PCB设计和加工

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Interconnect Design PCB Design&Fabrication Hu Qinghu,PCB Design&Fabrication,互连设计部 胡庆虎,January，2005,Technical Seminar,目 录,PCB历史,PCB制造者眼中的PCB,PCB设计者眼中的PCB,DFMStandard/Guide/Rule/Constrain,PCB的质量观,PCB设计和制造的未来,PCB历史回顾,PCB历史产生,PCB制造是博士的发明,PCB工艺的成熟,PCB设计业的发展,PCB标准的形成,世界电子电路大会,PCB的价值,印制线路板从发明至今，已经60年历史，比晶体管的诞生还要早10年。日本PCB行业专家小林正先生说“如果没有电脑和信息，电子设备等于一个普通的箱子；如果没有半导体和线路板，电子元件就是普通的石头”。电子信息领域中的一切电气互联和装配必须依靠线路板。,第八届世界电子电路大会在总结PCB的60年发展历史时指出：没有PCB，没有电子线路，飞行、交通、原子能、计算机、宇航、通信、电话，这一切都无法实现。,PCB设计行业,直接飞接,手工贴图,PCB设计工具,EDA行业形成,2003年是EDA技术行业诞生40年，在业界生产的嵌入式微控制器数量已超过麦当劳卖出汉堡包（1,000亿以上）的今天，设计和制造比任何时候，更依赖工具和设备。EDA设计工具，转变了作业方法，要比过去任何时候都显更为重要。,目 录,PCB历史,PCB制造者眼中的PCB,PCB设计者眼中的PCB,DFMStandard/Guide/Rule/Constrain,PCB的质量观,PCB设计和制造的未来,PCB上的导线,魔鬼存在细节中,PCB上的过孔,过孔的寄生电容 延长了信号的上升时间，降低了电路的速度。如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为,则过孔的寄生电容大小近似于：,C=1.41TD1/(D2-D1),举例来说，对于一块厚度为50Mil的PCB板，如果使用内径为10Mil，焊盘直径为20Mil的过孔，焊盘与地铺铜区的距离为32Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是：C=1.41x4.4x0.050 x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，这部分电容引起的上升时间变化量为：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps。从这些数值可以看出，尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换，还是要慎重考虑的。,过孔的寄生电感 过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。简单地计算一个过孔近似的寄生电感：,L=5.08hln(4h/d)+1,其中L指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。从式中可以看出，过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。仍然采用上面的例子，可以计算出过孔的电感为：L=5.08x0.050ln(4x0.050/0.010)+1=1.015nH。如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为：XL=L/T10-90=3.19。这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略。旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔，这样过孔的寄生电感就会成倍增加。,PCB,上的基本常识,PCB的本质,PCB设计者眼中的PCB变迁,PCB是一个特殊的支撑性器件,PCB是一个无源电气互连系统,PCB是信号传输的关键物理通道,互连设计诞生（Interconnect Design）,互连设计的理论基础信号和传输,High Performance Interconnects,S 参量矩阵(!),Z 参量矩阵,Y 参量矩阵Z=Y,-1,h 参量矩阵,A BCD参量矩阵,DFM,Standard/Rule/Guide/Constrain/Tolerance,DFM内容设计规则，工艺规则，所有规则的分析建立和传递；按规律办事！,关注细节：表面处理，钻孔和对位,叠层设计Stackup：6层/8层板之争,直通率和可靠性,部分问题回答,PCB 标准树,Guide,PWB Design Guide,低损耗板材的影响,阻抗控制为什么50欧姆？,低介电常数板材,问题答复（一）,问题：,将差分阻抗线与其它单线分开，如差分阻抗 6.1mil线宽/5.9间距,普通线6mil.这样容易识别差分线，以便有效的进行补偿与控制;,答复:,提议非常的好！问题简单，但解决方案比较复杂。正在努力考虑设计过程的解决措施。,问题：,字符或字符框离线路焊盘距离能够大于或等于8mil；,答复：,要求比较难满足。单板的条件允许下，尽量按照8mil来做。8mil是否太大了些？,问题：,拉手条位,及高频板；,答复：,在drill层标注上，细致观察，找到拉手条的固定孔，一般能够看出手条位。对于高频板，会在阻抗控制表中标识，一般都有阻抗控制要求。,问题答复（二）,问题：,同样的产品，阻抗结果相同，但一个客户可以调试出，另一个却调不出;,答复,：我们通常关注传输线指标中的特征阻抗，但特征阻抗不是唯一的指标。其它指标还有插入损耗（Q值）、时延等。不同的客户调试环境不同，因此也会产生不同的调试结果。这类问题，需要具体问题具体分析，才能得出确切的答案。,问题：,孤岛铜或Clearance间铜桥对射频信号的影响,答复：,一般RF信号不允许有孤岛铜皮。在高速信号中，出于加工时电流密度均匀考虑，孤岛铜距离高频信号超过3H距离的孤岛铜是没有影响的。H为微带介质厚度。但通常规定超过一个固定值，如50mil。,问题答复（三）,问题：,更换板材后调试不出信号可能是什么原因？,答复：,不同的板材有不同的特性，不仅仅只会影响走线的特征阻抗，还要损耗等，不能够轻易更换板材！具体情况需要细致分析，才能决定是否更换板材。,问题：,如果设计容差大，生产控制稳定，且经过样板测试，是否可以不监控阻抗，仅保证线宽稳定即可保证量产？,答复,：部分要求不高的产品，从理论上说是可以的，但依赖技术控制能力。对阻抗控制要求较严，所以还是需要监控阻抗。,问题：,阻抗公差一般要求+/-10%，也有+/-15%，在设计时是根据什么提出这个要求的？,答复：,是根据整个系统或电路指标提出这个要求的。通常情况下，低速数字单板，电源板等对阻抗控制没有过多的要求。对于高速信号单板、射频单板等对阻抗控制有较严的要求。有些单板甚至对阻抗有+/-5%的要求。,问题答复（四）,问题：,介电常数影响阻抗，介质损耗影响什么？哪些因素又影响了介质损耗？,答复,：,板材的介电常数是影响阻抗的几个因素之一。,介质损耗影响传输线的插入损耗，就是信号的衰减。如果信号衰减太大，接收到的信号有效幅度就会变小。无论是数字信号还是射频信号都是这样。,介质损耗的大小主要由介质损耗角的大小来决定，介质损耗角的大小由板材本身决定。,问题：,对PCB制作要求：从板材，阻焊材料，线路图形控制，阻抗要求和其它工艺过程控制。,答复：,板材和阻抗要求，通常会在drill层标注清楚。对于阻焊材料，其它工艺过程控制等由通用规范约束，有特殊要求的，设计人员在drill层标注。,问题答复（五）,问题：,阻抗不匹配会，如线路阻抗低于元器件或高于元器件会有什么结果或现象？,答复,：阻抗不匹配，就会引起线路上的传输信号反射，直到达到平衡为止。使数字信号出现过冲、台阶、回钩等波形。使射频信号出现驻波现象，能接收到的有效信号幅度会减小。,问题答复（六）,问题：,目前我们使用的阻抗测试机差分阻抗信号的相差为180度，实际产品上也是如此吗？有没有信号相差为0的差分阻抗？,答复,：在实际产品上，差分信号的相差十分接近或等于180度。差分阻抗的定义就是以180的相差来定义的。不存在信号相差为0的差分线。,问题：,RF基本原理，影响因素。,答复：,笼统的说，RF的基本原理就是麦克斯韦方程。通常情况下，都是按照具体RF器件类型来说明其基本原理的。,影响因素：,从PCB角度来说，板材、层叠、加工精度等都会对RF单板的指标和功能有影响。他们的本质都是对阻抗控制的影响。,问题答复（七）,问题13,、RF在PCB上的识别方法：如形状，外观，标识等。,答复：,RF单板根据应用不同，没有固定的外观和形状。,RF射频板标识：在板名后面或下面有“RF”字样，例如：,问题答复（八）,问题：,阻抗控制对普通信号和射频信号的影响。,答复：,阻抗控制的目的满足阻抗的连续性。本质没有不同，RF信号的要求更要准确些。,问题：,RF板检测要求,答复：,首先要满足通用的检验规范外，必须满足阻抗、层叠（半固化和芯板）等具体要求。RF板虽然没有提具体的阻抗要求，实际上对图形精度（走线的上下面厚度、铜皮厚度公差等）是有比较严格的公差要求的。,问题：,RF失效在PCB中的表现。,答复：,需要具体情况具体分析，表现方式有多种。主要问题,：,图形加工精度不够，导致频率偏移。不同表面处理工艺，可能导致通道损耗增加等等。PCB厂家，需要严格控制生产，保证按照设计者的要求制作。,问题：,RF板的应用,答复,：基于分布特性参数，RF板可以图形可以构成一些无源器件。图形的加工精度要求一般比较高。RF应用主要包括下面场合：手机、电视机、基站天线、RF功率放大器、RF低噪声放大器、基站收发信机、微波传输、雷达、电子干扰、医疗设备,目 录,PCB历史,PCB制造者眼中的PCB,PCB设计者眼中的PCB,DFMStandard/Guide/Rule/Constrain,PCB的质量观,PCB设计和制造的未来,高可靠性要求高技术能力,质量竞争越来越表现在：长期可靠性上，细节处理上,过孔可靠性,焊接可靠性,表面处理,阻抗控制,材料稳定性（热、湿、电气绝缘强度）,Anti-CAF,钻孔对位精度（BackDrill）,焊点的可靠性（细线剥离强度）,特别需求的响应能力（规范化）,目 录,PCB历史,PCB设计者眼中的PCB,PCB制造者眼中的PCB,DFMStandard/Guide/Rule/Constrain,PCB的质量观,PCB设计和制造的未来,设计和制造的挑战,高速串/并行总线，大系统容量：6.25Gbps 10Gbps 40Gbps,；,芯片功耗和电压：100W/1.2V 100W/1.1V 120W/0.9V,小型化和高密度集成：越来精细的线条和间距；,不断缩小的芯片封装：QFP BGA CSP，1206 0402 0201,DFT：测试点越来越小甚至无立”针“之地；,复杂的PCB工艺：埋阻、埋容、HDI、混压,PCB设计和制造的未来,RoHS（,禁止有害物质指令）,：从2006年7月1日起，进入欧盟市场的电子产品禁止使用6种有害物质：,铅、汞、镉、6价铬、PBB（多溴联苯阻燃剂）和PBDE（聚溴二苯醚阻燃剂）,。,WEEE（,废弃产品回收指令,）：从2005年8月13日开始进入欧盟的产品的,回收及费用由厂家负责,；设备回收利用率在2006年12月要达到75（重量）。,精益求精 永无止境,链条上的任何一个节点的不均衡或缺陷都将给技术和产品的发展带来瓶颈。,今后Chip、Package、PCB必定会进一步相互紧密渗透、相互紧密互联，形成严密配合的硬件技术和物理实现产业链。,谢 谢！,any question,？,本次交流结束,谢谢观看,/,欢迎下载,BY FAITH I MEAN A VISION OF