PCB多层线路板工厂,FPC柔性板

PCB多层线路板工厂,FPC柔性板

软硬结合板的涨缩问题：
涨缩产生的根源由材料的特性所决定，要解决软硬结合板涨缩的问题，必须先对挠性板的材料聚酰亚胺（Polyimide）做个介绍：

（1）聚酰亚胺具有优良的散热性能，可承受无铅焊接高温处理时的热冲击；

（2）对于需要更强调讯号完整性的小型装置，大部份设备制造商都趋向于使用挠性电路；

（3）聚酰亚胺具有较高的玻璃转移温度与高熔点的特性，一般情况下要在350 ℃以上进行加工；

（4）在有机溶解方面，聚酰亚胺不溶解于一般的有机溶剂。
挠性板材料的涨缩主要跟基体材料PI和胶有关系，也就是与PI的亚胺化有很大关系，亚胺化程度越高，涨缩的可控性就越强。

按照正常的生产规律，挠性板在开料后，在图形线路形成，以及软硬结合压合的过程中均会产生不同程度的涨缩，在图形线路蚀刻后，线路的密集程度与走向，会导致整个板面应力重新取向，最终导致板面出现一般规律性的涨缩变化；在软硬结合压合的过程中，由于表面覆盖膜与基体材料PI的涨缩系数不一致，也会在一定范围内产生一定程度的涨缩。

从本质原因上说，任何材料的涨缩都是受温度的影响所导致的，在PCB冗长的制作过程中，材料经过诸多 热湿制程后，涨缩值都会有不同程度的细微变化，但就长期的实际生产经验来看，变化还是有规律的。


如何控制与改善？


从严格意义上说，每一卷材料的内应力都是不同的，每一批生产板的过程控制也不会是完全相同的，因此，材料涨缩系数的把握是建立在大量的实验基础之上的，过程管控与数据统计分析就显得尤为重要了。具体到实际操作中，挠性板的涨缩是分阶段的：

首先是从开料到烘烤板，此阶段涨缩主要是受温度影响所引起的：

要保证烘烤板所引起的涨缩稳定，首先要过程控制的一致性，在材料统一的前提下，每次烘烤板升温与降 温的操作必须一致化，不可因为一味的追求效率，而将烤完的板放在空气中进行散热。只有这样，才能最大程度的消除材料的内部应力引起的涨缩。

第二个阶段发生在图形转移的过程中，此阶段的涨缩主要是受材料内部应力取向改变所引起的。

要保证线路转移过程的涨缩稳定，所有烘烤好的板就不能进行磨板操作，直接通过化学清洗线进行表面前处理，压膜后表面须平整，曝光前后板面静置时间须充分，在完成线路转移以后，由于应力取向的改变，挠性板都会呈现出不同程度的卷曲与收缩，因此线路菲林补偿的控制关系到软硬结合精度的控制，同时，挠性板的涨缩值范围的确定，是生产其配套刚性板的数据依据。

第三个阶段的涨缩发生在软硬板压合的过程中，此阶段的涨缩主要压合参数和材料特性所决定。

此阶段的涨缩影响因素包含压合的升温速率，压力参数设置以及芯板的残铜率和厚度几个方面。总的来说，残铜率越小，涨缩值越大；芯板越薄，涨缩值越大。但是，从大到小，是一个逐渐变化的过程，因此，菲林补偿就显得尤为重要。另外，由于挠性板和刚性板材料本质的不同，其补偿是需要额外考虑的一个因素。

高速PCB设计指南之一
第一篇 PCB布线

在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。
自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定，包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。并试着重新再布线，以改进总体效果。
对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了，它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用，还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，才能得到其中的真谛。
1 电源、地线的处理
既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。
对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因，现只对降低式抑制噪音作以表述：
（1）、众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。
（2）、尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5mm
对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)
（3）、用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。


2 数字电路与模拟电路的共地处理
现在有许多PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。
数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整人PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）。数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。
3 信号线布在电（地）层上
在多层印制板布线时，由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加了，为解决这个矛盾，可以考虑在电（地）层上进行布线。首先应考虑用电源层，其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。


4 大面积导体中连接腿的处理
在大面积的接地（电）中，常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进行综合的考虑，就电气性能而言，元件腿的焊盘与铜面满接为好，但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如：①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘，称之为热隔离（heat shield）俗称热焊盘（Thermal），这样，可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电（地）层腿的处理相同。

5 布线中网络系统的作用
在许多CAD系统中，布线是依据网络系统决定的。网格过密，通路虽然有所增加，但步进太小，图场的数据量过大，这必然对设备的存贮空间有更高的要求，同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的，如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定位孔所占用的等。网格过疏，通路太少对布通率的影响极大。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。
标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54mm)或小于0.1英寸的整倍数，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

6 设计规则检查（DRC）
布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查有如下几个方面：

（1）、线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。
（2）、电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合（低的波阻抗）？在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。
（3）、对于关键的信号线是否采取了最佳措施，如长度最短，加保护线，输入线及输出线被明显地分开。
（4）、模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。
（5）后加在PCB中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。
（6）对一些不理想的线形进行修改。
（7）、在PCB上是否加有工艺线？阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。
（8）、多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。

什么是HDI线路板？
一.什么是HDI板？
HDI板（High Density Interconnector），即高密度互连板，是使用微盲埋孔技术的一种线路分布密度比较高的电路板。HDI板有内层线路和外层线路，再利用钻孔、孔内金属化等工艺，使各层线路内部实现连结。
二.HDI板与普通pcb的区别
HDI板一般采用积层法制造，积层的次数越多，板件的技术档次越高。普通的HDI板基本上是1次积层，高阶HDI采用2次或以上的积层技术，同时采用叠孔、电镀填孔、激光直接打孔等先进PCB技术。当PCB的密度增加超过八层板后，以HDI来制造，其成本将较传统复杂的压合制程来得低。
HDI板的电性能和讯号正确性比传统PCB更高。此外，HDI板对于射频干扰、电磁波干扰、静电释放、热传导等具有更佳的改善。高密度集成（HDI）技术可以使终端产品设计更加小型化，同时满足电子性能和效率的更高标准。
HDI板使用盲孔电镀 再进行二次压合，分一阶、二阶、三阶、四阶、五阶等。一阶的比较简单，流程和工艺都好控制。二阶的主要问题，一是对位问题，二是打孔和镀铜问题。二阶的设计有多种，一种是各阶错开位置，需要连接次邻层时通过导线在中间层连通，做法相当于2个一阶HDI。第二种是，两个一阶的孔重叠，通过叠加方式实现二阶，加工也类似两个一阶，但有很多工艺要点要特别控制，也就是上面所提的。第三种是直接从外层打孔至第3层（或N-2层），工艺与前面有很多不同，打孔的难度也更大。对于三阶的以二阶类推即是。

三.HDI板的优势
这种PCB在突显优势的基础上发展迅速：
1.HDI技术有助于降低PCB成本;
2.HDI技术增加了线密度;
3.HDI技术有利于使用先进的包装;
4.HDI技术具有更好的电气性能和信号有效性;
5.HDI技术具有更好的可靠性;
6.HDI技术在散热方面更好;
7.HDI技术能够改善RFI（射频干扰）/EMI（电磁干扰）/ESD（静电放电）;
8.HDI技术提高了设计效率;
四.HDI板的材料
对HDI PCB材料提出了一些新的要求，包括更好的尺寸稳定性，抗静电移动性和非胶粘剂。HDI PCB的典型材料是RCC（树脂涂层铜）。RCC有三种类型，即聚酰亚胺金属化薄膜，纯聚酰亚胺薄膜，流延聚酰亚胺薄膜。
RCC的优点包括：厚度小，重量轻，柔韧性和易燃性，兼容性特性阻抗和优异的尺寸稳定性。在HDI多层PCB的过程中，取代传统的粘接片和铜箔作为绝缘介质和导电层的作用，可以通过传统的抑制技术用芯片抑制RCC。然后使用非机械钻孔方法如激光，以便形成微通孔互连。
RCC推动PCB产品从SMT（表面贴装技术）到CSP的发生和发展（芯片级封装），从机械钻孔到激光钻孔，促进PCB微通孔的发展和进步，所有这些都成为RCC领先的HDI PCB材料。
在实际的PCB中在制造过程中，对于RCC的选择，通常有FR-4标准Tg 140C，FR-4高Tg 170C和FR-4和Rogers组合层压，现在大多使用。随着HDI技术的发展，HDI PCB材料必须满足更多要求，因此HDI PCB材料的主要趋势应该是：
1.使用无粘合剂的柔性材料的开发和应用;
2.介电层厚度小，偏差小;
3 .LPIC的发展;
4.介电常数越来越小;
5.介电损耗越来越小;
6.焊接稳定性高;
7.严格兼容CTE（热膨胀系数）;
五.HDI板制造的应用技术
HDI PCB制造的难点在于微观通过制造，通过金属化和细线。
1.微通孔制造
微通孔制造一直是HDI PCB制造的核心问题。主要有两种钻井方法：
a.对于普通的通孔钻孔，机械钻孔始终是其高效率和低成本的最佳选择。随着机械加工能力的发展，其在微通孔中的应用也在不断发展。
b.有两种类型的激光钻孔：光热消融和光化学消融。前者是指在高能量吸收激光之后加热操作材料以使其熔化并且通过形成的通孔蒸发掉的过程。后者指的是紫外区高能光子和激光长度超过400nm的结果。
有三种类型的激光系统应用于柔性和刚性板，即准分子激光，紫外激光钻孔，CO 2 激光。激光技术不仅适用于钻孔，也适用于切割和成型。甚至一些制造商也通过激光制造HDI。虽然激光钻孔设备成本高，但它们具有更高的精度，稳定的工艺和成熟的技术。激光技术的优势使其成为盲/埋通孔制造中最常用的方法。如今，在HDI微通孔中，99％是通过激光钻孔获得的。
2.通过金属化
通孔金属化的最大困难是电镀难以达到均匀。对于微通孔的深孔电镀技术，除了使用具有高分散能力的电镀液外，还应及时升级电镀装置上的镀液，这可以通过强力机械搅拌或振动，超声波搅拌，水平喷涂。此外，在电镀前必须增加通孔壁的湿度。
除了工艺的改进外，HDI的通孔金属化方法也看到了主要技术的改进：化学镀添加剂技术，直接电镀技术等。
3.细线
细线的实现包括传统的图像传输和激光直接成像。传统的图像转移与普通化学蚀刻形成线条的过程相同。
对于激光直接成像，不需要摄影胶片，而图像是通过激光直接在光敏膜上形成的。紫外波灯用于操作，使液体防腐解决方案能够满足高分辨率和简单操作的要求。不需要摄影胶片，以避免因薄膜缺陷造成的不良影响，可以直接连接CAD/CAM，缩短制造周期，使其适用于限量和多种生产。

如何评估汽车HDI PCB制造商

电子行业的蓬勃发展推动了众多行业的快速发展。近年来，电子产品在汽车工业中的应用日益广泛。传统的汽车工业在机械，动力，液压和传动方面进行了更多的努力。但是，现代汽车工业更多地依赖电子应用，而这些电子应用在汽车中发挥着越来越重要和潜在的作用。自动电气化全部用于处理，感测，信息传输和记录，而没有印制电路板（PCB）则无法实现。由于汽车现代化和数字化的要求，以及人类对汽车安全性，舒适性，简单操作和数字化的要求，PCB已广泛应用于汽车行业，高密度互连（HDI）PCB，可能带有跨层盲孔或双层结构。
为了实现汽车HDI PCB的高可靠性和安全性，HDI PCB制造商必须遵循严格的策略和措施，这是本文重点关注的重点。
汽车PCB类型
在汽车电路板中，可以使用传统的单层PCB，双层PCB和多层PCB，而近年来HDI PCB的广泛应用已成为汽车电子产品的首选。普通HDI PCB与汽车HDI PCB之间确实存在本质区别：前者强调实用性和多功能性，为消费电子产品提供服务，而后者则致力于可靠性，安全性和高质量。
有必要说明一下，因为汽车涵盖了汽车，卡车或卡车等各种各样的汽车，要求对不同的性能期望和功能有不同的要求，所以本文将要讨论的法规和措施只是一些通用规则，不包括那些规则。特别案例。
汽车HDI PCB的分类和应用
HDI PCB可以分为单层HDI PCB，双层积层PCB和三层积层PCB.在此，层是指预浸料的层。
汽车电子产品通常在两类应用：
a.在与车辆的机械系统（例如发动机，底盘和车辆数字控制）配合使用之前，汽车电子控制设备将无法有效运行，特别是电子燃油喷射系统，防抱死制动系统（ABS），防滑控制（ASC） ，牵引力控制，电子控制悬架（ECS），电子自动变速器（EAT）和电子助力转向（EPS）。

b.可以在汽车环境中独立使用且与汽车性能无关的车载汽车设备包括汽车信息系统或车辆计算机，GPS系统，汽车视频系统，车载通信系统和Internet设备功能，这些功能由HDI PCB支持的设备实现，这些设备负责信号传输和大量控制。

对汽车HDI PCB制造商的要求
由于高可靠性和汽车HDI印制电路板的安全性，汽车HDI PCB制造商必须符合高层次要求：
a.汽车HDI PCB制造商必须坚持在判断或支持PCB制造商的管理水平中起关键作用的集成管理系统和质量管理体系。某些系统在被第三方身份验证之前无法归PCB制造商所有。例如，汽车PCB制造商必须通过ISO9001和ISO / IATF16949认证。

b.HDI PCB制造商必须具备扎实的技术和较高的HDI制造能力。具体而言，专门从事汽车电路板制造的制造商必须制造线宽/间距至少为75μm/75μm且具有两层结构的电路板。公认的是，HDI PCB制造商必须具有至少1.33的工艺能力指数（CPK）和至少1.67的设备制造能力（CMK）。除非获得客户的认可和确认，否则不得在以后的制造中进行任何修改。

c.汽车HDI PCB制造商在选择PCB原材料时必须遵循最严格的规则，因为它们在确定最终PCB的可靠性和性能中起着关键作用。
汽车HDI PCB的材料要求
•核心板和半固化片。它们是制造汽车HDI PCB的最基本，最关键的元素。当涉及HDI PCB的原材料时，核心板和预浸料是主要考虑因素。通常，HDI核心板和介电层都相对较薄。因此，一层预浸料足以在消费类HDI板上使用。但是，汽车HDI PCB必须依赖于至少两层预浸料的层压，因为如果发生空腔或粘合剂不足，则单层的预浸料可能会导致绝缘电阻降低。之后，最终结果可能是整个板子或产品的故障。
•阻焊膜。作为直接覆盖在表面电路板上的保护层，阻焊层也起着与核心板和预浸料相同的重要作用。除保护外部电路外，阻焊层在产品的外观，质量和可靠性方面也起着至关重要的作用。因此，汽车电路板上的阻焊层必须符合最严格的要求。阻焊膜必须通过多项有关可靠性的测试，包括储热测试和剥离强度测试。
汽车HDI PCB材料的可靠性测试
合格的HDI PCB制造商绝不会认为材料选择是理所当然的。相反，他们必须对电路板的可靠性进行一些测试。有关汽车HDI PCB材料可靠性的主要测试包括CAF（导电阳极丝）测试，高温和低温热冲击测试，天气温度循环测试和储热测试。
•CAF测试。它用于测量两个导体之间的绝缘电阻。该测试涵盖许多测试值，例如层之间的最小绝缘电阻，通孔之间的最小绝缘电阻，埋孔之间的最小绝缘电阻，盲孔之间的最小绝缘电阻以及并联电路之间的最小绝缘电阻。
•高温和低温热冲击测试。此测试旨在测试必须小于一定百分比的电阻变化率。具体而言，该测试中提到的参数包括通孔之间的电阻变化率，埋孔之间的电阻变化率和盲孔之间的电阻变化率。
•气候温度循环测试。被测板需要在回流焊接之前进行预处理。在-40℃±3℃至140℃±2℃的温度范围内，电路板必须在最低温度和最高温度下保持15分钟。结果，合格的电路板不会发生层压，白点或爆炸。

•高温存储测试。该测试主要针对阻焊层的可靠性，特别是其剥离强度。就阻焊层的判断而言，该测试被认为是最严格的。

根据以上介绍的测试要求，如果基材或原材料不能满足客户要求，则可能会发生潜在的风险。因此，是否对材料进行测试可能是确定合格的HDI PCB制造商的关键因素。
可以使用许多策略和措施来判断汽车HDI PCB制造商，包括材料供应商认证，过程中的技术条件以及参数确定和附件的应用等。为寻找可靠的HDI PCB制造商，它们可能是重要的组成部分。确定和判断其可靠性作为参考。

超实用的高频PCB电路设计70问答之一
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 的频率时的介质损耗(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(并排, 并肩) 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。这样信号质量会好些。



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重要参数。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

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。



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。



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 迭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。



11、在高速 PCB 设计中，信号层的空白区域可以敷铜，而多个信号层的敷铜在接地和接电源上应如何分配？

一般在空白区域的敷铜绝大部分情况是接地。 只是在高速信号线旁敷铜时要注意敷铜与信号线的距离， 因为所敷的铜会降低一点走线的特性阻抗。也要注意不要影响到它层的特性阻抗， 例如在 dual strip line 的结构时。

12、是否可以把电源平面上面的信号线使用微带线模型计算特性阻抗？电源和地平面之间的信号是否可以使用带状线模型计算？

是的， 在计算特性阻抗时电源平面跟地平面都必须视为参考平面。 例如四层板: 顶层-电源层-地层-底层，这时顶层走线特性阻抗的模型是以电源平面为参考平面的微带线模型。



13、在高密度印制板上通过软件自动产生测试点一般情况下能满足大批量生产的测试要求吗？

一般软件自动产生测试点是否满足测试需求必须看对加测试点的规范是否符合测试机具的要求。另外，如果走线太密且加测试点的规范比较严，则有可能没办法自动对每段线都加上测试点，当然，需要手动补齐所要测试的地方。



14、添加测试点会不会影响高速信号的质量？

至于会不会影响信号质量就要看加测试点的方式和信号到底多快而定。基本上外加的测试点(不用在线既有的穿孔(via or DIP pin)当测试点)可能加在在线或是从在线拉一小段线出来。前者相当于是加上一个很小的电容在在线，后者则是多了一段分支。这两个情况都会对高速信号多多少少会有点影响，影响的程度就跟信号的频率速度和信号缘变化率(edge rate)有关。影响大小可透过仿真得知。原则上测试点越小越好(当然还要满足测试机具的要求)分支越短越好。



15、若干 PCB 组成系统，各板之间的地线应如何连接？

各个 PCB 板子相互连接之间的信号或电源在动作时，例如 A 板子有电源或信号送到 B 板子，一定会有等量的电流从地层流回到 A 板子 (此为 Kirchoff current law)。这地层上的电流会找阻抗最小的地方流回去。所以，在各个不管是电源或信号相互连接的接口处，分配给地层的管脚数不能太少，以降低阻抗，这样可以降低地层上的噪声。另外，也可以分析整个电流环路，尤其是电流较大的部分，调整地层或地线的接法，来控制电流的走法(例如，在某处制造低阻抗，让大部分的电流从这个地方走)，降低对其它较敏感信号的影响。



16、能介绍一些国外关于高速 PCB 设计的技术书籍和数据吗？

现在高速数字电路的应用有通信网路和计算器等相关领域。在通信网路方面，PCB 板的工作频率已达 GHz 上下，叠层数就我所知有到 40 层之多。计算器相关应用也因为芯片的进步，无论是一般的 PC 或服务器(Server)，板子上的最高工作频率也已经达到 400MHz (如 Rambus) 以上。因应这高速高密度走线需求，盲埋孔(blind/buried vias)、mircrovias 及 build-up 制程工艺的需求也渐渐越来越多。 这些设计需求都有厂商可大量生产。



17、两个常被参考的特性阻抗公式：

微带线(microstrip) Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(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。



带状线(stripline) Z=[60/sqrt(Er)]ln{4H/[0.67π(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/H<0.35 及 T/H<0.25 的情况才能应用。



18、差分信号线中间可否加地线？

差分信号中间一般是不能加地线。因为差分信号的应用原理最重要的一点便是利用差分信号间相互耦合(coupling)所带来的好处，如 flux cancellation，抗噪声(noise immunity)能力等。若在中间加地线，便会破坏耦合效应。



19、刚柔板设计是否需要专用设计软件与规范？国内何处可以承接该类电路板加工？

可以用一般设计 PCB 的软件来设计柔性电路板(Flexible Printed Circuit)。一样用 Gerber 格式给 FPC厂商生产。由于制造的工艺和一般 PCB 不同，各个厂商会依据他们的制造能力会对最小线宽、最小线距、最小孔径(via)有其**。除此之外，可在柔性电路板的转折处铺些铜皮加以补强。至于生产的厂商可上网“FPC”当关键词查询应该可以找到。



20、适当选择 PCB 与外壳接地的点的原则是什么？

选择 PCB 与外壳接地点选择的原则是利用 chassis ground 提供低阻抗的路径给回流电流(returning current)及控制此回流电流的路径。例如，通常在高频器件或时钟产生器附近可以借固定用的螺丝将 PCB的地层与 chassis ground 做连接，以尽量缩小整个电流回路面积，也就减少电磁辐射。

超实用的高频PCB电路设计70问答 之二
21.在电路板尺寸固定的情况下，如果设计中需要容纳更多的功能，就往往需要提高 PCB 的走线密度，但是这样有可能导致走线的相互干扰增强，同时走线过细也使阻抗无法降低，请专家介绍在高速（>100MHz）高密度 PCB 设计中的技巧?

在设计高速高密度 PCB 时，串扰(crosstalk interference)确实是要特别注意的，因为它对时序(timing)与信号完整性(signal integrity)有很大的影响。以下提供几个注意的地方：

控制走线特性阻抗的连续与匹配。

走线间距的大小。一般常看到的间距为两倍线宽。可以透过仿真来知道走线间距对时序及信号完整性的影响，找出可容忍的最小间距。不同芯片信号的结果可能不同。

选择适当的端接方式。

避免上下相邻两层的走线方向相同，甚至有走线正好上下重叠在一起，因为这种串扰比同层相邻走线的情形还大。



利用盲埋孔(blind/buried via)来增加走线面积。但是 PCB 板的制作成本会增加。在实际执行时确实很难达到完全平行与等长，不过还是要尽量做到。

除此以外，可以预留差分端接和共模端接，以缓和对时序与信号完整性的影响。

22.电路板 DEBUG 应从那几个方面着手？

就数字电路而言，首先先依序确定三件事情： 1. 确认所有电源值的大小均达到设计所需。有些多重电源的系统可能会要求某些电源之间起来的顺序与快慢有某种规范。 2. 确认所有时钟信号频率都工作正常且信号边缘上没有非单调(non-monotonic)的问题。3. 确认 reset 信号是否达到规范要求。 这些都正常的话，芯片应该要发出第一个周期(cycle)的信号。接下来依照系统运作原理与 bus protocol 来 debug。

23、滤波时选用电感，电容值的方法是什么？

电感值的选用除了考虑所想滤掉的噪声频率外，还要考虑瞬时电流的反应能力。如 果 LC 的输出端会有机会需要瞬间输出大电流，则电感值太大会阻碍此大电流流经此电感的速度，增加纹波噪声(ripple noise)。电容值则和所能容忍的纹波噪声规范值的大小有关。纹波噪声值要求越小，电容值会较大。而电容的ESR/ESL 也会有影响。另外，如果这 LC 是放在开关式电源(switching regulation power)的输出端时，还要注意此 LC 所产生的极点零点(pole/zero)对负反馈控制(negative feedback control)回路稳定度的影响。

24、模拟电源处的滤波经常是用 LC 电路。但是为什么有时 LC 比 RC 滤波效果差？

LC与 RC滤波效果的比较必须考虑所要滤掉的频带与电感值的选择是否恰当。因为电感的感抗(reactance)大小与电感值和频率有关。如果电源的噪声频率较低，而电感值又不够大，这时滤波效果可能不如 RC。但是，使用 RC 滤波要付出的代价是电阻本身会耗能，效率较差，且要注意所选电阻能承受的功率。

25、如何尽可能的达到 EMC 要求，又不致造成太大的成本压力？

PCB 板上会因 EMC 而增加的成本通常是因增加地层数目以增强屏蔽效应及增加了 ferrite bead、choke等抑制高频谐波器件的缘故。除此之外，通常还是需搭配其它机构上的屏蔽结构才能使整个系统通过 EMC的要求。以下仅就 PCB 板的设计技巧提供几个降低电路产生的电磁辐射效应。

尽可能选用信号斜率(slew rate)较慢的器件，以降低信号所产生的高频成分。

注意高频器件摆放的位置，不要太靠近对外的连接器。

注意高速信号的阻抗匹配，走线层及其回流电流路径(return current path)， 以减少高频的反射与辐射。


在各器件的电源管脚放置足够与适当的去耦合电容以缓和电源层和地层上的噪声。特别注意电容的频率响应与温度的特性是否符合设计所需。



对外的连接器附近的地可与地层做适当分割，并将连接器的地就近接到 chassis ground。

可适当运用 ground guard/shunt traces 在一些特别高速的信号旁。但要注意 guard/shunt traces 对走线特性阻抗的影响。

电源层比地层内缩 20H，H 为电源层与地层之间的距离。