2.2电路设计和布图规则

《2.2电路设计和布图规则》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2.2电路设计和布图规则（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、n混合微电路是一种高集成度的电路封装形式 。在混合电路设计中最重要的是在电路成本 和电路性能间的平衡折中。1 in=25.4 mm2.2 电路设计和布图规则混合电路的优良设计结果依赖于三个要素： 1) 能够实现它被设计时所有预期的功能； 2) 能够在系统的使用周期内无间断地完成这些 功能； 3) 能够经济地加工生产。根据以上三点的要求，混合电路在设计中应 遵循特定的设计规则和设计顺序。以下列出 一些设计顺序，它指出了每一阶段的设计特 点和应当考虑的设计参数。在实际操作中， 可根据具体情况适当调整。 设计流程参考图2.17（P52）系统要求：系统的技术规范将会确定一些影响混合电路 设计的因素。技

2、术规范应包括环境条件(如温度和湿度) 、系统尺寸、质量、每个元器件的消耗功率、可靠性及 信号源。此外，还应当给出材料总成本和人工成本。电路要求：根据系统所要达到的目的，所选电路的形式 、配合和功能是这个阶段的基本考虑因素。搭建实验板：用实验板的形式来演示电路功能，以便确 定影响最终基片布图电性能的一些限制条件。最终电路原理图：在此阶段必须考虑元器件定义的问题 ，其中包括元器件的性能规范和对于不同组装工艺的封 装兼容性。2.2.1 混合电路设计元素（设计顺序见表2.2）工艺过程定义：在这个设计阶段，确定使用厚膜工艺 还是薄膜工艺制造电路中的无源元件。设计评审：在这个阶段应当选定外贴元器件，确定厚

3、 膜或薄膜工艺过程，对所选择的工艺的可生产性进行 评估。基片布图：此阶段需将模块的尺寸、引出脚、性能和 可测试性要求与已建立的设计规则的要求统一起来制作电路原型生产工艺总结PCB抗干扰设计的布线技巧一、元器件布线1尽可能缩短高频元器件之间的连线，设 法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰 。输入和输出元件应远离。输入输出端用的 导线应尽量避免相邻平行，最好加上线间地 线，以免发生反馈耦合。2某些元器件或导线之间可能有较高的电 位差，应加大它们之间的距离，以免放电引 起意外短路。二、一般导线及焊盘布线1.印刷板导线的最小宽度主要由导线与绝缘基 板的粘附强度和流过它们的电流值决定。 2印刷导线拐弯

4、处一般取圆弧，而直角或夹 角在高频电路中会影响电气性能。 3.尽量避免使用大面积铜箔，否则，长时间受 热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。 4.焊盘中心也要比器件引线直径稍大一些。焊 盘太大易形成虚焊。三、电源线及地线设计1.根据印刷线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽 度，减少环路电阻，同时，使电源线、地线的走 向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪 声能力。 2. 在小信号电路与大电流电路做在一起的电路中， 必须将GND明显地区分开来。布线方法为将小信 号GND与大电流的GND进行分离，通常使用两根 引线的GND。使大电流不在布线电阻上流动，从 而不产生干扰，如像功率放大级和负载那样，将 大

5、电流流动的部分由电源直接进行布线。还有， 将小信号部分进行汇总，也直接由电源进行布线 。如果这样做，小信号线与大电流线完全分离， 再将汇总的小信号GND与功率放大级的GND相连 接。 3.数字地与模拟地分开。厚膜电路设计要点1、切实掌握设计依据电电路的设计设计 依据是供需双方签订签订 的合同或电电子系统对电统对电 路提出的最基本的设计设计 要求；有参数指标标、质质量等级级、考核标标准和其它的附加条件。可参照下列条件： 电性能指标； 系统研制提供的电源种类及数量； 输入信号的波形、频率、电平； 应输出信号的波形、频率、功率及参数要求； 输出负载形式； 所允许的最大功耗； 产品工作环境条件 可靠性

6、、先进性及经济性。 产品结构、外形尺寸和重量 产品封装形式及气密性要求。2、严格遵守设计原则在设计过程必须遵守下列原则和指导思想： 设计的先进性和继承性 通用化、系列化、标准化 方案优选、参数优选 材料、元器件标准选用 工艺的可行性、可生产性 可靠性 性能价格比3、全程遵循设计程序3.1 线路设计：方案论证论证 、电电路设计设计 、热设计热设计 、可靠性设计、电电路设设 计计的正确性验证验证 、电电路设计评审设计评审 、出电电原理图图等。 3.2 封装结结构设计设计 ：按照环环境、尺寸、重量、功耗、气密性及引出端 数目选择选择 合适的封装形式和外壳结结构。尽量选选用标标准外壳。必须须重 新设计

7、时选设计时选 用的材料、镀层镀层 、引出端及封装边缘边缘 距离必须满须满 足附录录 规规定。 3.3 组组装工艺设计艺设计 ：根据对产对产 品的力学环环境、热热学环环境及电电性能要求 选择选择 芯片装贴贴、无源器件装贴贴、基片装贴贴、互连连工艺艺和封装工艺艺确 定产产品工艺艺基线线 。3.4、版图图平面设计设计 ：版图图平面设计设计 的主要依据是最终线终线 路图图，已选选定 的封装结结构，组组装工艺艺及工艺艺基线线提供的工艺艺参数。3.5、工艺设计评审艺设计评审 3.6、制版3.7、绘绘制印刷、激光调调阻和元器件组组装、互连图连图 及基片尺寸图图。 2.2.2 薄厚膜无源元件设计一、厚膜电阻

8、1)直线状厚膜电阻 直线状电阻器的长度和宽度之比称为方数，用N表示 。(6)P0:电阻器的额定功率密度，简称功率密度，它表示 单位面积的电阻体上能够承受的功率，其大小主 要与电阻器的基片材料和电阻材料有关。(如Ta膜 电阻材料和氧化铝陶瓷基片为30 )因此，电阻器的面积(lw)(7)解式(6),(7)构成的方程组，可以得到满足阻值和额定功 率要求的直线状电阻器的宽度w和长度l(8)当N1时，一般不用上式，而改用：(9 )长宽比：由于印刷工艺上的限制和厚膜电阻浆料的 流变性，厚膜电阻器的长宽比最小不得低于1/10， 最大不得高于10，最好在1/3到3之间。接触电阻：厚膜电阻膜与端头导体在接触处存

9、在着 接触电阻，它是电阻膜与端头导体膜之间因电流收 缩效应形成的接触电阻与二者之间因相互扩散或固 相化学反应所产生的新物质的电阻之和。图2.2-1接触 电阻测量 方法图2.2-2采用pd-Ag系导体浆料图2.2-3采用Au导体浆料同一系列的电阻器，方阻越高， 接 触电阻就越大。如果缩短电阻体 的 长度，接触电阻在全部阻值中占 的 比例就会变大。接触电阻的影响 越 显著，实际阻值与标称阻值的差 别 就越大，而且电性能变得越坏。关于接触电阻的几点结论： a.同一系列的电阻器，方阻越高，接触电阻越大。 b.电阻体长度越短，接触电阻在全部阻值中占的比例越大。 c.接触电阻的影响越显著，实际阻值与设计计

10、算的标称阻值之间 的差别就越大，且电性能变得越坏。 d.电阻膜与端头导体之间存在的这种接触电阻，会对电路性能发 生影响，在设计时必须注意：两个电阻器有一个共用端头 导体的情况下，两个电阻器的电阻膜不应连成一体，而应 在共用端头上分开。电阻的探针测量技术 a. 两探针法两探针是传统的最简单的测量电阻的方法。它仅包 含 两根探针放在待测电阻上进行测量。此方法会引入由探针电阻、探针接触电阻和端头导体 电 阻组成的误差，可高达0.2 ，对1000 的电阻，误 差百分比为0.02%；对于10 的电阻，误差百分比高 达 2%，故对低阻或要求高精度的场合，不使用两探针法 。b. 四探针法两支探针用来将电流注

11、入到测量环路中，另两支探 针放在接近电阻端头处并联数字电压表。优点：作为误差项的探针电阻和探针接触电阻消失了 ， 因为数字电压表是高阻抗仪表，不干扰电流在回路中 的 流动，引入的误差仅是端头电阻。 缺点：使用两倍数量的探针，设计时，须为这些额外 探 针留有足够的空间。2.2.3 无源元件的调整电阻微调方法(薄、厚膜都适用) A. 激光调阻 最广泛使用的激光系统：基于一种掺钕的钇铝石榴 石(YGA)晶体. 特点：较短的红外波长(1.06微米)，切口较小、较窄 ，对周围电阻材料及底面介质此材料产生最小的 损伤。因为YGA激光束是不可见的，多数微调系统 采用氦氖激光与YGA结合，发射可见的红色光束

12、，方便定位。工作原理：激光束通过一系列的透镜和反射镜整 形聚焦，最终撞击电阻材料，于是，材料吸收 能量被加热，多数材料被气化，一些被熔化后 再凝固，其余的作为颗粒被弹出。注意：控制激光束的功率，切口必须清洁、边缘整齐为了产生稳定的电阻值，需使用高峰值功率的短脉冲。高峰值功 率 能使材料迅速挥发，而将边界区域的热流量减至最小；短脉冲能 使 刀口细腻。吃进尺寸：受每个激光脉冲攻击的材料的量 刀口宽度：切割的外宽激光调整系统分类第一类：双电阻探针系统。激光束位置固定 ，基片可在X轴和Y轴两个方向上运动。第二类：基片固定，激光束在固定的基片上 扫过，且具有多探针。混合微电路激光微调系统如下图所示，微调

13、过程是全 自 动化的，激光束和X-Y工作台由微机控制，系统还装有 TV摄像机以监视微调过程。标准激光微调系统工作流程：探针探测电阻器 数字电压表测量电阻器的阻值 激光被定位在调整的开始点。这点被编程到计算机中 发激光脉冲 电压表再次取读数 计算机将该读数与所要求的读数比较，若在公差范围内则关闭 激光器，否则再发出激光脉冲 重复上一过程，直到电阻器的阻值处于程序中规定的公差内激光调整大量生产的有效性受到以下几个因 素影响：待调材料的种类（厚/薄膜）电路的几何形状，包括电路元件的数量、尺 寸和布图激光的类型和工作模式调整速度激光调整的噪声越大就意味着稳定性越差。激光的类型受激准分子激光器（氟化氪和

14、氟化氩）气体激光器，射出的脉冲位于UV频段一次钻多个孔二氧化碳激光器缺点：孔的尺寸受限，钻不透铜,一次钻一个 孔YGA激光器-工作在红外频段。虽能钻透铜，但很难钻出直径小于10um的 孔，一次钻一个孔 P227 表9.3B. 喷砂调阻工艺原理：在喷砂调阻中，细粒的砂 在高压下以高速通过小的喷嘴，喷到 待调的无源电路元件中，砂子摩擦并 移去不需要的电阻材料，使电路元件 的尺寸发生改变，从而使量值发生相 应的改变，直到达到所需要的阻值。 优点：材料中没有应力或机械微裂产生 。 主要缺点：产生电阻碎屑会成为混合电 路里潜在的玷污源。 注意：从电路元件上去除的材料的数量 由气体压力喷嘴结构、材料的硬度

15、和 厚度来决定。不被广泛使用原因： 工作过程会产生尘雾，污染环境； 由于颗粒的运动，会产生静电放电； 很难在净化车间内进行操作（ 100级到10级 ） 会在电阻上留下暴露的边缘，易受环境影响 由于受到喷嘴最小孔径的限制，调整切口宽 度很难小于0.0020.003in。 调整速度低于激光调整。喷砂微调可用下述两种方法之一增加阻值：如激光调阻一样，去掉材料形成切口。这样增加电 阻方数，从而增加阻值。减小电阻器的厚度。减薄膜的厚度增加了面电阻率 ，这样也就增加了阻值。激光调阻激光调电阻的原理：为了提高厚膜电路的精度， 必须进行阻值调整。由于厚膜丝网印刷操作固有 的不准确性，基板表面的不均匀及烧结条件

16、的不 重复性，厚膜电阻常出现正负误差，如果阻值超 过标称值将无法修正，但是，一般情况下印刷烧 成后阻值低于目标值的大约30，所以要通过激 光调整达到目标值。 激光调阻系统修调技术机理：激光修调是把一束 聚焦的相干光在微机的控制下定位到工件上，使 工件待调部分的膜层气化切除以达到规定参数或 阻值。调阻时局部温升使玻璃熔化，气化部分阻 值槽边缘受到玻璃覆盖，可填平基体表面被切割 的介质。激光修调系统具有多种修调功能，可以修调 混合集成电路、厚薄膜电阻器网络、电容网 络、瓷基薄膜集成元件，还可以修调D/A和 A/D转换器的精度，V/F转换器的频率，有 源滤波器的零点频率及运算放大器的失调电 压等。同时还具有IEEE488接口，可与其他 测试设备进行数据传输。激光调阻时，被切割的电阻体图形主要有以下几种 ：（1）单刀切割电阻法（2）双刀切割电阻法（3）L型刀口切割电阻法（4）交叉对切电阻法（5）曲线型L刀口的