PCB板的设计技术

PCB板的设计技术PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。电子设备采用印制板后，由于同类印制板的一致性，从而避免了人工接线的差错，并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测，保证了电子设备的质量，提高了劳动生产率、降低了成本，并便于维修。印制板从单层发展到双面、多层和挠性，并且仍旧保持着各自的发展趋势。由于不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展，不断缩小体积、减少成本、提高性能，使得印制板在未来电子设备的发展工程中，仍然保持着强大的生命力。综述国内外对未来印制板生产制造技术发展动向的论述基本是一致的，即向高密度，高精度，细孔径，细导线，细间距，高可靠，多层化，高速传输，轻量，薄型方向发展，在生产上同时向提高生产率，降低成本，减少污染，适应多品种、小批量生产方向发展。印制电路的技术发展水平，一般以印制板上的线宽，孔径，板厚/孔径比值为代表.改革开放以来，中国由于在劳动力资源、市场、投资等方面的优惠政策，吸引了欧美制造业的大规模转移，大量的电子产品及制造商将工厂设立在中国，并由此带动了包括PCB在内的相关产业的发展。据中国CPCA统计，2006年我国PCB实际产量达到1.30亿平方米，产值达到121亿美元，占全球PCB总产值的24.90%，超过日本成为世界第一。2000年至2006年中国PCB市场年均增长率达20%，远超过全球平均水平。2008年全球金融危机给PCB产业造成了巨大冲击，但没有给中国PCB产业造成灾难性打击，在国家经济政策刺激下2010年中国的PCB产业出现了全面复苏，2010年中国PCB产值高达199.71亿美元。Prismark预测2010-2015年间中国将保持8.10%的复合年均增长率，高于全球5.40%的平均增长率。中国现虽然从产业规模来看已经是全球第一，但从PCB产业总体的技术水平来讲，仍然落后于世界先进水平。在产品结构上，多层板占据了大部分产值比例，但大部分为8层以下的中低端产品，HDI、挠性板等有一定的规模但在技术含量上与日本等国外先进产品存在差距，技术含量最高的IC载板在国内更是很少有企业能够生产。PCB之所以能得到越来越广泛地应用，因为它有很多独特优点，概栝如下。可高密度化。数十年来，印制板高密度能够随着集成电路集成度提高和安装技术进步而发展着。高可靠性。通过一系列检查、测试和老化试验等可保证PCB长期（使用期，一般为20年）而可靠地工作着。可设计性。对PCB各种性能（电气、物理、化学、机械等）要求，可以通过设计标准化、规范化等来实现印制板设计，时间短、效率高。可生产性。采用现代化管理，可进行标准化、规模（量）化、自动化等生产、保证产品质量一致性。可测试性。建立了比较完整测试方法、测试标准、各种测试设备与仪器等来检测并鉴定PCB产品合格性和使用寿命。可组装性。PCB产品既便于各种元件进行标准化组装，又可以进行自动化、规模化批量生产。同时，PCB和各种元件组装部件还可组装形成更大部件、系统，直至整机。可维护性。由于PCB产品和各种元件组装部件是以标准化设计与规模化生产，因而，这些部件也是标准化。所以，一旦系统发生故障，可以快速、方便、灵活地进行更换，迅速恢服系统工作。当然，还可以举例说得更多些。如使系统小型化、轻量化，信号传输高速化等。较多的PCB工程师,他们经常画电脑主板,对Allegro等优秀的工具非常的熟练,但是,非常可惜的是,他们居然很少知道如何进行阻抗控制,如何使用工具进行信号完整性分析.如何使用IBIS模型。我觉得真正的PCB高手应该还是信号完整性专家,而不仅仅停留在连连线,过过孔的基础上。对布通一块板子容易，布好一块好难。印制电路板的创造者是奥地利人保罗·爱斯勒（PaulEisler），1936年，他首先在收音机里采用了印刷电路板。1943年，美国人多将该技术运用于军用收音机，1948年，美国正式认可此发明可用于商业用途。自20世纪50年代中期起，印刷线路板才开始被广泛运用。在PCB出现之前，电子元器件之间的互连都是依托电线直接连接完成的。而如今，电线仅用在实验室做试验应用而存在；印刷电路板在电子工业中已肯定占据了绝对控制的地位。PCB生产流程：一、联系厂家首先需要联系厂家，然后注册客户编号，便会有人为你报价，下单，和跟进生产进度。二、开料目的：根据工程资料MI的要求，在符合要求的大张板材上，裁切成小块生产板件．符合客户要求的小块板料．流程：大板料→按MI要求切板→锔板→啤圆角\磨边→出板三、钻孔目的：根据工程资料，在所开符合要求尺寸的板料上，相应的位置钻出所求的孔径．流程：叠板销钉→上板→钻孔→下板→检查\修理四、沉铜目的：沉铜是利用化学方法在绝缘孔壁上沉积上一层薄铜．流程：粗磨→挂板→沉铜自动线→下板→浸%稀H2SO4→加厚铜五、图形转移目的：图形转移是生产菲林上的图像转移到板上流程：（蓝油流程）：磨板→印第一面→烘干→印第二面→烘干→爆光→冲影→检查；（干膜流程）：麻板→压膜→静置→对位→曝光→静置→冲影→检查六、图形电镀目的：图形电镀是在线路图形裸露的铜皮上或孔壁上电镀一层达到要求厚度的铜层与要求厚度的金镍或锡层．流程：上板→除油→水洗二次→微蚀→水洗→酸洗→镀铜→水洗→浸酸→镀锡→水洗→下板七、退膜目的：用NaOH溶液退去抗电镀覆盖膜层使非线路铜层裸露出来．流程：水膜：插架→浸碱→冲洗→擦洗→过机；干膜：放板→过机八、蚀刻目的：蚀刻是利用化学反应法将非线路部位的铜层腐蚀去．九、绿油目的：绿油是将绿油菲林的图形转移到板上，起到保护线路和阻止焊接零件时线路上锡的作用流程：磨板→印感光绿油→锔板→曝光→冲影；磨板→印第一面→烘板→印第二面→烘板十、字符目的：字符是提供的一种便于辩认的标记流程：绿油终锔后→冷却静置→调网→印字符→后锔十一、镀金手指目的：在插头手指上镀上一层要求厚度的镍\金层，使之更具有硬度的耐磨性流程：上板→除油→水洗两次→微蚀→水洗两次→酸洗→镀铜→水洗→镀镍→水洗→镀金镀锡板(并列的一种工艺)目的：喷锡是在未覆盖阻焊油的裸露铜面上喷上一层铅锡，以保护铜面不蚀氧化，以保证具有良好的焊接性能．流程：微蚀→风干→预热→松香涂覆→焊锡涂覆→热风平整→风冷→洗涤风干十二、成型目的：通过模具冲压或数控锣机锣出客户所需要的形状成型的方法有机锣，啤板，手锣，手切说明：数据锣机板与啤板的精确度较高，手锣其次，手切板最低具只能做一些简单的外形．十三、测试目的：通过电子100%测试，检测目视不易发现到的开路，短路等影响功能性之缺陷．流程：上模→放板→测试→合格→FQC目检→不合格→修理→返测试→OK→REJ→报废十四、终检目的：通过100%目检板件外观缺陷，并对轻微缺陷进行修理，避免有问题及缺陷板件流出．具体工作流程：来料→查看资料→目检→合格→FQA抽查→合格→包装→不合格→处理→检查OK对于电源、地的层数以及信号层数确定后，它们之间的相对排布位置是每一个PCB工程师都不能回避的话题；层的排布一般原则：元件面下面（第二层）为地平面，提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面；所有信号层尽可能与地平面相邻；尽量避免两信号层直接相邻；主电源尽可能与其对应地相邻；兼顾层压结构对称。对于母板的层排布，现有母板很难控制平行长距离布线，对于板级工作频率在50MHZ以上的（50MHZ以下的情况可参照，适当放宽），建议排布原则：元件面、焊接面为完整的地平面（屏蔽）；无相邻平行布线层；所有信号层尽可能与地平面相邻；关键信号与地层相邻，不跨分割区。注：具体PCB的层的设置时，要对以上原则进行灵活掌握，在领会以上原则的基础上，根据实际单板的需求，如：是否需要一关键布线层、电源、地平面的分割情况等，确定层的排布，切忌生搬硬套，或抠住一点不放。以下为单板层的排布的具体探讨：*四层板，优选方案1，可用方案3方案电源层数地层数信号层数12341112SGPS2122GSSP3112SPGS方案1此方案四层PCB的主选层设置方案，在元件面下有一地平面，关键信号优选布TOP层；至于层厚设置，有以下建议：满足阻抗控制芯板（GND到POWER）不宜过厚，以降低电源、地平面的分布阻抗；保证电源平面的去藕效果；为了达到一定的屏蔽效果，有人试图把电源、地平面放在TOP、BOTTOM层，即采用方案2：此方案为了达到想要的屏蔽效果，至少存在以下缺陷：电源、地相距过远，电源平面阻抗较大电源、地平面由于元件焊盘等影响，极不完整由于参考面不完整，信号阻抗不连续实际上，由于大量采用表贴器件，对于器件越来越密的情况下，本方案的电源、地几乎无法作为完整的参考平面，预期的屏蔽效果很难实现；方案2使用范围有限。但在个别单板中，方案2不失为最佳层设置方案。以下为方案2使用案例；案例（特例）：设计过程中，出现了以下情况：A、整板无电源平面，只有GND、PGND各占一个平面；B、整板走线简单，但作为接口滤波板，布线的辐射必须关注；C、该板贴片元件较少，多数为插件。分析：１、由于该板无电源平面，电源平面阻抗问题也就不存在了；２、由于贴片元件少（单面布局），若表层做平面层，内层走线，参考平面的完整性基本得到保证，而且第二层可铺铜保证少量顶层走线的参考平面；３、作为接口滤波板，PCB布线的辐射必须关注，若内层走线，表层为GND、PGND，走线得到很好的屏蔽，传输线的辐射得到控制；鉴于以上原因，在本板的层的排布时，决定采用方案2，即：GND、S1、S2、PGND，由于表层仍有少量短走线，而底层则为完整的地平面，我们在S1布线层铺铜，保证了表层走线的参考平面；五块接口滤波板中，出于以上同样的分析，设计人员决定采用方案2，同样不失为层的设置经典。列举以上特例，就是要告诉大家，要领会层的排布原则，而非机械照搬。方案3：此方案同方案1类似，适用于主要器件在BOTTOM布局或关键信号底层布线的情况；一般情况下，限制使用此方案；*六层板，优选方案3，可用方案1，备用方案2、4方案电源地信号123456#1114S1GS2S3PS4#2114S1S2GPS3S4#3123S1G1S2G2PS3#4123S1G1S2G2PS3对于六层板，优先考虑方案3，优选布线层S2（stripline），其次S3、S1。主电源及其对应的地布在4、5层，层厚设置时，增大S2-P之间的间距，缩小P-G2之间的间距（相应缩小G1-S2层之间的间距），以减小电源平面的阻抗，减少电源对S2的影响；在成本要求较高的时候，可采用方案1，优选布线层S1、S2，其次S3、S4，与方案1相比，方案2保证了电源、地平面相邻，减少电源阻抗，但S1、S2、S3、S4全部裸露在外，只有S2才有较好的参考平面；对于局部少量信号要求较高的场合，方案4比方案3更适合，它能提供极佳的布线层S2。*八层板：优选方案2、3、可用方案1方案电源地信号12345678#1125S1G1S2S3PS4G2S5#2134S1G1S2G2PS3G3S4#3224S1G1S2P1G2S3P2S4#4224S1G1S2P1P2S3G3S4#5224S1G1P1S2S3G2P2S41.5PCB板的设计步骤（1）方案分析决定电路原理图如何设计，同时也影响到PCB板如何规划。根据设计要求进行方案比较、选择，元器件的选择等，开发项目中最重要的环节。（2）电路仿真在设计电路原理图之前，有时会会对某一部分电路设计并不十分确定，因此需要通过电路方针来验证。还可以用于确定电路中某些重要器件参数。（3）设计原理图元件PROTELDXP提供了丰富的原理图元件库，但不可能包括所有元件，必要时需动手设计原理图元件，建立自己的元件库。（4）绘制原理图找到所有需要的原理元件后，开始原理图绘制。根据电路复杂程度决定是否需要使用层次原理图。完成原理图后，用ERC（电气法则检查）工具查错。找到出错原因并修改原理图电路，重新查错到没有原则性错误为止。5）设计元件封装和