以后，可以將設(shè)計(jì)輸出光繪文件和打印文件。光繪軟件交印制板生產(chǎn)廠商繪制生產(chǎn)底版；打印文件是應(yīng)用打印機(jī)分層打印出各層導(dǎo)電圖形、阻焊圖、字符圖和鉆孔圖，以便于設(shè)計(jì)檢查、復(fù)查和生產(chǎn)方制造和檢驗(yàn)使用。2.印制板設(shè)計(jì)如何選擇基材

正確選擇基材是印制板設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，尤其是在高速電路的PCB設(shè)計(jì)中更為關(guān)鍵?；挠绊懹≈瓢宓幕拘阅埽C(jī)械強(qiáng)度、絕緣電阻、耐電壓、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗等電性能及耐熱性能等）、制造工藝和成本，設(shè)計(jì)選用基材時(shí)應(yīng)綜合考慮以上因素。正確選擇基材，就要熟悉基材。以減成法（銅箔蝕刻法）制造印制板所用的基材——覆銅箔層壓板，簡(jiǎn)稱(chēng)覆箔板，它是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛，用量最大的PCB基材。2.1覆銅箔板的分類(lèi)由于電子產(chǎn)品的需求不同，覆箔板又分為許多種類(lèi)和規(guī)格，有剛性基材和撓性基材兩大類(lèi)。2.1.1剛性覆箔板：由樹(shù)脂、增強(qiáng)材料和銅箔層壓制成，按其基材中的增強(qiáng)材料不同，主要分為以下四類(lèi)：1）紙基板：以浸漬纖維紙作為增強(qiáng)材料。2）玻璃布基板：以玻璃纖維紡織而成的布浸漬樹(shù)脂作為增強(qiáng)材料(如：G10、FR-4/FR-5)。3）復(fù)合基板：采用兩種或兩種以上增強(qiáng)材料的基板稱(chēng)為復(fù)合基材，如表層和芯層采用了兩種不同的增強(qiáng)材料的CEM-1/CEM-3基材。4）特殊材料基板：采用金屬、陶瓷或耐熱熱塑性基板的材料。除此之外還有芳酰胺纖維布、玻璃纖維無(wú)紡布、石英纖維布等增強(qiáng)的材料。適合于制作高密度互連（HDI）印制板的覆樹(shù)脂銅箔（RCC）等新型材料，主要有用于制造積層式多層印制板的感光性或熱固性樹(shù)脂及附樹(shù)脂銅箔等。每類(lèi)材料又以所用的樹(shù)脂粘合劑與基材不同分為許多品種如：覆銅箔酚醛紙質(zhì)層壓板、覆銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板、覆銅箔聚酰亞胺玻璃布層壓板等。阻燃性與非阻燃性基材：每種覆銅箔層壓板根據(jù)其耐燃燒的程度，有阻燃型與非阻燃型之分。阻燃性是指印制板的基材抵抗著火燃燒與火焰蔓延的一種能力。

對(duì)能達(dá)到UL標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的垂直燃燒法試驗(yàn)的燃燒性要求的V0級(jí)的板，稱(chēng)為阻燃型板（又稱(chēng)V0板），抗燃燒性能好，依次有V1、V2級(jí)等；達(dá)到UL標(biāo)準(zhǔn)HB級(jí)要求的板稱(chēng)為非阻燃型板。一般阻燃型板相當(dāng)于美國(guó)NEMA標(biāo)準(zhǔn)中的FR2、FR3、FR4、FR5板，其內(nèi)層印有紅色商標(biāo)標(biāo)記。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)是按國(guó)際統(tǒng)一的命名法，在基材代號(hào)后面加“F”，如：CEPGC—32F。2.1.2撓性覆銅箔板由樹(shù)脂薄膜與銅箔壓制而成，基材可以彎曲。常用的薄膜材料有：聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜、聚酰亞胺氟碳乙烯薄膜等。使用最多的是前兩種。根據(jù)覆箔板的銅箔面數(shù)有單面板、雙面板和用于制造多層板的薄型單面或雙面板。按照覆箔板的厚度和銅箔的厚度不同又有多種規(guī)格。2.2常用基材的特性基材的特性直接影響印制板的基本特性，諸如印制板的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗正切值、耐熱性、阻燃性、吸濕性和抗彎強(qiáng)度等主要取決于基材，印制板的耐電壓、表面絕緣電阻和剝離強(qiáng)度等性能與基材有重要關(guān)系。常用的基材主要有：覆銅箔環(huán)氧紙質(zhì)層壓板（高可靠產(chǎn)品一般不用）

覆銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板（阻燃和非阻燃型）

覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板(高頻微波板)覆銅箔聚酰亞胺玻璃布層壓板覆銅箔聚酰亞胺芳酰胺布層壓板撓性板主要有：覆銅箔聚酯薄膜和覆銅箔聚酰亞胺薄膜等。常用的基材特性及應(yīng)用范圍見(jiàn)表2.1。表2.1基材特性及應(yīng)用范圍

項(xiàng)目基材型號(hào)基材名稱(chēng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)號(hào)相當(dāng)于MIL和NEMA標(biāo)準(zhǔn)

基材特性

應(yīng)用范圍CPFCP-6F覆銅箔酚醛紙質(zhì)層壓板GB4723—FR-2有較好的電氣性能和冷沖加工性，吸濕性差、工作溫度較低收音機(jī)、收錄機(jī)、黑白電視機(jī)等民用電子產(chǎn)品CEPCP-22F覆銅箔環(huán)氧紙質(zhì)層壓板GB4724PXFR-3機(jī)電性能優(yōu)于酚醛板，吸濕性較小但價(jià)格略高，有阻燃性工作環(huán)境較好的電子儀器、彩電等民用電子產(chǎn)品CEPGC-31覆銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板GB4725GEG10機(jī)電性能良好、吸濕性小工作溫度在120℃以下，無(wú)阻燃性能計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備及一般航空、航天電子產(chǎn)品CEPGC-32F阻燃型覆銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板GB4725GFFR-4機(jī)電性能優(yōu)良，工作溫度較高有阻燃性，Tg135~210℃系列計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、高級(jí)家電產(chǎn)品及軍用、航空航天產(chǎn)品CPI撓性覆銅聚酰亞胺薄膜GB13555PI良好的可撓性，尺寸穩(wěn)定性、耐熱性好，可在200℃下連續(xù)工作工作空間小、溫度較高、有彎折要求的電子產(chǎn)品CUP撓性覆銅薄聚酯薄膜GB13556PET可撓性、介電性好，吸濕性小成本低，熔點(diǎn)低工作溫度在105℃以下工作空間小、溫度不高，需要彎折的民用產(chǎn)品及帶狀電纜CTFGC覆銅薄聚四氟乙烯玻璃布層壓板GTεr和tg小、化學(xué)穩(wěn)定性好、工作范圍寬，但剛性稍差、成本高微波、高頻電路的電子產(chǎn)品CPIGC覆銅箔聚酰亞胺玻璃布層壓板GB/T16317GIGPY機(jī)電性能好、耐熱、工作溫度高，阻燃性好但成本高工作環(huán)境溫度高或高可靠性電子產(chǎn)品2.3基材的選擇選擇基材的根據(jù)：1）PCB的電路特性和使用條件及機(jī)械、電氣性能要求，選擇材料的類(lèi)型和規(guī)格。同一產(chǎn)品不同的部位可以采用不同類(lèi)型的基材。采用無(wú)鉛焊料及SMT板，應(yīng)采用無(wú)鹵素和尺寸穩(wěn)定性好的基材。例如：耐高溫覆銅箔環(huán)氧玻璃布層（一般FR4的Tg為135～145℃

，無(wú)鉛焊基材的Tg高于150℃的FR-4或FR5

）或覆銅箔BT樹(shù)脂玻璃布板、PI、CE（是耐溫度較高、熱膨脹率較低的高性能基材）。（無(wú)鉛焊接需要的Tg高。）

2）根據(jù)印制板結(jié)構(gòu)確定基材的覆銅箔面數(shù)（單面、雙面或多層板用薄板）；

3）根據(jù)印制導(dǎo)線的寬度和精度要求以及工藝

方法選擇銅箔的厚度(有5μm、、9μm、18μm、35μm、70μm、105μm等)。4）根據(jù)印制板的尺寸、單位面積承載元器件重量和產(chǎn)品使用的力學(xué)應(yīng)力環(huán)境，確定基材板的厚度。

5）根據(jù)產(chǎn)品使用環(huán)境的溫度和元器件安裝焊接方式，選擇Tg、Td、t288(或t260)性能好、CTE相匹配的基材。6）布線密度高、導(dǎo)線間距?。ā?.15mm）的板還應(yīng)考慮CAF特性（耐離子遷移性）。7）對(duì)于無(wú)鉛焊接的板應(yīng)選Tg較高和耐焊時(shí)間為t288

的基材。但Tg過(guò)高難以機(jī)械加工（硬度大）。8）高頻和高速電路應(yīng)選擇tanδ和εr較低和能與阻抗要求相匹配的材料。

9）基材厚度考慮：多層板的內(nèi)層應(yīng)根據(jù)電氣性能要求和印制板總厚度匹配的需要和特性阻抗匹配要求，選擇不同規(guī)格的薄片型覆箔材料，層間的粘結(jié)片（半固化片）應(yīng)與覆箔材料是同一種類(lèi)型的樹(shù)脂材料。不同類(lèi)型材料的成本相差很大，應(yīng)根據(jù)印制板的使用范圍、性能要求和成本綜合考慮?？偟倪x用基材的原則是：滿(mǎn)足使用要求，切勿寧高勿低，也不能以低代高；在特殊情況下（需要代料時(shí)），應(yīng)以高代低；盡量選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列中的基材。3.印制板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布線層確定3.1印制板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)印制板的結(jié)構(gòu)是根據(jù)電路特性、布線密度要求，整機(jī)給予印制板的空間尺寸和電氣性能要求所決定。根據(jù)需要可以選擇單面板、雙面板、多層板、撓性板和剛撓結(jié)合板。在雙面板布線密度很高的情況下，與其采用高密度的雙面板還不如采用布線密度較低的多層板。因?yàn)榈蛯哟?、低密度的多層板的可靠性和可制造性?xún)?yōu)于高密度的雙面板。

當(dāng)電路的工作頻率大于5MHz或器件的上升、下降的邊沿速率小于5ns時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮將印制板設(shè)計(jì)為多層板（稱(chēng)5/5規(guī)則）。3.2外形尺寸PCB的外形原則上可以是任意的，但是考慮到美觀和加工的難易，在滿(mǎn)足整機(jī)空間布局要求的前提下，外形力求簡(jiǎn)單，一般為長(zhǎng)、寬比例不太懸殊的長(zhǎng)方形（長(zhǎng)寬比≤4）。長(zhǎng)寬比例較大或面積較大的板，容易產(chǎn)生翹曲變形，需要采取增加板的厚度或增加支撐點(diǎn)、邊框加固等加固措施。PCB外形的最大和最小尺寸，應(yīng)與制造時(shí)設(shè)備的極限加工尺寸相匹配。外形尺寸過(guò)小的，可以采用拼版技術(shù)，這樣既有利于制造又能提高效率。3.3板的厚度

PCB的厚度包括基材和銅箔的厚度，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的使用環(huán)境對(duì)板的機(jī)械強(qiáng)度要求和與之相匹配的連接器的規(guī)格尺寸，以及PCB單位面積可承受的元器件重量，從相關(guān)基材的厚度標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列中，選取合適厚度的基材。一般不要選非標(biāo)準(zhǔn)厚度的基材，非標(biāo)準(zhǔn)基材會(huì)提高成本。在能滿(mǎn)足安全使用的前提下，不要選擇過(guò)厚的基材，因?yàn)檫@將會(huì)提高成本和增加產(chǎn)品的重量。多層板中間層的絕緣材料厚度，應(yīng)根據(jù)其電氣性能要求（耐壓、絕緣電阻、特性阻抗等）來(lái)決定；在兩相鄰導(dǎo)電層之間，至少應(yīng)有0.09mm厚的絕緣層，并且其粘結(jié)片不少于兩片，在所有的粘結(jié)層中最好使用同一種材料和厚度的粘結(jié)片。微波電路用的多層板，其層間介質(zhì)層的厚度應(yīng)根據(jù)電路需要和特性阻抗要求嚴(yán)格計(jì)算而確定。

有板邊緣連接器的板（如印制插頭），應(yīng)根據(jù)與連接器匹配的要求確定板的厚度和公差，過(guò)厚的板既影響連接器的插拔，又能使連接器的簧片彈性下降，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)造成接觸不良；過(guò)薄的板，當(dāng)厚度等于或小于兩相對(duì)簧片的最小間距時(shí)，會(huì)引起接觸不良和不可靠。對(duì)彈性簧片接觸式的連接器應(yīng)保證接觸壓力適中，板的厚度一般要大于相對(duì)應(yīng)的簧片最小間距0.1～0.2mm，并對(duì)插接部位板的翹曲度應(yīng)有嚴(yán)格要求，如果翹曲超標(biāo)同樣會(huì)造成接觸不良。插座簧片PCB撓性板當(dāng)使用附加鍍（涂）覆層、覆蓋層或膠粘劑時(shí)，因?yàn)榛妮^薄，板的總厚度會(huì)大于撓性覆銅箔基材的厚度，所以對(duì)撓性板厚度尺寸公差應(yīng)盡可能寬松，不要過(guò)嚴(yán)的公差，能滿(mǎn)足撓曲性要求即可。3.4坐標(biāo)網(wǎng)格和參考基準(zhǔn)確定印制板上孔和導(dǎo)電圖形的位置，應(yīng)采用GB1360（印制電路坐標(biāo)網(wǎng)格）規(guī)定的網(wǎng)格系統(tǒng)，基本格子為2.54mm，輔助格子為1.27mm和0.635mm或更小的網(wǎng)格(節(jié)距小于0.635mm時(shí)，采用公制即：0.5mm、0.4mm·····）。公制尺寸元器件用2.5mm格子。因?yàn)镮C器件的引腳（接線端子）、數(shù)控鉆孔、自動(dòng)插裝或貼裝

和自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備等都是采用此種網(wǎng)格系統(tǒng)，有利于印制板的制造和元器件的安裝。為在制造和檢查導(dǎo)電圖形時(shí)定位用，建議使用參考基準(zhǔn)。它是兩條正交的基準(zhǔn)直線，交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，在同一塊板上有幾個(gè)圖形時(shí)，所有的圖形都應(yīng)使用相同的參考基準(zhǔn)。參考基準(zhǔn)設(shè)置在板內(nèi)或板外由設(shè)計(jì)者決定，并且標(biāo)出印制板的邊緣到基準(zhǔn)線的尺寸和公差。對(duì)于SMT用印制板，若在具有自動(dòng)光學(xué)定位系統(tǒng)的高精度表面安裝設(shè)備上安裝時(shí)，應(yīng)在印制板元件面的兩角或三個(gè)角上各設(shè)置一個(gè)Ф1.6mm的圓形或邊長(zhǎng)為2.0mm的方形光學(xué)定位標(biāo)志作為基準(zhǔn)，在大尺寸或細(xì)節(jié)距的IC的焊盤(pán)圖形的對(duì)角線或中心位置上各設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)志，標(biāo)志上面不允許有阻焊膜覆蓋（見(jiàn)4.1）。在有空間位置時(shí)允許用文字表明引腳位置。

圖4.1板和元器件（SMD）安裝定位基準(zhǔn)圖中：Pointoforigin－坐標(biāo)原點(diǎn)

Globalfiducials－整個(gè)板的定位基準(zhǔn)

Localfiducials－IC的放置基準(zhǔn)

Component－細(xì)節(jié)距SMD3.5導(dǎo)線寬度和間距

3.5.1印制導(dǎo)線寬度印制導(dǎo)線的寬度由導(dǎo)線的負(fù)載電流、允許的溫升和銅箔的附著力決定。在高速電路中影響導(dǎo)線的特性阻抗。導(dǎo)線的寬度還影響布線密度。1）印制導(dǎo)線寬度：對(duì)0.2mm寬、厚度為35μm以上，其負(fù)載電流在0.6A時(shí)，溫升不超過(guò)10℃。對(duì)于SMT印制板和高密度板的信號(hào)導(dǎo)線寬度可不小于0.13mm(5mil)，導(dǎo)線越細(xì)其加工難度越大，負(fù)載電流能力也小。所以在布線空間允許的條件下，應(yīng)適當(dāng)選擇寬一些的導(dǎo)線，一般接地線和電源線應(yīng)設(shè)計(jì)得較寬，這樣即有利于降低導(dǎo)線的溫升又有利于制造和提高可靠性。但對(duì)高可靠產(chǎn)品仍要求最小導(dǎo)線寬度不小于0.10mm，外層不小于0.13mm。2）導(dǎo)線的尺寸精度：導(dǎo)線尺寸精度取決于導(dǎo)電圖形的設(shè)計(jì)精度、生產(chǎn)底版的精度、制造工藝（成像、鍍覆、蝕刻的方法和質(zhì)量）及導(dǎo)體厚度和均勻性等因素。為了保證印制板上的導(dǎo)線實(shí)際寬度接近標(biāo)稱(chēng)寬度，應(yīng)考慮印制板生產(chǎn)過(guò)程中不同的工藝方法、不同的銅箔厚度，在電鍍和蝕刻等工藝中不可避免地會(huì)使導(dǎo)線增寬或由于側(cè)蝕而使導(dǎo)線寬度減小這一因素造成的公差（IPC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定高可靠產(chǎn)品線寬公差不大于標(biāo)稱(chēng)寬度的20％、工業(yè)產(chǎn)品為25％、一般民用產(chǎn)品為30％）。高速和微波電路的傳輸線，應(yīng)根據(jù)工作頻率的高低，其導(dǎo)線寬度的誤差，應(yīng)按特性阻抗匹配的要求，另外注明公差要求,一般10～15％或更小。在設(shè)計(jì)高精度印制導(dǎo)線時(shí)應(yīng)參照表3.2給以補(bǔ)償。導(dǎo)線寬度主要受印制板的蝕刻特性影響：

蝕刻系數(shù)＝－（一般≥2）（

）微波電路的導(dǎo)線寬度還與特性阻抗有關(guān)，所以對(duì)其導(dǎo)線寬度及公差應(yīng)有更嚴(yán)格要求，一般公差取＋0.03～0.08mm，－0.05mm?；蛘卟捎镁€寬的5％或10％，由阻抗要求而定。WXvx層壓板側(cè)蝕抗蝕層去除抗蝕層線寬度vV銅箔厚度（mm）工藝方法抗蝕劑直接蝕刻孔化、鍍錫鉛后蝕刻孔化、鍍金/鎳后蝕刻0.018全板電鍍圖形電鍍絲印油墨液體感光干膜絲印油墨液體感光干膜＋0.025＋0.018＋0.013——————＋0.038＋0.038＋0.050－0.025－0.025－0.025＋0.038＋0.038＋0.050－0.102－0.076－0.0510.035全板電鍍圖形電鍍絲印油墨液體感光干膜絲印油墨液體感光干膜＋0.038＋0.038＋0.038——————＋0.050＋0.050＋0.063－0.076－0.050－0.050＋0.076＋0.064＋0.089－0.076－0.051－0.0380.070全板電鍍圖形電鍍絲印油墨液體感光干膜絲印油墨液體感光干膜＋0.102＋0.067＋0.063——————＋0.076＋0.076＋0.086－0.051－0.038－0.020＋0.076＋0.076＋0.114－0.051－0.038－0.020

表3.2導(dǎo)體寬度接近標(biāo)稱(chēng)值的設(shè)計(jì)補(bǔ)償量

從上表可以看出不同工藝方法和不同的掩膜及抗蝕層對(duì)導(dǎo)線的精度有影響，若制作精度高和較細(xì)的印制導(dǎo)線，需要選擇較薄的銅箔和圖形電鍍法工藝；這一般由工藝人員根據(jù)擬將采用的工藝方法與設(shè)計(jì)人員共同商量，以確定具體的導(dǎo)線寬度的設(shè)計(jì)補(bǔ)償量。3.5.2印制導(dǎo)線間距印制導(dǎo)線的間距由導(dǎo)線之間的絕緣電阻和耐電壓要求以及基材的特性決定。印制板表面層導(dǎo)線間的絕緣電阻是由導(dǎo)線間距、相鄰導(dǎo)線平行段的長(zhǎng)度、絕緣介質(zhì)（包括基材和空氣），印制板的加工工藝質(zhì)量、溫度、濕度和表面的污染等因素所決定。一般來(lái)說(shuō)絕緣電阻和耐電壓要求越高，其導(dǎo)線間距就應(yīng)適當(dāng)加寬。負(fù)載電流量較大，導(dǎo)線間距小不利于散熱，印制板的溫升比導(dǎo)線間距大的板高。從可制造性考慮，目前小于0.10mm的導(dǎo)線間距也難以加工，所以設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)負(fù)載電流較大的導(dǎo)線，在布線空間允許的條件下，應(yīng)適當(dāng)加大導(dǎo)線間距，過(guò)小的導(dǎo)線間距可能引起高速信號(hào)的串?dāng)_。一般地線、電源線的導(dǎo)線寬度和間距都應(yīng)大于信號(hào)線的寬度和間距。3.6孔與連接盤(pán)（焊盤(pán)）

3.6.1孔孔的設(shè)置是重要的設(shè)計(jì)要素，印制板上的孔基本上可歸為五類(lèi)：機(jī)械安裝孔、元件孔、隔離孔、導(dǎo)通孔和導(dǎo)熱孔，各類(lèi)孔的設(shè)計(jì)要求不同。1）機(jī)械安裝孔：用機(jī)械的方法將其他零部件、器件（繼電器、小型變壓器等）安裝到印制板上的一種孔。該孔應(yīng)與機(jī)械安裝件的位置尺寸、安裝尺寸及位置公差相匹配。為了保證孔壁的強(qiáng)度，孔與孔的邊緣及孔邊緣到板邊緣的距離應(yīng)大于板的厚度。2）元件孔：又稱(chēng)為元件安裝孔，用于把元器件的引線（包括導(dǎo)線、插針等）插入孔中焊接后實(shí)現(xiàn)電氣連接到印制板上的一種孔。為了焊接時(shí)有利于焊料在孔中的潤(rùn)濕和爬升，以及便于自動(dòng)化機(jī)械插裝，其孔徑應(yīng)大于安裝的元器件引線（或插針）直徑0.2～0.3mm，（如果是矩形引線應(yīng)大于引線的對(duì)角線）?？字行牡奈恢脩?yīng)在坐標(biāo)網(wǎng)格（或輔助格）的交點(diǎn)上，并且與元器件引線（引腳）的位置相匹配，如果元器件的引線為非直線排列，則至少有一個(gè)點(diǎn)的孔中心位于網(wǎng)格的交點(diǎn)上。

此類(lèi)孔的孔徑是指金屬化后的鍍覆孔的直徑。

3）隔離孔（余隙孔）：在導(dǎo)電圖形上將多層板上部分導(dǎo)電圖形與某個(gè)金屬化孔進(jìn)行電氣隔離的一種孔，它與金屬化孔位于同一軸線上，并不貫穿絕緣基材，其孔徑應(yīng)大于同軸的金屬化孔壁的外徑0.2～0.3mm（即大于最大鉆孔直徑0.2～0.3mm），在布線空間允許的條件下，應(yīng)適當(dāng)加大此類(lèi)孔的直徑，更有利于電氣隔離，防止加工誤差引起短路。

隔離孔通孔垂直剖面

內(nèi)層俯視圖0.10~0.15圖3－1隔離孔對(duì)于高頻電路或有小節(jié)距器件的導(dǎo)通孔在地線層和電源層上的隔離孔的設(shè)計(jì)，應(yīng)防止絕緣隔離區(qū)過(guò)大而減少兩隔離區(qū)之間的金屬條的寬度，影響散熱效果，因?yàn)榘l(fā)熱量大的器件一般使通過(guò)導(dǎo)通孔和板的內(nèi)層導(dǎo)體散熱降溫。隔離區(qū)之間的金屬箔寬度太窄，會(huì)引起電磁輻射的問(wèn)題；所以，在考慮隔離環(huán)之間金屬箔寬度時(shí)，有條件應(yīng)盡量加寬。

在微波或高頻電路中更應(yīng)避免隔離環(huán)相互交疊，形成大面積無(wú)銅箔的“溝槽”，這會(huì)造成特性阻抗的不連續(xù)性，引起電磁兼容問(wèn)題。（實(shí)例見(jiàn)圖3－2）小節(jié)距隔離環(huán)設(shè)計(jì)不推薦隔離環(huán)交疊。類(lèi)似隔離孔的余隙孔：余隙孔是用于撓性板的覆蓋層上焊盤(pán)部位的孔，為了露出焊盤(pán)，去掉部分覆蓋層形成的孔（又稱(chēng)開(kāi)窗口或通道孔）此孔的直徑等于或略小于焊盤(pán)直徑，但是應(yīng)保持焊盤(pán)不小于規(guī)定的焊接面積，并使覆蓋層能蓋住焊盤(pán)的盤(pán)趾，可提高焊盤(pán)的附著力。

（隔離環(huán)大）

不推薦（隔離環(huán)交疊）盤(pán)趾阻焊膜隔離環(huán)圖3－2隔離環(huán)設(shè)計(jì)焊盤(pán)導(dǎo)線隔離環(huán)過(guò)小加工后短路圖3－3余隙孔余隙孔4）導(dǎo)通孔：

導(dǎo)通孔又稱(chēng)過(guò)孔，它是實(shí)現(xiàn)不同導(dǎo)電層之間的導(dǎo)線進(jìn)行電氣連接的一種孔?？讖降拇笮『涂椎奈恢糜刹季€空間的大小和布線的要求決定。在布線空間允許時(shí)，此孔直徑還應(yīng)適當(dāng)加大，但孔徑大會(huì)增加寄生電容，當(dāng)布線空間較小時(shí)酌情調(diào)整，不作嚴(yán)格規(guī)定。根據(jù)孔連接的導(dǎo)電層分布的不同，按其結(jié)構(gòu)又分為：通孔、埋孔和盲孔。

盲孔通孔埋孔圖3－4導(dǎo)通孔分類(lèi)

為了提高布線密度一般導(dǎo)通孔孔徑設(shè)計(jì)得比元件孔小，但是板厚度與最小孔徑的比（厚徑比）一般不大于6：1，雖然現(xiàn)代的金屬化孔加工技術(shù)可以做到更大的比例（≥9：1），但是過(guò)大的比例在孔金屬化時(shí)，工藝難度加大、成本上升、可靠性下降。在布線空間允許的情況下，此孔一般不設(shè)計(jì)在元件體的下面，以便于檢查和維修。在多層板上為了提高布線密度可以設(shè)計(jì)成高密度互連的盲孔和埋孔，其孔徑≤Φ0.3mm，這類(lèi)孔又稱(chēng)為微孔，也是導(dǎo)通孔的一種，用于層間互連。在HDI板中此類(lèi)孔直徑可以小于Φ0.1mm。小孔徑的盲孔，板厚與孔徑比一般小于1：1。5）散熱孔：設(shè)置在大功率器件體（QFN）的下面，只供散熱的孔。它能使焊接時(shí)的熱量或器件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，能通過(guò)孔和孔壁的銅層及時(shí)散發(fā)出去。3.6.2連接盤(pán)印制板上的連接盤(pán)一般為圓形，與孔同心環(huán)繞在孔周?chē)?，最小的環(huán)寬應(yīng)≥0.1mm，在空間位置允許的條件下，應(yīng)適當(dāng)加寬連接盤(pán)的環(huán)寬，以提高連接盤(pán)的附著力和可制造性。用于焊接的連接盤(pán)又稱(chēng)為焊盤(pán)，其形狀一般也是圓形的，也有采用切割圓形、正方形或卵圓形等，要根據(jù)布線的密度來(lái)確定。（見(jiàn)圖3－5）

圖3－5插裝元器件的元件孔及焊盤(pán)圖形焊盤(pán)面積的大小影響焊接的可靠性，在空間允許的條件下，應(yīng)適當(dāng)增加焊盤(pán)面積，但面積過(guò)大的焊盤(pán)，熱容量大也影響焊接，同一器件的焊盤(pán)應(yīng)保持大小一致。扁平封裝和表面安裝元器件的焊盤(pán)，一般為矩形或條狀的，并與元器件的引腳位置相匹配，具體的形狀、尺寸隨元器件的型號(hào)不同而異。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮元器件引腳的節(jié)距、尺寸及公差（查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品說(shuō)明）、印制板制造和安裝的公差（一般為0.05mm）及合理的焊縫要求等因素設(shè)計(jì)，同一器件的焊盤(pán)也應(yīng)保持大小一致，以防焊接時(shí)由于升溫速度不同出現(xiàn)“立碑”現(xiàn)象。

焊盤(pán)大小不一致“立碑”BGA器件的焊盤(pán)的直徑一般應(yīng)小于器件引出端子錫球直徑的10～20％，孔與連接盤(pán)的錯(cuò)位，不應(yīng)使連接盤(pán)的環(huán)寬小于規(guī)定的最小環(huán)寬值（≥0.1mm）見(jiàn)圖3－6。表面安裝元器件焊盤(pán)上應(yīng)無(wú)過(guò)孔，需要過(guò)孔時(shí)應(yīng)從焊盤(pán)上引出導(dǎo)線設(shè)置過(guò)孔，圖形如下：

焊盤(pán)BGAQFP圖3—6表面安裝元器件焊盤(pán)圖形SOP/SOJ小于球半徑10％SMC過(guò)孔3.7槽和缺口尺寸印制板上的槽和缺口的形狀與尺寸，原則上可以是任意的，但是應(yīng)滿(mǎn)足加工工藝要求，并且盡量減少異形孔，以方便加工、降低成本。槽、口一般為矩形，不要求金屬化；在無(wú)鍍覆層的情況下，推薦的長(zhǎng)度、寬度的偏差為±0.1mm。印制插頭上的定位槽尺寸及公差要求很高，應(yīng)按所用的插座的尺寸及公差進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.8接插區(qū)和印制插頭（邊緣連接器）印制板與相應(yīng)的電連接器相連接的部位稱(chēng)為接插區(qū)，一般設(shè)置在板的邊緣。接插區(qū)的尺寸應(yīng)與

連接器的尺寸相匹配，以保證連接可靠。必要時(shí)在接插區(qū)的長(zhǎng)度方向上對(duì)板的翹曲度單獨(dú)提出要求。在采用插頭座連接時(shí)，應(yīng)考慮印制插頭部位板的厚度及公差。印制插頭應(yīng)根據(jù)與其相配合的插座的相關(guān)尺寸及公差和裝配要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，印制插頭接觸片的寬度一般為插座兩相鄰簧片中心距的0.55倍，印制接觸片的插入端應(yīng)設(shè)計(jì)成半圓形其圓弧的半徑為接觸片寬度的一半，接觸片的長(zhǎng)度應(yīng)能保證插入插座后，簧片能完全接觸，如圖3－7。圖3-7印制插頭接觸片插入端雙面印制插頭，正反兩面接觸片的相對(duì)位置，應(yīng)與相匹配的插座的對(duì)應(yīng)簧片位置及公差相一致。插頭與插座的定位基準(zhǔn)應(yīng)保持一致。在每個(gè)接觸片圓弧的頂端引出0.2mm寬的工藝導(dǎo)線，在靠近板的邊線外側(cè)用0.3mm的導(dǎo)線將其短路，作為匯總的工藝導(dǎo)線用作生產(chǎn)中插頭簧片鍍金時(shí)與電極連接使用，如圖3－8所示。工藝導(dǎo)線工藝導(dǎo)線

圖3－8電鍍金用工藝導(dǎo)線

4.印制板電氣性能設(shè)計(jì)電氣性能是印制板的關(guān)鍵性能之一，應(yīng)根據(jù)不同的電路特性認(rèn)真分析，通盤(pán)考慮，防止電磁干擾，合理設(shè)計(jì)。主要的電氣性能有：導(dǎo)線電阻、互連電阻、導(dǎo)線電流負(fù)載能力、絕緣電阻、耐電壓及特性阻抗、電感、電容、衰減與損耗等特殊性能。4.1導(dǎo)線電阻：印制導(dǎo)線的電阻很小，一般電路不需考慮，在微波和高速等特殊電路中，導(dǎo)線呈現(xiàn)阻抗特性，并且隨著頻率的升高而增大，需要考慮導(dǎo)線阻抗時(shí)，應(yīng)從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或資料中查找基材的相關(guān)特性參數(shù)，根據(jù)不同的傳輸導(dǎo)線形式需要計(jì)算出印制導(dǎo)線的設(shè)計(jì)寬度、厚度和長(zhǎng)度，以滿(mǎn)足導(dǎo)線的阻抗值要求。當(dāng)導(dǎo)線表面有金屬鍍層時(shí)，應(yīng)考慮鍍層對(duì)導(dǎo)線電阻的影響。對(duì)于錫鉛合金、鎳等電阻率較大的鍍層，對(duì)導(dǎo)線的電阻影響不大；較厚的銅和金鍍層，因其電阻率與基體銅箔相同或相近，會(huì)使導(dǎo)線電阻變小。對(duì)微波電路，由于微波信號(hào)傳輸?shù)内吥w效應(yīng)，電流趨于導(dǎo)線的表面，印制板表面導(dǎo)線應(yīng)選擇電阻率小的導(dǎo)電材料（如銅、金等）。4.2互連電阻：互連電阻是指多層印制板上，相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)金屬化孔與內(nèi)層導(dǎo)線連接的界面電阻和導(dǎo)線電阻的總和（相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)電阻）?；ミB電阻的大小對(duì)高速電路的設(shè)計(jì)參數(shù)有影響，同時(shí)也能反映出金屬化孔的加工質(zhì)量和工藝水平，尤其是印制板受熱沖擊后，互連電阻的變化率是反映多層板可靠性的重要指標(biāo)。對(duì)FR4基材，合格的互連電阻在經(jīng)過(guò)高溫125℃、低溫－65℃各放置15min，經(jīng)100次循環(huán)的沖擊后，其變化率應(yīng)不大于10%。對(duì)印制板成品進(jìn)行電路通斷測(cè)試時(shí)，反映不了互連電阻的大小，測(cè)試互連電阻需要采用有四端接線法的毫歐表或微歐表，用兩只可移動(dòng)探頭進(jìn)行測(cè)量，自動(dòng)測(cè)試可選用四端接線飛針測(cè)試。如果要求具體的互連電阻值，則設(shè)計(jì)應(yīng)給出指定導(dǎo)線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)稱(chēng)阻值。為了確保內(nèi)層導(dǎo)線與金屬化孔連接的可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)可以強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)中必須要求凹蝕的深度（最佳0.013mm）以保證內(nèi)層呈三維連接。4.3導(dǎo)線電流負(fù)載能力：導(dǎo)線電流負(fù)載能力是指：在印制板使用的環(huán)境條件下，一定寬度和厚度的導(dǎo)線，在規(guī)定的導(dǎo)線溫升內(nèi)，導(dǎo)線所能承受的最大負(fù)載電流。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)電路的電流大小及導(dǎo)線電流負(fù)載能力，用來(lái)確定印制導(dǎo)線的寬度和厚度。印制板上的阻焊膜和敷形涂層會(huì)影響導(dǎo)線的散熱，在同樣溫升的情況下，導(dǎo)線的負(fù)載電流能力略有下降，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這一因素，對(duì)導(dǎo)線寬度給以補(bǔ)償。導(dǎo)線的間距小和設(shè)備的散熱條件差，都會(huì)影響導(dǎo)線的有效電流負(fù)載能力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB4588.3、GJB362B和QJ3103等）給出了一定厚度和不同寬度的銅導(dǎo)線的電流負(fù)載能力。

圖4.1導(dǎo)線負(fù)載電流與導(dǎo)線溫升的關(guān)系。

可用此圖來(lái)選擇印制導(dǎo)線的寬度和厚度，但是考慮允許的導(dǎo)線的溫升，不能超過(guò)覆銅箔基材的安全使用溫度與環(huán)境溫度之差。然而，考慮到制作工藝、銅箔厚度、導(dǎo)線寬度在允許范圍內(nèi)的變化，該圖所示的曲線已比實(shí)際測(cè)得的數(shù)值降低了10％，如果采用的板材總厚度較薄（≤1.5mm）或者應(yīng)用了表面涂覆層，或者導(dǎo)線間距小于導(dǎo)線寬度時(shí)，應(yīng)再降低15％。多層板的內(nèi)層導(dǎo)線，由于內(nèi)層的散熱不如表層散熱好，防止內(nèi)層導(dǎo)線過(guò)熱而降低多層板的層間結(jié)合力，建議設(shè)計(jì)時(shí)按圖中的示值降額一半使用或采用多層板內(nèi)層導(dǎo)線的溫升曲線來(lái)確定導(dǎo)線寬度和厚度。

導(dǎo)線電流過(guò)載能使溫升迅速提高，并產(chǎn)生大量的熱量，會(huì)使導(dǎo)線與基材的結(jié)合力下降，甚至?xí)鸹宓膿p壞。過(guò)載電流引起的溫升與電流的大小和持續(xù)時(shí)間有關(guān)，對(duì)于以環(huán)氧玻璃布為基材的印制板，一般在100ms的時(shí)間內(nèi)可以承受大于5倍之內(nèi)的理論值的電流。所以，在設(shè)計(jì)導(dǎo)線寬度時(shí)，對(duì)容易產(chǎn)生過(guò)載電流的導(dǎo)線應(yīng)適當(dāng)加大寬度。通常地線最寬(除接地面外為20~80mil)、電源線設(shè)計(jì)得較寬(除電源層外為20~50mil)，信號(hào)線較窄(5~10mil)。對(duì)于負(fù)載電流較大的導(dǎo)線，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮選擇較厚銅箔的基材（70/105μm

），盡量不要將大電流的導(dǎo)線與較細(xì)的信號(hào)線設(shè)計(jì)在同一塊板中。4.4絕緣電阻印制板的絕緣電阻分為表面絕緣電阻、內(nèi)層絕緣電阻和層間絕緣電阻（體積電阻）。板的表面絕緣電阻由導(dǎo)電圖形、絕緣介質(zhì)（印制板基材和空氣）、導(dǎo)線間距、板的加工工藝、環(huán)境的溫度、濕度和板表面的污染等因素決定。兩相鄰導(dǎo)線間距較小而平行走線較長(zhǎng)時(shí)，會(huì)使導(dǎo)線間絕緣電阻下降。當(dāng)兩相鄰導(dǎo)線間的絕緣電阻要求嚴(yán)格時(shí)，可采用下列公式來(lái)估算：

Ris＝160Rmat［W/L］式中：

Ris—導(dǎo)線之間預(yù)計(jì)的最小絕緣電阻MΩ；

Rmat—定規(guī)溫度下基材的最小絕緣電阻，MΩ；

W—導(dǎo)線間距，mm；

L—導(dǎo)線平行段長(zhǎng)度，mm。實(shí)際上導(dǎo)線的間距設(shè)計(jì)可能是不均勻的，此時(shí)W/L的平均值按下式計(jì)算：

式中：

W1

，W2，…Wn

各平行段導(dǎo)線的標(biāo)稱(chēng)間距；

L1，L2…..Ln各平行段導(dǎo)線的長(zhǎng)度

W/L＝W1/L1

＋W2/L2

＋······＋Wn/LnL1W1W3W2L3L2內(nèi)層絕緣電阻也可以用以上公式估算；層間絕緣電阻是絕緣層的體積電阻，它沒(méi)有表面污染，一般大于表面絕緣電阻。對(duì)環(huán)氧玻璃布層壓板基材，其表面絕緣電阻≥1010Ω。印制板表面的離子污染（汗?jié)n、鹽霧等）和空氣中的濕度高都會(huì)降低表面絕緣電阻。4.5耐電壓印制導(dǎo)線之間的耐電壓值，與印制板基材的絕緣介質(zhì)種類(lèi)、導(dǎo)線間距、導(dǎo)線邊緣的齊整性、表面污染程度、表面涂覆層、布線情況和周?chē)h(huán)境條件等因素有關(guān)。印制導(dǎo)線之間的局部放電電壓很高，對(duì)以環(huán)氧玻璃布為基材的印制板，在正常大氣條件下，導(dǎo)線間的耐電壓值大于1200V/mm；在低氣壓條件下（0.133～2.66KPa），其耐電壓值要下降2/3左右，在設(shè)計(jì)低氣壓條件下工作的印制板時(shí)，應(yīng)注意這一特性。為了安全起見(jiàn)，在設(shè)計(jì)導(dǎo)線的間距時(shí)，一般取最大耐電壓值（局部放電電壓）的9％～40％作為允許工作電壓，見(jiàn)圖4.2，對(duì)可靠性要求較高的產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，可參照表4.1。圖4.2電壓與導(dǎo)線間距的關(guān)系

表4－1IPC標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的導(dǎo)線電氣最小間距

導(dǎo)線間電壓DC或AC峰值

光板B1的最B2小線B3間距B4組A5裝A6件A70～150.1（0.004）0.64（0.025）0.64（0.025）0.13（0.005）0.13（0.005）0.13（0.005）0.13（0.005）16～300.1（0.04）0.64（0.025）0.64（0.025）0.13（0.005）0.13（0.005）0.25（0.010）0.13（0.005）31～500.1（0.004）0.64（0.025）0.64（0.025）0.13（0.005）0.13（0.005）0.38（0.015）0.13（0.005）51～1000.1（004）0.64（0.025）1.50（0.060）0.13（0.005）0.13（0.005）0.50（0.020）0.13（0.005）101～1500.2（0.008）0.64（0.025）3.18（0.125）0.38（0.015）0.38（0.015）0.75（0.030）0.38（0.015）151～1700.2（0.008）1.27（0.050）3.18（0.125）0.38（0.015）0.38（0.015）0.75（0.030）0.38（0.015）171～2500.2（0.008）1.27（0.050）6.4（0.250）0.38（0.015）0.38（0.01500.75（0.030）0.38（0.015）251～3000.2（0.008）1.27（0.050）12.7（0.500）0.38（0.015）.038（0.015）0.75（0.030）0.38（0.015）301～500>500每伏增加間距（mm/v）0.25（0.010）0.00252.54（0.10）0.00512.7（0.500）0.02540.75.（0.030）0.003050.75（0.030）0.003051.50（0.050）0.003050.75（0.030）0.00305

表中：B1－內(nèi)層導(dǎo)線

B2－高度不超過(guò)海拔3050米未涂覆的外層導(dǎo)線

B3－高度超過(guò)海拔3050米未涂覆的外層導(dǎo)線

B4－涂覆永久性聚合物涂層的外層導(dǎo)線（任意海拔高度）

A5－涂覆敷形涂層的印制板組裝件外層導(dǎo)線（任意海拔高度）

A6－未涂覆敷形涂層的元件引線/接線端子

A7－涂覆敷型涂層的元件引線/接線端子

在航天標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定有永久性涂覆層的外層導(dǎo)線設(shè)計(jì)間距的允許工作電壓見(jiàn)下表：表4.2最外層導(dǎo)線間距的允許工作電壓

印制導(dǎo)線間距(mm)0.130.20.51.01.5每增加0.003mm允許工作電壓(V)102050150300增加1V

從表中可以看出航天標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)計(jì)間距都比IPC標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)導(dǎo)線間距（B4）規(guī)定的最小電氣間距更寬，也就是安全系數(shù)更大一些。原因是航天飛行器上的電子產(chǎn)品需要在低氣壓和太空的高真空環(huán)境下工作，而在低氣壓條件下導(dǎo)線間的耐電壓會(huì)大大下降（見(jiàn)圖4.3），為了安全使用所以導(dǎo)線間距設(shè)計(jì)要求寬一些。在大氣壓不是很低的環(huán)境使用的印制板，其導(dǎo)線間距可以適當(dāng)小一些或參照表4.2－1設(shè)計(jì)。但是在布線密度允許的情況下，較寬的導(dǎo)線間距有利于制造。航空、航天產(chǎn)品或高原上使用的電子產(chǎn)品應(yīng)考慮低氣壓條件下的耐電壓值，以保證產(chǎn)品的安全性。

圖4－3低氣壓條件下電壓與導(dǎo)線間距的關(guān)系

海拔高度與大氣壓對(duì)比

海拔高度（Km）04.010.422.131.290

大氣壓強(qiáng)KPa101.32561.525410.2(Pa)

9000V5000300020001000500400

00.03990.1330.2660.6651.332.666.6513.326.693.1KPa1.905mm1.27mm4.6電磁兼容性能在微波電路和高速脈沖電路中，印制導(dǎo)線作為傳輸線時(shí)，必須考慮印制板的電磁兼容問(wèn)題。它是印制板的一種特殊電氣性能，主要表現(xiàn)在導(dǎo)線的特性阻抗、有效相對(duì)電容率、傳輸延遲及信號(hào)的損耗與衰減等特性。這些特性除了與導(dǎo)線的寬度、厚度和電路工作頻率有關(guān)以外，還與介質(zhì)層的厚度和介電常數(shù)及介質(zhì)損耗有關(guān)，所以應(yīng)選擇介電常數(shù)合適和介質(zhì)損耗角正切值（tanδ）小的基材，典型的微波電路用材料有覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板、填充陶瓷聚四氟乙烯覆箔層壓板等。高速和微波電路常用的傳輸媒質(zhì)為帶狀線（位于兩層接地面之間的介質(zhì)層內(nèi)的印制導(dǎo)線）和微帶線（用介質(zhì)材料將接地面與傳輸線隔開(kāi)），對(duì)其電氣特性的計(jì)算應(yīng)查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和基材的有關(guān)參數(shù)。微帶和帶狀線結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4－4。傳輸導(dǎo)線的形式：帶狀線的特性阻抗由印制導(dǎo)線的厚度、寬度、電介質(zhì)層的介電常數(shù)以及導(dǎo)兩接地平面的距離有關(guān)，對(duì)稱(chēng)的帶狀線，當(dāng)W/h≤2時(shí)，特性阻抗Zo可用下式計(jì)算：

htWhtw(a)(b)

圖4－4傳輸線的導(dǎo)線斷面圖中（a）帶狀線；（b）微帶狀線（簡(jiǎn)稱(chēng)微帶線）

式中：Zo—特性阻抗，?；

w—印制導(dǎo)線寬度，mm；

h—兩接地平面之間距離，mm；

t—印制導(dǎo)線厚度，mm；

εr—相對(duì)介電常數(shù)。微帶線是用電介質(zhì)將導(dǎo)線與地平面隔開(kāi)的傳輸線，其特性阻抗由印制導(dǎo)線的厚度、寬度和基材厚度以及電介質(zhì)的介電常數(shù)決定。當(dāng)w/t在0.1～3.0之間、介電常數(shù)在1～5之間時(shí)，特性阻抗Zo可用下式計(jì)算：式中：Zo—特性阻抗，?；

w—印制導(dǎo)線寬度，mm；

h—導(dǎo)線與接地平面之間的介質(zhì)層厚度，mm；

t—印制導(dǎo)線厚度，mm；

εr—相對(duì)介電常數(shù)。采用以上兩個(gè)公式時(shí)應(yīng)注意使用條件（導(dǎo)線寬度、厚度、介質(zhì)層厚度等），不同的條件下使用的公式是有區(qū)別的。4.6.1印制板的電磁干擾及抑制設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種各類(lèi)的電氣、電子設(shè)備的數(shù)量不斷增加，尤其是各類(lèi)無(wú)線電通訊設(shè)備的迅速增加，使空間的電磁環(huán)境日益復(fù)雜，為了保證電子設(shè)備的正常工作，減少相互之間的電磁騷擾，以及惡劣的電磁環(huán)境對(duì)人類(lèi)及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利的影響，對(duì)電子產(chǎn)品的電磁兼容設(shè)計(jì)，是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)不可忽視的問(wèn)題，引起了電子行業(yè)的廣泛關(guān)注。一個(gè)好的電子產(chǎn)品必須考慮電磁騷擾問(wèn)題。電磁干擾是電磁騷擾引起的后果，它會(huì)使電子設(shè)備、傳輸通道、系統(tǒng)和印制板組裝件的性能下降或信號(hào)失真。由于電子元器件的發(fā)展，數(shù)字電路

的廣泛用應(yīng)，邏輯器件的運(yùn)行速度越來(lái)越快，印制板自身的電磁兼容問(wèn)題日益突出，印制板的布局、布線對(duì)高速電路信號(hào)完整性的影響十分明顯，所以在設(shè)計(jì)印制板時(shí)必須關(guān)注自身的電磁兼容問(wèn)題。電子產(chǎn)品的電磁兼容性（EMC）包括兩個(gè)方面：電磁輻射性和抗電磁干擾性（即電磁敏感性）設(shè)計(jì)優(yōu)良的電子產(chǎn)品必須考慮電磁兼容問(wèn)題，既不能有電磁輻射而干擾其他電子設(shè)備，又要有較低的電磁敏感度，能抵抗規(guī)定的電磁干擾。印制板設(shè)計(jì)的電磁兼容性考慮，就是要考慮印制b板內(nèi)高速、高頻信號(hào)的傳輸效應(yīng)，保持信號(hào)的完整性并控制印制板輸出輸入端的電磁干擾問(wèn)題。1.印制板電磁兼容設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)電磁兼容設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是麥克斯韋第3、第4方程描述的磁場(chǎng)和電場(chǎng)能夠相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，根據(jù)麥克斯韋方程（電磁感應(yīng)方程）：▽×E＝－δB/δt

和▽×H＝J+δD/δt

即：在封閉體系中，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)又產(chǎn)生磁場(chǎng)，隨時(shí)間變化的電流（時(shí)變電流）既產(chǎn)生電場(chǎng)又產(chǎn)生磁場(chǎng)。在任何電路中都存在電流，電路工作時(shí)就有隨時(shí)間變化的電流（稱(chēng)為時(shí)變電流），在信號(hào)通路導(dǎo)線上和返回通路導(dǎo)線上，產(chǎn)生方向相反的差模（DM）電流，從理論上講這種差模電流應(yīng)該是大小相等、方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以相互抵消，消除磁場(chǎng)影響。然而實(shí)際上這是做不到的，其原因是：1）信號(hào)輸入和返回通路的印制導(dǎo)線不可能絕對(duì)平行，因而產(chǎn)生的磁場(chǎng)也不可能全部抵消。2）印制導(dǎo)線的寬度、厚度的不均勻性，有意外的導(dǎo)線缺陷等造成輸入和返回線路導(dǎo)線的阻抗不可能完全匹配，產(chǎn)生的磁場(chǎng)也就不平衡。3）因?yàn)楣驳鼗蚬搽娫椿驇讉€(gè)信號(hào)有公共返回區(qū)引起的干擾等，都可以造成兩條通路的不平衡，使磁場(chǎng)不能完全抵消。這部分抵消不了的磁場(chǎng)就會(huì)引起相位相同的共模（CM）電流。所以印制板上總是難免有共模電流存在，共模電流是引起電磁輻射的主要源泉。相鄰的信號(hào)導(dǎo)線如果電流方向相同，則會(huì)直接產(chǎn)生共模干擾，而CM和DM電流的大小決定了傳播射頻（RF）能量的大小，RF能量(一般是從10KHz～100GHz)隨頻率增高而增強(qiáng)，其電磁輻射強(qiáng)弱是引起電磁干擾的主要因素，這就是印制板上高速電路和高頻電路中產(chǎn)生電磁兼容問(wèn)題的理論基礎(chǔ)。2.印制板組裝件上引起電磁干擾的主要原因a.來(lái)自外部其他電子設(shè)備發(fā)射的或空間的電磁波造成的輻射（電磁干擾就是利用這種輻射）。b.外電源或輸入導(dǎo)線造成的傳導(dǎo)干擾。c.印制板本身采用高頻電路或高速器件，在布局、布線時(shí)不合理或元器件安裝位置不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐傻牟钅；蚬材８蓴_。d.多層印制板中接地層和電源層的分布及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，造成電路中特性阻抗與器件內(nèi)阻不匹配而引起電磁干擾。對(duì)于外部的電磁干擾，可通過(guò)整機(jī)的屏蔽措施和改進(jìn)電路的抗干擾設(shè)計(jì)來(lái)解決。在印制板上引起電磁兼容問(wèn)題根本原因，在于印制板上工作時(shí)有時(shí)變電流。高速、高頻的數(shù)字電路和邏輯電路在印制板上的廣泛應(yīng)用，又大大增加了產(chǎn)生時(shí)變電流的程度，所以印制板自身電磁兼容性在布線、布局和確定接地層與電源層時(shí)必須認(rèn)真考慮印制導(dǎo)線的特性阻抗的匹配問(wèn)題，以提高印制板本身的電磁兼容性。

3.印制板電磁兼容設(shè)計(jì)與信號(hào)的完整性印制板設(shè)計(jì)時(shí)如果布局、布線及電源、接地設(shè)計(jì)得合理，在電路工作時(shí)電場(chǎng)、磁場(chǎng)就不會(huì)對(duì)電路的性能產(chǎn)生有害的影響；如果設(shè)計(jì)的不合理，就會(huì)加大磁場(chǎng)、電場(chǎng)對(duì)電路性能的影響，

使之成為電磁干擾源或?qū)﹄姶琶舾械碾娐罚绊懹≈瓢褰M裝件的正常工作，降低其性能，甚至?xí)孤┯杏眯畔⒒蚋蓴_其他電路正常工作。電磁兼容設(shè)計(jì)合理與否，最明顯的表現(xiàn)是對(duì)信號(hào)傳輸時(shí)信號(hào)的完整性影響。當(dāng)電磁兼容性考慮得不好，電路工作時(shí)在某些高速信號(hào)回路上可能會(huì)產(chǎn)生傳輸效應(yīng)。隨著電子器件的發(fā)展，邏輯電路的集成度和工作頻率越來(lái)越高，工作狀態(tài)變換的邊沿速率越來(lái)越快，使電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜性、工作頻率和集成度都大大提高，於是便產(chǎn)生了高速電路。高速電路的特性既有高頻電路的特征又不同于高頻電路。高頻微波電路通常是指信號(hào)傳輸?shù)念l率300MHz以上（IPC－316標(biāo)準(zhǔn)指100MHz以上）。高速電路是相對(duì)于低頻電路，信號(hào)傳輸?shù)念l率大于5MHz，小于100MHz。實(shí)際上高速電路的特征隨工作頻率的升高逐漸明顯，并不是達(dá)到某一頻率突然顯現(xiàn)。通常高速電路含義是指：當(dāng)數(shù)字邏輯電路的頻率達(dá)到或超過(guò)45～50MHz時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生傳輸效應(yīng)和信號(hào)完整性的問(wèn)題。如果電路中工作在這個(gè)頻率及以上的部分，占整個(gè)電路系統(tǒng)的30％以上或主頻率在120MHz以上的部分占20％的電路通常稱(chēng)為高速電路。實(shí)際上，器件工作狀態(tài)的快速上升和下降時(shí)間，使信號(hào)邊沿的諧波頻率比信號(hào)本身的頻率高，它所引起的傳輸效應(yīng)要比工作頻率引起的更為普遍。在高速電路中信號(hào)從源端到接收端的傳輸，通過(guò)印制導(dǎo)線需要有一定的時(shí)間，稱(chēng)為延時(shí)，超過(guò)規(guī)定的時(shí)間稱(chēng)為延遲，將會(huì)引起電磁兼容和信號(hào)完整性的問(wèn)題。傳輸延時(shí)的長(zhǎng)短取決于器件特性的要求和導(dǎo)線的阻抗，阻抗能滿(mǎn)足器件特性的要求，如果能夠匹配，就不會(huì)引起傳輸延遲。所以，高速電路傳輸線又可以理解為信號(hào)在導(dǎo)線中傳輸延時(shí)大于1/2數(shù)字器件上升沿時(shí)間（指驅(qū)動(dòng)端）時(shí)，則該導(dǎo)線為高速信號(hào)傳輸線。高速信號(hào)線超過(guò)一定比例則該電路為高速電路。目前數(shù)字高速電路的頻率一般在40～50MHz以上，如果在高頻、高速電路設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)導(dǎo)線的電抗考慮不周，信號(hào)傳輸線上的阻抗與器件不匹配，就會(huì)引起信號(hào)狀態(tài)失真和影響信號(hào)的完整性。對(duì)不同的傳輸線模型，在電路上信號(hào)可能產(chǎn)生不同形式的傳輸效應(yīng)，即：信號(hào)反射、延時(shí)或

或時(shí)序錯(cuò)誤、過(guò)沖與下沖、串?dāng)_、地彈、多次跨越邏輯電平閾限錯(cuò)誤（震蕩）和電磁輻射等效應(yīng)產(chǎn)生這些傳輸效應(yīng)，與高頻、高速傳輸時(shí)，印制導(dǎo)線的特性有關(guān)。印制導(dǎo)線（走線）作為電流和信號(hào)的傳輸線時(shí)，其阻抗特征在低頻電路時(shí)呈電阻特性，因?yàn)殡娮柚岛苄?，一般?duì)電路影響不明顯；但是在高頻電路時(shí)呈電感特性，并且隨頻率變化的增高其電感特性越來(lái)越占主導(dǎo)地位，當(dāng)導(dǎo)線上的信號(hào)電流頻率在100KHz以上時(shí)，感抗（2πfL）將超過(guò)電阻成為導(dǎo)線阻抗的主要部分。這時(shí)印制導(dǎo)線的等效電路為：RcRL這時(shí)PCB走線的阻抗可以下用方程表示：

Zo=R+jxL+1/jxc阻抗與導(dǎo)線的寬度、厚度、長(zhǎng)度及頻率有關(guān)。譬如：寬度W＝1mm，厚度t＝0.03mm，長(zhǎng)度L＝100mm的導(dǎo)線。頻率為50Hz時(shí)，阻抗Zo＝57.4mΩ；頻率為100KHz時(shí)，

Zo

＝92.5mΩ

頻率為1MHz時(shí)，Zo＝727mΩ。在印制板設(shè)計(jì)時(shí)，如果不注意在高頻和高速信號(hào)傳輸時(shí)印制導(dǎo)線的阻抗變化特性，就難于控制電路中信號(hào)傳輸?shù)奶匦宰杩蛊ヅ?，?huì)產(chǎn)生上述的傳輸效應(yīng)，從而影響了信號(hào)的完整性，即使導(dǎo)線連接的邏輯關(guān)系正確，電路也不能正常地工作。由此引起的設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)有發(fā)生?？赏ㄟ^(guò)以下案例分析：（1）案例1.信號(hào)之間的耦合案例不同頻率或不同模式信號(hào)的導(dǎo)線，如果相鄰走線相互靠得很近（距離小于線寬的2倍），則一根導(dǎo)線上的信號(hào)就可能被耦合到另一導(dǎo)線上干擾信號(hào)的正常性，稱(chēng)為“串?dāng)_”。串?dāng)_是高速和高頻電路中，因?yàn)閷?duì)相鄰印制導(dǎo)線的間距設(shè)計(jì)不合理而經(jīng)常出現(xiàn)的信號(hào)耦合的問(wèn)題。例如：有個(gè)單位設(shè)計(jì)的“綜合放大器”印制板，電路中既有數(shù)字信號(hào)又有模擬信號(hào)，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了數(shù)模分開(kāi)，但是為了降低成本，采用了雙面印制板的結(jié)構(gòu)，布線密度高，有的數(shù)字信號(hào)導(dǎo)線與相鄰的模擬信號(hào)導(dǎo)線距離留得太小，致使電路工作時(shí)產(chǎn)生信號(hào)串?dāng)_而無(wú)法正常工作，只好將該印制板報(bào)廢，重新設(shè)計(jì)改為多層印制板，將相鄰的數(shù)模信號(hào)導(dǎo)線之間距離加大，并用地線將其隔開(kāi)，從而使電路能正常工作。所以，要避免信號(hào)的耦合和串?dāng)_，須將不同頻率的信號(hào)導(dǎo)線之間的距離，設(shè)計(jì)為不小于導(dǎo)線寬度的2倍（2W原則）或用地線進(jìn)行隔離。2W地線（2）案例2：信號(hào)線層之間的耦合雙面和多層印制板中上、下相鄰兩層的信號(hào)線，由于中間的介質(zhì)層薄，上、下層平行走線容易產(chǎn)生信號(hào)的耦合，特別是高速信號(hào)線如果產(chǎn)生耦合會(huì)引起信號(hào)的失真。所以相鄰層應(yīng)交叉走線可以大大減少信號(hào)的耦合。（3）案例3：數(shù)、模信號(hào)線混合走線對(duì)信號(hào)完整性的影響在同一塊印制板上有數(shù)字電路和模擬電路時(shí)，上下層平行走線上下層交叉走線俯視圖上下層交叉走線在布局和布線時(shí)應(yīng)分開(kāi)布設(shè)，否則電路工作時(shí)數(shù)字信號(hào)會(huì)影響模擬信號(hào)。尤其是在數(shù)?；旌想娐分?，不但元器件布局要分開(kāi)，布線也要分開(kāi)。即布局時(shí)分區(qū)，不共用同一接地線（或接地面）工作時(shí)邏輯開(kāi)關(guān)的噪聲會(huì)干擾模擬器件；走線分開(kāi)是指數(shù)模信號(hào)線分開(kāi)布設(shè)，并且相鄰的數(shù)模信號(hào)線中間有地線分隔或線間距大于1.27mm(4）案例4高速信號(hào)線的布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)影響高速信號(hào)導(dǎo)線采用樹(shù)枝式分叉（a），在分叉處導(dǎo)線寬度變化特性阻抗改變，容易引起信號(hào)失真。(a)樹(shù)枝式結(jié)構(gòu)(b)菊花鏈結(jié)構(gòu)(c)星形結(jié)構(gòu)通常在分支處應(yīng)設(shè)置連接盤(pán)，保持線寬一致，對(duì)特性阻抗影響很小。分支布線方式可根據(jù)電路需要采取菊花鏈（適用于信號(hào)順序到達(dá)接收端）或星形分支結(jié)構(gòu)連接（適用于信號(hào)同時(shí)到達(dá)幾個(gè)接收端）。（5）案例5：高速信號(hào)走線的特性阻抗控制不當(dāng)在高速電路設(shè)計(jì)中往往注重用串并聯(lián)電阻器做匹配終端，來(lái)調(diào)節(jié)電路的阻抗要求，高速信號(hào)走線的特性阻抗最容易被忽視。印制板安裝完元器件加電工作時(shí)，由于導(dǎo)線的阻抗與電阻器的阻抗合并對(duì)電路起匹配作用會(huì)使總阻抗與器件不匹配，引起信號(hào)反射等傳輸效應(yīng)使電路不能正常工作。只有當(dāng)信號(hào)在導(dǎo)線上的傳輸延時(shí)的時(shí)間大于源端信號(hào)上升時(shí)間的1/2時(shí)，需要匹配終端。而信號(hào)的時(shí)延與基材的介電常數(shù)和信號(hào)導(dǎo)線的長(zhǎng)度有關(guān)，其關(guān)系式為：