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        PCB設(shè)計(jì)中的常用基本概念

        文章來(lái)源: 智力創(chuàng)電路板     閱讀次數(shù):2528     發(fā)表時(shí)間:2022-07-19    

        [導(dǎo)讀]:FR4板材/阻抗匹配/表面處理/差分線/信號(hào)完整性/信號(hào)反射/盲埋孔/測(cè)試點(diǎn)

        FR4板材

        FR-4就是玻璃纖維環(huán)氧樹(shù)脂覆銅板,線路板中的一種基材,可以分為一般FR4板材和高TG FR4板材,Tg是玻璃轉(zhuǎn)化溫度,即熔點(diǎn)。電路板必須耐燃,在一定溫度下不能燃燒,只能軟化。這時(shí)的溫度點(diǎn)就叫做玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg點(diǎn)),這個(gè)值關(guān)系到PCB板的尺寸安定性。

                                                      image.png 

        一般Tg的板材為130度以上,高Tg一般大于170度,中等Tg約大于150度。通常Tg≥170℃的PCB印制板,稱作高Tg印制板?;宓腡g提高了,印制板的耐熱性、耐潮濕性、耐化學(xué)性、耐穩(wěn)定性等特征都會(huì)提高和改善。TG值越高,板材的耐溫度性能越好,尤其在無(wú)鉛制程中,高Tg應(yīng)用比較多。
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         阻抗匹配

        阻抗匹配(impedance matching)主要用于傳輸線上,以此來(lái)達(dá)到所有高頻的微波信號(hào)均能傳遞至負(fù)載點(diǎn)的目的,而且?guī)缀醪粫?huì)有信號(hào)反射回來(lái)源點(diǎn),從而提升能源效益。
        信號(hào)源內(nèi)阻與所接傳輸線的特性阻抗大小相等且相位相同,或傳輸線的特性阻抗與所接負(fù)載阻抗的大小相等且相位相同,分別稱為傳輸線的輸入端或輸出端處于阻抗匹配狀態(tài),簡(jiǎn)稱為阻抗匹配。
        PCB中常見(jiàn)的阻抗控制值有:100歐姆差分阻抗,90歐姆差分阻抗以及單端50歐姆阻抗。
        表面處理

        PCB 板表面處理一般分為幾種,為了更好的了解自己的PCB設(shè)計(jì)各項(xiàng)問(wèn)題,現(xiàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹:

        1)噴錫,噴錫是電路板行內(nèi)最常見(jiàn)的表面處理工藝,它具有良好的可焊接性,可用于大部分電子產(chǎn)品。噴錫板對(duì)其他表面處理來(lái)說(shuō),它成本低、可焊接性好的優(yōu)點(diǎn);其不足之處是表面沒(méi)有沉金平整,特別是大面積開(kāi)窗的時(shí)候,更容易出現(xiàn)錫不平整的現(xiàn)象。

        2)沉錫,沉錫跟噴錫的不同點(diǎn)在于它的平整度好,但不足之處是極容易氧化發(fā)黑。

        3)沉金,只要是“沉”其平整度都比“噴”的工藝要好。沉金是無(wú)鉛的,沉金一般用于金手指、按鍵板,因?yàn)榻鸬碾娮栊?,所以接觸性的必須要用到金,如手機(jī)的按鍵板燈。沉金是軟金,對(duì)于經(jīng)常要插拔的要用鍍金,沉金主要是沉鎳金。

        4)鍍金,在沉金中已經(jīng)提到鍍金,鍍金有個(gè)致命的不足時(shí)其焊接性差,但其硬度比沉金好。在MID和VR的設(shè)計(jì)中一般不用這種工藝。

        小助手提示:如果對(duì)于平整度有要求,如對(duì)頻率有要求的阻抗電路板(如微帶線)盡量用沉金工藝;一般帶有BGA的MID板卡都用沉金工藝。

         5)OSP,它主要靠藥水與焊接銅皮之間的反應(yīng)產(chǎn)生可焊接性,唯一的好處是生產(chǎn)快,成本低;但是因其可焊接性差、容易氧化,電路板行內(nèi)一般用得比較少。

        芯板(Core/PP片(半固化片)

        將補(bǔ)強(qiáng)材料浸以樹(shù)脂,一面或兩面覆以銅箔,經(jīng)熱壓而成的一種板狀材料,稱為覆銅箔層壓板。它是做PCB的基本材料,常叫基材。當(dāng)它用于多層板生產(chǎn)時(shí),也叫芯板(CORE)。
        樹(shù)脂與載體合成的一種片狀粘結(jié)材料稱為PP片。芯板和半固化片是用于制作壓合多層板的常見(jiàn)材料。
         差分線

        差分信號(hào)就是驅(qū)動(dòng)器端發(fā)送兩個(gè)等值、反相的信號(hào),接收端通過(guò)比較這兩個(gè)電壓的差值來(lái)判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”。而承載差分信號(hào)的那一對(duì)走線,就稱為差分走線。
        差分信號(hào),有些也稱差動(dòng)信號(hào),用兩根完全一樣,極性相反的信號(hào)傳輸一路數(shù)據(jù),依靠?jī)筛盘?hào)電平差進(jìn)行判決。為了保證兩根信號(hào)完全一致,在布線時(shí)要保持并行,線寬、線間距保持不變。

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        信號(hào)完整性(signal integrity)

        信號(hào)完整性是指信號(hào)在傳輸線上的質(zhì)量。信號(hào)具有良好的信號(hào)完整性是指當(dāng)在需要的時(shí)候,具有所必需達(dá)到的電壓電平數(shù)值。差的信號(hào)完整性不是由某一單一因素導(dǎo)致的,而是板級(jí)設(shè)計(jì)中多種因素共同引起的。主要的信號(hào)完整性問(wèn)題包括反射、振蕩、地彈、串?dāng)_等。 

        信號(hào)反射

        反射就是在傳輸線上的回波。信號(hào)功率(電壓和電流)的一部分傳輸?shù)骄€上并達(dá)到負(fù)載處,但是有一部分被反射了。如果源端與負(fù)載端具有相同的阻抗,反射就不會(huì)發(fā)生了。源端與負(fù)載端阻抗不匹配會(huì)引起線上反射,負(fù)載將一部分電壓反射回源端。如果負(fù)載阻抗小于源阻抗,反射電壓為負(fù);反之,如果負(fù)載阻抗大于源阻抗,反射電壓為正。布線的幾何形狀、不正確的線端接、經(jīng)過(guò)連接器的傳輸及電源平面的不連續(xù)等因素的變化,均會(huì)導(dǎo)致此類(lèi)反射。
        反射會(huì)造成信號(hào)過(guò)沖overshoot、下沖undershoot、振鈴ringing、邊沿遲緩也就是階梯電壓波。

        串?dāng)_(crosstalk)

        串?dāng)_是兩條信號(hào)線之間的耦合,信號(hào)線之間的互感和互容引起線上的噪聲。容性耦合引發(fā)耦合電流,而感性耦合引發(fā)耦合電壓。PCB板層的參數(shù)、信號(hào)線間距、驅(qū)動(dòng)端和接收端的電氣特性及線端接方式對(duì)串?dāng)_都有一定的影響。

        內(nèi)電層(Inner Layer

        內(nèi)電層是PCB的一種負(fù)片層,主要作用是當(dāng)做電源或地的層,必要時(shí)進(jìn)行電源分割。


        1)盲孔:從中間層延伸到PCB一個(gè)表面層的過(guò)孔。常見(jiàn)的有一階,二階之稱,比如一階盲孔是指第二層到TOP層的過(guò)孔或者倒數(shù)第二層到Bottom的過(guò)孔。

        2)埋孔:從一個(gè)中間到另一個(gè)中間之間的過(guò)孔,不會(huì)延伸到PCB表面層。

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        測(cè)試點(diǎn):

        一般指獨(dú)立的PTH孔、SMT PAD、金手指、Bonding手指、IC手指、BGA焊接點(diǎn)、以及客戶于插件后測(cè)試的測(cè)試點(diǎn)。
        Mark點(diǎn)

        Mark點(diǎn)是電路板設(shè)計(jì)中PCB應(yīng)用于自動(dòng)貼片機(jī)上的位置識(shí)別點(diǎn),又稱光學(xué)點(diǎn)位點(diǎn)。Mark點(diǎn)的選用直接影響到自動(dòng)貼片機(jī)的貼片效率。一般Mark點(diǎn)的選用與自動(dòng)貼片機(jī)的機(jī)型有關(guān)。Mark點(diǎn)一般設(shè)計(jì)成Ф1 mm(40 mil)的圓形圖形??紤]到材料顏色與環(huán)境的反差,留出比光學(xué)定位基準(zhǔn)符號(hào)大0.5 mm(19.7 mil)的無(wú)阻焊區(qū),也不允許有任何字符,見(jiàn)下圖所示。
        同一板上的光學(xué)定位基準(zhǔn)符號(hào)與其相鄰內(nèi)層背景要相同,即三個(gè)基準(zhǔn)符號(hào)下有無(wú)銅箔應(yīng)一致。周?chē)?0mm無(wú)布線的孤立光學(xué)定位符號(hào)應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)內(nèi)徑為2mm環(huán)寬1mm的保護(hù)圈,且周?chē)猩舷逻呏睆綖?.8mm的8邊形隔離銅環(huán)。

        PTH(金屬化孔)/NPTH(非金屬化孔)

        孔壁沉積有金屬層的孔稱為金屬化孔,其主要用于層間導(dǎo)電圖形的電氣連接。反之,則為非金屬孔,一般用來(lái)作為定位孔或安裝孔。


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