一个优秀的工程师设计的产品一定是既满足设计需求又满足生产工艺的,某个方面有瑕疵都不能算是一次完美的产品设计。规范产品的电路设计,工艺设计,PCB设计的相关工艺参数,使得生产出来的实物产品满足可生产性、可测试性、可维修性等的技术规范要求,在产品的设计过程中构建产品的工艺、技术、质量、成本的优势。

 

 

本文将从初学者的角度出发,一文带你快速了解PCB设计中的常用基本概念:

 

1、FR4板材

 

FR-4就是玻璃纤维环氧树脂覆铜板,线路板中的一种基材,可以分为一般FR4板材和高TG FR4板材,Tg是玻璃转化温度,即熔点。电路板必须耐燃,在一定温度下不能燃烧,只能软化。这时的温度点就叫做玻璃态转化温度(Tg点),这个值关系到PCB板的尺寸安定性。

 

 

 

一般Tg的板材为130度以上,高Tg一般大于170度,中等Tg约大于150度。通常Tg≥170℃的PCB印制板,称作高Tg印制板。基板的Tg提高了,印制板的耐热性、耐潮湿性、耐化学性、耐稳定性等特征都会提高和改善。TG值越高,板材的耐温度性能越好,尤其在无铅制程中,高Tg应用比较多。

 

 

2、阻抗匹配

 

阻抗匹配(impedance matching)主要用于传输线上,以此来达到所有高频的微波信号均能传递至负载点的目的,而且几乎不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。信号源内阻与所接传输线的特性阻抗大小相等且相位相同,或传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小相等且相位相同,分别称为传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态,简称为阻抗匹配。PCB中常见的阻抗控制值有:100欧姆差分阻抗,90欧姆差分阻抗以及单端50欧姆阻抗。

 

3、表面处理

 

PCB 板表面处理一般分为几种,为了更好的了解自己的PCB设计各项问题,现进行简单介绍:

1)喷锡,喷锡是电路板行内最常见的表面处理工艺,它具有良好的可焊接性,可用于大部分电子产品。喷锡板对其他表面处理来说,它成本低、可焊接性好的优点;其不足之处是表面没有沉金平整,特别是大面积开窗的时候,更容易出现锡不平整的现象。

 

2)沉锡,沉锡跟喷锡的不同点在于它的平整度好,但不足之处是极容易氧化发黑。

 

 

3)沉金,只要是“沉”其平整度都比“喷”的工艺要好。沉金是无铅的,沉金一般用于金手指、按键板,因为金的电阻小,所以接触性的必须要用到金,如手机的按键板灯。沉金是软金,对于经常要插拔的要用镀金,沉金主要是沉镍金。

 

4)镀金。在沉金中已经提到镀金,镀金有个致命的不足时其焊接性差,但其硬度比沉金好。在MID和VR的设计中一般不用这种工艺

 

小助手提示:如果对于平整度有要求,如对频率有要求的阻抗电路板(如微带线)尽量用沉金工艺;一般带有BGA的MID板卡都用沉金工艺。

 

 

5) OSP

它主要靠药水与焊接铜皮之间的反应产生可焊接性,唯一的好处是生产快,成本低;但是因其可焊接性差、容易氧化,电路板行内一般用得比较少。

 

4、芯板(Core)/PP片(半固化片)

 

将补强材料浸以树脂,一面或两面覆以铜箔,经热压而成的一种板状材料,称为覆铜箔层压板。它是做PCB的基本材料,常叫基材。当它用于多层板生产时,也叫芯板(CORE

 

树脂与载体合成的一种片状粘结材料称为PP片。

 

芯板和半固化片是用于制作压合多层板的常见材料。

 

5、差分线

 

差分信号就是驱动器端发送两个等值、反相的信号,接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态“0”还是“1”。而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。差分信号,有些也称差动信号,用两根完全一样,极性相反的信号传输一路数据,依靠两根信号电平差进行判决。为了保证两根信号完全一致,在布线时要保持并行,线宽、线间距保持不变。

 

 

6、信号完整性(signal integrity)

 

信号完整性是指信号在传输线上的质量。信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候,具有所必需达到的电压电平数值。差的信号完整性不是由某一单一因素导致的,而是板级设计中多种因素共同引起的。主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。 

 

 

7、信号反射

 

反射就是在传输线上的回波。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。如果源端与负载端具有相同的阻抗,反射就不会发生了。源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射,负载将一部分电压反射回源端。如果负载阻抗小于源阻抗,反射电压为负,反之,如果负载阻抗大于源阻抗,反射电压为正。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。

 

反射会造成信号过冲overshoot、下冲undershoot、振铃ringing、边沿迟缓也就是阶梯电压波。

 

 

8、串扰(crosstalk)

 

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。

 

9、内电层(Inner Layer)

 

内电层是PCB的一种负片层,主要作用是当做电源或地的层,必要时进行电源分割。

 

10、盲埋孔

 

1)盲孔:从中间层延伸到PCB一个表面层的过孔。常见的有一阶,二阶之称,比如一阶盲孔是指第二层到TOP层的过孔或者倒数第二层到Bottom的过孔。

 

2)埋孔:从一个中间到另一个中间之间的过孔,不会延伸到PCB表面层。

 

11、测试点:

 

一般指独立的PTH孔、SMT PAD、金手指、Bonding手指、IC手指、BGA焊接点、以及客户于插件后测试的测试点。

 

 

12、Mark点

 

Mark点是电路板设计中PCB应用于自动贴片机上的位置识别点,又称光学点位点。Mark点的选用直接影响到自动贴片机的贴片效率。一般Mark点的选用与自动贴片机的机型有关。Mark点一般设计成Ф1 mm(40 mil)的圆形图形。考虑到材料颜色与环境的反差,留出比光学定位基准符号大0.5 mm(19.7 mil)的无阻焊区,也不允许有任何字符,见图所示。同一板上的光学定位基准符号与其相邻内层背景要相同,即三个基准符号下有无铜箔应一致。周围10mm无布线的孤立光学定位符号应设计一个内径为2mm环宽1mm的保护圈,且周围有上下边直径为2.8mm的8边形隔离铜环。

 

 

13、PTH(金属化孔)/NPTH(非金属化孔)

 

孔壁沉积有金属层的孔称为金属化孔,其主要用于层间导电图形的电气连接。反之,则为非金属孔,一般用来作为定位孔或安装孔。