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1、PCB知识培训一一 PCBPCB的的认识认识PCB的含义：印刷电路板（Printed circuit board )PCB的历史： 1903年出现将金属箔予以切割成线路导体，将之附着于石蜡纸上，形成雏形。1936年，才出现真正意义上的PCB。 PCB的用途：是电子产品中电路元件和器件的支撑件，它提供电子元件之间的电气连接，以组成一个具特定功能的模块或成品，是各种电子设备最基本也是最核心的组成部分。PCB在整个电子产品中扮演了整合所有功能的角色。PCB的分类： 从结构上分：单面板 双面板 多层板 从成品软硬程度分：硬板 软板（FPC） 从产品的功能分：通信 消费性电子 军用 计算机 等二二 PC
2、BPCB的设计的设计EDA（Electronic Design Automation）：电子设计自动化 ，EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真等工作。在电子电路设计范畴内，EDA指的就是PCB的相关设计。常见EDA软件：Pads Cadence Mentor Zuken Protel OrCAD等PCB设计中常用名词： 1、元件（Part）：PCB上的元件指的是便于电子器件的管脚焊接的PAD以及元件外形在PCB上的投影。见下图：2、网络（Net）：根据硬件原理图，得出的每个元
3、件之间的连接关系，每个网络都有一个特定的名字，如：GND 、VBAT等。3、布局（Placement）：在有限的PCB空间里，将PCB上所有的元件按照一定的电气关系和属性进行编排、规划，以合理的利用空间，更好的实现功能。见下图： 布局前的PCB 布局后的PCB4、板层（Layer）：PCB设计中需要有层这个概念，它牵涉到PCB 的走线方式和以后的制板，是设计的基础。5、预拉线（Connection）：也叫未拉线、飞线，用最直接的方式体现两个PAD之间的连接关系，下图中绿色的连线即为预拉线：6、走线（Routing）：PCB上在一定规范的约束下，根据连接关系得出的PAD到PAD之间的连接路径，这
4、个规范包括：安全间距、特定线宽以及信号特征等，实际上走线是一些不交叉的蚀刻铜箔。见下图：7、过孔（Via）：当需要将一个走线路径从某一层转换到其它层的时候，就需要用过孔来实现，过孔包括：通孔、盲孔、埋孔、微孔等类型。如下图：8、Gerber File：PCB设计完成后，需要EDA软件将设计文件以光绘图语言的方式输出，再发送到板厂，进行PCB板的制作，这种光绘文件便是Gerber File,目前Gerber常见的有RS274D、RS274X两种。此外其它的Artwork格式还有ODB、GenCAM等。9、Solder Mask层：防焊绿油层，覆在PCB表面，在PCB贴片时阻止PAD上焊锡的偏移和
5、侧漏，一般为绿色，另外还有蓝色、红色、黄色、黑色等。10、Paste Mask层：也叫钢网层，在PCB贴片时，需要将一张钢网覆在PCB表面，并在需要上锡的PAD上开窗，然后整体刷锡。这张钢网便要依据Paste Mask层来制作。11、Silkscreen层：也叫丝印层、白漆层，一般是为了直观显示上元件位置和外形，在PCB表面印上的白色的线框，也有一些注释说明的文字印在该层。PCB设计流程：新元件的选择和库的制作产品定义原理图设计同步到PCBECO Report布局结构2D文件和EMN文件的导入原理图和布局评审布线BB、RF 设计要点 Design Rule设定PCB整体评审输出GerberGe
6、rber参数设定Cam350 Check一些技术问题1、PCB的板材和板层叠构 A、P片和基材： P（ Prepreg）片是一种玻璃纤维或其它纤维含浸树脂经烘烤而成的半固化片，主要成分是环氧树脂、玻璃纤维布、丙酮等。基材也叫覆铜板，是将P片一面或两面覆以铜箔，经热压而成的一种板状材料， 它是做PCB的基本材料，在多层板中也叫芯板（Core）。常用的基材叫FR4，它是一种耐燃性积层板材。B、RCC：在铜箔的粗糙面上涂一层特殊的树脂经烘箱干燥后形成的材料。 RCC是HDI最主要的绝缘介质材料, FR-4基板由于内含玻璃纤维布,在钻孔时容易使微孔（激光孔）成型性不佳,RCC不使用玻纤布,加上具有较低
7、的介电常数，具有表面平坦性佳，信赖度强等特点。C、HDI(High Density Interconnection )：高密互连技术，指孔径0.15mm(6mil)以下,及孔环0.25mm(10mil)以下的非机械钻孔之微导孔,接点密度为130/in上,布线密度117/in以上,线宽/线距仅为3mil/3mil的基板导通连接技术。D、板层叠构：PCB有单层、双层、多层之分，随着电子科技的发 展，多层板的使用越来越广泛，下面就以多层板中最为复杂的 HDI板为例进行说明： 2、关于PCB走线（1）铜箔的载流量不同厚度不同宽度的铜箔的载流量见下表:铜皮厚度70um 铜皮厚度50um 铜皮厚度35um
8、 （铜皮t=10 ）电流A 宽度mm 电流A 宽度mm 电流A 宽度mm3.20 1.00 2.60 1.00 2.30 1.002.80 0.80 2.40 0.80 2.00 0.802.30 0.60 1.90 0.60 1.60 0.602.00 0.50 1.70 0.50 1.35 0.501.70 0.40 1.35 0.40 1.10 0.401.30 0.30 1.10 0.30 0.80 0.300.90 0.20 0.70 0.20 0.55 0.200.70 0.15 0.50 0.15 0.20 0.15注1：通过大电流时铜箔宽度的载流量应参考表中的数值降额50%去考
9、虑。在实际应用时，为安全起见，我们一般可这样设定：PCB板的铜箔厚度为1oz，线条宽度为1mm时，那末线条的横切面的面积为0.035平方毫米，通常取电流密度30A/平方毫米，所以，每毫米线宽可以流过1A电流。注2：一般生产铜箔业者为计算成本, 方便订价多以每平方尺的重量做为厚度的计算单位 如1.0 Ounce (oz)的定义是一平方尺面积单面覆盖铜箔重量1 oz (28.35g)的铜层厚度.经单位换算 35 微米 (micron)或1.35 mil. 一般厚度为1oz及1/2oz，而超薄铜箔可达 1/4 oz或更低。（2）特性阻抗在高频情况下，印制板（PCB）上传输信号的铜导线可被视为由一连串
10、等效电阻及一并联电感所组合而成的传导线路，如图所示。只考虑杂散分布的串联电感和并联电容的效应，会得到以下电路以及公式（式中Z0即特性阻抗，单位为） ： 阻抗控制线：为了抑制高频信号在布线终端的反射干扰 ，一般需要对该信号做阻抗控制，以达到和终端一致的匹配阻抗。比如手机射频部分的高频微带和带状线，一般需要做50ohm的阻抗控制。（3）微带线和带状线： 形成微带线(microstrip)的基本条件是:介质衬底的背面应该完全被低阻抗金属覆盖并接地，从而使电磁场主要集中在微带线下面的介质中，减少电磁辐射。微带线是一根带状信号线，只有一个参考平面。带状线(stripline)是一条置于两层参考平面之间的
11、铜带线。如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么微带线和带状线的特性阻抗也是可控的。 特性阻抗公式： a.微带线 Z=87/sqrt(Er+1.41)ln5.98H/(0.8W+T) 其中，W为线宽，T为走线的铜皮厚度，H为走线到参考平面的距离，Er是PCB板材质的介电常数(dielectric constant)。此公式必须在0.1(W/H)2.0及1(Er)15的情况才能应用。 b.带状线 Z=60/sqrt(Er)ln4H/0.67(T+0.8W) 其中，H为两参考平面的距离，并且走线位于两参考平面的中间。此公式必须在W/H0.35及T/H0.25的情况才
12、能应用。（4）差分信号线： 差分信号即为一对相位差180度的差模信号 ，噪声对两路传输线的作用是相同的 ，表现为共模信号，所以传输中选择差模方式可以有效的抑制噪声。在手机PCB上有很多信号线都采用差分的方式，如音频线、IQ线等。 差分信号线必须采取平行等长的走线方式。平行的目的是要确保差分阻抗的完整性，平行间距不同的地方就等于是差分阻抗不连续。 等长的目的是想要确保时序的准确与对称性。因为差分信号的时序跟这两个信号相对电压差值有关，如果不等长，会造成相邻两个时间间隔不对称，增加时序控制的难度。 不等长也会增加共模信号的成分，影响信号完整性(signal integrity)。3、关于PCB的信
13、号完整性(1)信号完整性（ signal integrity ）:是指信号在电路中以正确的时序和电压作出响应的能力。如果电路中的信号能够以要求的时序、持续时间和电压幅度到达IC，则该电路具有较好的信号完整性。反之，当信号不能正常响应时，就出现了信号完整性问题。从广义上讲，信号完整性问题主要表现为5个方面：延迟、反射、串扰、同步切换噪声和电磁兼容性。(2)延迟:是指信号在PCB板的导线上以有限的速度传输，信号从发送端发出到达接收端，其间存在一个传输延迟。信号的延迟会对系统的时序产生影响。在高速数字系统中，传输延迟主要取决于导线的长度和导线周围介质的介电常数。(3)反射（reflection）:就
14、是在传输线上产生回波。信号功率（电压和电流）的一部分传输到线上并达到负载处，但是有一部分被反射了。如果负载和线具有相同的阻抗，反射就不会发生了。布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。 （4）串扰（crosstalk）：是指在两个信号之间的相互作用。产生串扰的被称为入侵者，而另一个收到干扰的被称为受害者。通常，一个信号既是入侵者，又是受害者。串扰是两条信号线之间的耦合，信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。
15、（5）电磁兼容（ Ectromagnetioc Interference ）：电子产品能在规定的电磁环境中正常工作，并不对该环境中其他产品产生过量的电磁干扰。PCB设计的好坏对电路的干扰及抗干扰能力影响很大。要使电子电路获得最佳性能，除了元器件的选择和电路设计之外，良好的PCB布局、布线在电磁兼容性中也是一个非常重要的因素。 4、PCB的表面处理方式（1）目前PCB上常用的可焊表面处理：保焊剂(OSP) Organic Solderability Preservatives喷锡(HASL)Hot Air Solder Levelling化银Immersion Silver Ag化锡Immers
16、ion Tin Sn化镍金Electroless Nickel Immersion Gold, ENIG（2）各种表面处理的优缺点：OSP：焊锡特性佳，是各种表面焊锡强度的指标，平整度好，可用于无铅制程，但有绝缘性且不易保存。HASL：焊锡特性佳，也是各种表面焊锡强度的指标，技术成熟，是当前应用最为广泛的表面处理方式，无铅制程的首选，缺点是平整度差，容易造成BGA连焊。化银：平整度佳，非常适合无铅制程，但焊锡强度一般，表面易氧化，不易保存。 化锡：平整度佳，可用无铅制程，但焊锡强度较差，易造成焊接不良，且不易保存。 化镍金：平整度佳，具有良好的电导性，适合无铅制程，但焊锡强度最差，易造成BGA
17、焊接后裂痕。 OSP化金：也叫选择性化金，综合了OSP和化金的优点，具有很好的焊接强度和电导性，目前手机板大多用此方案。 此外还有一种电镀金的表面处理方式（金层厚度是化金的3-10倍)，常用于金手指、高级插头等地方，具有耐磨耐氧化等特性。三三 PCBPCB的制程的制程下面以HDI板的制程为例：层叠压合层叠压合内层处理内层处理钻孔钻孔防焊处理防焊处理铣边铣边外层处理外层处理压膜曝光芯板反应蚀刻脱膜镀铜镀铜表面处理表面处理Core ACore BCore C Prepreg Prepreg RCC foilRCC foil 层叠压合层叠压合内层处理内层处理钻孔钻孔防焊处理防焊处理铣边铣边外层处理外
18、层处理压合压合压合压合表面处理表面处理镀铜镀铜层叠压合层叠压合内层处理内层处理钻孔钻孔防焊处理防焊处理铣边铣边外层处理外层处理Laser DrillingUV and/or CO-Laserhole-dia 0,09 0,13 mmMechanical DrillingHoledia 0,2 - 6,3 mm表面处理表面处理镀铜镀铜层叠压合层叠压合内层处理内层处理钻孔钻孔防焊处理防焊处理铣边铣边外层处理外层处理beforeafter表面处理表面处理镀铜镀铜层叠压合层叠压合内层处理内层处理钻孔钻孔防焊处理防焊处理铣边铣边外层处理外层处理afterbeforePCB 外层曝光压膜蚀刻脱膜反应镀铜镀
19、铜表面处理表面处理层叠压合层叠压合内层处理内层处理钻孔钻孔防焊处理防焊处理铣边铣边外层处理外层处理afterbefore干燥喷涂绿油未做防焊的PCB曝光反应表面处理表面处理镀铜镀铜 Organic Surface Protection chem. Ni/Au Hot Air Leveling galv. Ni/Au chem. Sn chem. Ag层叠压合层叠压合内层处理内层处理钻孔钻孔防焊处理防焊处理铣边铣边外层处理外层处理镀铜防焊处理附加化金保护层化学镀镍金移走保护层OSP处理S Second I Image T Technology表面处理表面处理镀铜镀铜层叠压合层叠压合内层处理内层处理钻孔钻孔防焊处理防焊处理外层处理外层处理铣边铣边Production panel before routing(on this panel are 2 arrays)Production panel after routing(Rest and 2 arrays)镀铜镀铜表面处理表面处理Thank you for your interest！
