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【经验】PCB线路板结构详细介绍 如何选择PCB板材

来源:/news/17.html   发布时间:2017-08-12

PCB线路板生产厂家公司是一家专业的线路板、PCB线路板生产厂家公司,今天我们的专家会为大家带来“PCB线路板结构详细介绍 如何选择PCB板材”,希望通过我们的介绍让您对PCB线路板结构详细介绍等问题有更深入的了解

【经验】PCB线路板结构详细介绍 如何选择PCB板材

PCB板有两种不同的结构:核芯结构和敷箔结构。

在核芯结构中,PCB板中的所有导电层敷在核芯材料上;而在敷箔结构中,只有PCB板内部导电层才敷在核芯材料上,外导电层用敷箔介质板。所有的导电层通过介质利用多层层压工艺粘合在一起。

核材料就是工厂中的双面敷箔板。因为每个核有两个面,全面利用时,PCB板的导电层数为偶数。为什么不在一边用敷箔而其余用核结构呢?其主要原因是:PCB板的成本及PCB板的弯曲度。

偶数层PCB板的成本优势

因为少一层介质和敷箔,奇数PCB板原材料的成本略低于偶数层PCB。但是奇数层PCB板的加工成本明显高于偶数层PCB板。内层的加工成本相同;但敷箔/核结构明显的增加外层的处理成本。

奇数层PCB板需要在核结构工艺的基础上增加非标准的层叠核层粘合工艺。与核结构相比,在核结构外添加敷箔的工厂生产效率将下降。在层压粘合以前,外面的核需要附加的工艺处理,这增加了外层被划伤和蚀刻错误的风险。

平衡结构避免弯曲

不用奇数层 设计PCB板的最好的理由是:奇数层PCB板容易弯曲。当PCB板在多层电路粘合工艺后冷却时,核结构和敷箔结构冷却时不同的层压张力会引起PCB板弯曲。随着电路板厚度的增加,具有两个不同结构的复合PCB板弯曲的风险就越大。消除PCB板弯曲的关键是采用平衡的层叠。尽管一定程度弯曲的PCB板达到规范要求,但后续处理效率将降低,导致成本增加。因为装配时需要特别的设备和工艺,元器件放置准确度降低,故将损害质量。

使用偶数层PCB板

当设计中出现奇数层PCB板时,用以下几种方法可以达到平衡层叠、降低PCB板制作成本、避免PCB板弯曲。以下几种方法按优选级排列。

1、一层信号层并利用。如果设计PCB板的电源层为偶数而信号层为奇数可采用这种方法。增加的层不增加成本,但却可以缩短交货时间、改善PCB板质量。

2、增加一附加电源层。如果设计PCB板的电源层为奇数而信号层为偶数可采用这种方法。一个简单的方法是在不改变其他设置的情况下在层叠中间加一地层。先按奇数层PCB板布线,再在中间复制地层,标记剩余的层。这和加厚地层的敷箔的电气特性一样。

3、在接近PCB层叠中央添加一空白信号层。这种方法最小化层叠不平衡性,改善PCB板的质量。先按奇数层布线,再添加一层空白信号层PCB,PCB线路板结构详细介绍标记其余层。在微波电路和混合介质(介质有不同介电常数)电路中采用。

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1、如何选择PCB板材?

选择PCB板材必须在满足设计需求和可量产性及成本中间取得平衡点。设计需求包含电气和机构这两部分。通常在设计非常高速的PCB板子(大于GHz的频率)时这材质问题会比较重要。例如,现在常用的FR-4材质,在几个GHz的频率时的介质损(dielectric loss)会对信号衰减有很大的影响,可能就不合用。就电气而言,要注意介电常数(dielectric constant)和介质损在所设计的频率是否合用。

2、如何避免高频干扰?

避免高频干扰的基本思路是尽量降低高频信号电磁场的干扰,也就是所谓的串扰(Crosstalk)。可用拉大高速信号和模拟信号之间的距离,或加ground guard/shunt traces在模拟信号旁边。还要注意数字地对模拟地的噪声干扰。

3、在高速设计中,如何解决信号的完整性问题?

信号完整性基本上是阻抗匹配的问题。而影响阻抗匹配的因素有信号源的架构和输出阻抗(output impedance),走线的特性阻抗,负载端的特性,走线的拓朴(topology)架构等。解决的方式是靠端接(termination)与调整走线的拓朴。

4、差分布线方式是如何实现的?

差分对的布线有两点要注意,一是两条线的长度要尽量一样长,另一是两线的间距(此间距由差分阻抗决定)要一直保持不变,也就是要保持平行。平行的方式有两种,一为两条线走在同一走线层(side-by-side),一为两条线走在上下相邻两层(over-under)。一般以前者side-by-side实现的方式较多。

5、对于只有一个输出端的时钟信号线,如何实现差分布线?

要用差分布线一定是信号源和接收端也都是差分信号才有意义。所以对只有一个输出端的时钟信号是无法使用差分布线的。

6、接收端差分线对之间可否加一匹配电阻?

接收端差分线对间的匹配电阻通常会加, 其值应等于差分阻抗的值。这样信号品质会好些。

7、为何差分对的布线要靠近且平行?

对差分对的布线方式应该要适当的靠近且平行。所谓适当的靠近是因为这间距会影响到差分阻抗(differential impedance)的值, 此值是设计差分对的线路板重如何选择PCB板材要参数。需要平行也是因为要保持差分阻抗的一致性。若两线忽远忽近, 差分阻抗就会不一致, 就会影响信号完整性(signal integrity)及时间延迟(timing delay)。

8、如何处理实际布线中的一些理论冲突的问题

1). 基本上, 将模/数地分割隔离是对的。 要注意的是信号走线尽量不要跨过有分割的地方(moat), 还有不要让电源和信号的回流电流路径(returning current path)变太大。 2). 晶振是模拟的正反馈振荡电路, 要有稳定的振荡信号, 必须满足loop gain与phase的规范, 而这模拟信号的振荡规范很容易受到干扰, 即使加ground guard traces可能也无法完全隔离干扰。 而且离的太远, 地平面上的噪声也会影响正反馈振荡电路。 所以, 一定要将晶振和芯片的距离进可能靠近。 3). 确实高速布线与EMI的要求有很多冲突。 但基本原则是因EMI所加的电阻电容或ferrite bead, 不能造成信号的一些电气特性不符合规范。 所以, 最好先用安排走线和PCB叠层的技巧来解决或减少EMI的问题, 如高速信号走内层。 最后才用电阻电容或ferrite bead的方式, 以降低对信号的伤害。

9、如何解决高速信号的手工布线和自动布线之间的矛盾?

现在较强的布线软件的自动布线器大部分都有设定约束条件来控制绕线方式及过孔数目。 各家EDA公司的绕线引擎能力和约束条件的设定项目有时相差甚远。 例如, 是否有足够的约束条件控制蛇行线(serpentine)蜿蜒的方式, 能否控制差分对的走线间距等。 这会影响到自动布线出来的走线方式是否能符合设计者的想法。 另外, 手动调整布线的难易也与绕线引擎的能力有绝对的关系。 例如, 走线的推挤能力, 过孔的推挤能力, 甚至走线对敷铜的推挤能力等等。 所以, 选择一个绕线引擎能力强的布线器, 才是解决之道。

10、关于test coupon。

test coupon是用来以TDR (Time Domain Reflectometer) 测量所生产的PCB板的特性阻抗是否满足设计需求。 一般要控制的阻抗有单根线和差分对两种情况。 所以, test coupon上的走线线宽和线距(有差分对时)要与所要控制的线一样。 最重要的是测量时接地点的位置。 为了减少接地引线(ground lead)的电感值, TDR探棒(probe)接地的地方通常非常接近量信号的地方(probe tip), 所以, test coupon上量测信号的点跟接地点的距离和方式要符合所用的探棒。

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本文关键词:PCB 线路板 信号 布线 结构 设计

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