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PCB線路板高頻板與高速板的區別,你知道嗎?
PCB線路板是電子產品中不可或缺的重要組成部分,而在不同應用場景中所使用的PCB線路板也具備不同的特點和優點。其中,高頻板和高速板是兩種特殊的PCB線路板,它們相比于普通的PCB線路板具有特的應用場景和優勢。



一、高頻板與高速板的定義及特點

高頻板
高頻板在電子產品中應用廣泛,如無線電通信、雷達、衛星通信等領域。一般認為,在工作頻率超過500MHz的場合下,就需要使用高頻板。

特點在于其在高頻工作環境下具備的傳輸性能。同時,高頻板的板厚較薄,線寬、線距也比普通的PCB線路板更為精細。另外,高頻板的介電常數特別小,因此可以減少信號損失,提高信號傳輸速率和接收靈敏度。高頻板材一般使用RO4350B、RO4003C、F4B等材料。

高速板
高速板主要應用于計算機主板、工控機、測控儀器等領域。相較于高頻板,高速板所涉及的調制解調頻率較低,但速率較高,一般是Gbps級別

高速板的特點在于其線路的等長性能更好,在傳輸高速數字信號時具有更好的信號完整性和抗干擾能力。另外,高速板的板厚一般較厚,可以有效抑制EMI(電磁干擾)。高速板材常使用FR4、PI等材料。
二、高頻板與高速板的區別
雖然高頻板與高速板都是用于傳輸信號的PCB線路板,但二者在實際應用中有以下幾個方面的區別。

1. 頻率范圍不同

高頻板是在頻率超過500MHz的頻段使用的,而高速板主要是傳輸數碼信號時使用的,在調制解調頻率為幾十MHz到GHz級別之間。

2. 線寬、板厚不同

因為高頻板需要采用微細線路,因此其線寬、線距比高速板更細,板厚也相對較薄。而高速板的線路等長性較好,因此線寬、線距可以適當加大一些,板厚也可以稍微加厚一些。

3. 材料不同

高頻板常使用的材料相較于高速板的介電常數要小一些,以減少信號傳輸時損失。而高速板常使用的材料通常較一般PCB線路板要好一些,如FR4高TG材料。

三、高頻板與高速板的應用場景

1. 高頻板的應用場景

在無線電通信、雷達、衛星通信等領域,高頻板應用廣泛。由于采用了微細線路,可以減少信號損失、提高傳輸速率和接收靈敏度,因此可在高頻的環境下信號的傳輸和接收的準確性。

2. 高速板的應用場景

在計算機主板、工控機、測控儀器等領域,高速板應用較多。由于其線路的等長性較好,可以在傳輸高速數字信號時具有更好的信號完整性和抗干擾能力。

高頻板和高速板雖然都是用于傳輸信號的PCB線路板,但它們具備不同的特點和應用場景。在實際選材和應用中,需要結合具體的需求和場景,選擇合適的PCB線路板類型,才能確保產品的性能穩定和信號傳輸的準確性。

PCB線路板銅箔的基本知識
一、銅箔簡介


  Copper foil(銅箔):一種陰質性電解材料,沉淀于線路板基底層上的一層薄的、連續的金屬箔,它作為PCB的導電體。它容易粘合于絕緣層,接受印刷保護層,腐蝕后形成電路圖樣。Copper mirror test(銅鏡測試):一種助焊劑腐蝕性測試,在玻璃板上使用一種真空沉淀薄膜。



  銅箔由銅加一定比例的其它金屬打制而成,銅箔一般有90箔和88箔兩種,即為含銅量為90%和88%,尺寸為16*16cm。銅箔是用途廣泛的裝飾材料。如:賓館酒店、寺院佛像、金字招牌、瓷磚馬賽克、工藝品等。



二、產品特性


  銅箔具有低表面氧氣特性,可以附著與各種不同基材,如金屬,絕緣材料等,擁有較寬的溫度使用范圍。主要應用于電磁屏蔽及抗靜電,將導電銅箔置于襯底面,結合金屬基材,具有優良的導通性,并提供電磁屏蔽的效果??煞譃椋鹤哉炽~箔、雙導銅箔、單導銅箔等。



  電子級銅箔(純度99.7%以上,厚度5um-105um)是電子工業的基礎材料之一電子信息產業快速發展,電子級銅箔的使用量越來越大,產品廣泛應用于工業用計算器、通訊設備、QA設備、鋰離子蓄電池,民用電視機、錄像機、CD播放機、復印機、電話、冷暖空調、汽車用電子部件、游戲機等。國內外市場對電子級銅箔,尤其是電子級銅箔的需求日益增加。有關機構預測,到2015年,中國電子級銅箔國內需求量將達到30萬噸,中國將成為世界印刷線路板和銅箔基地的大制造地,電子級銅箔尤其是箔市場看好。



三、銅箔的供應狀況


  工業用銅箔可常見分為壓延銅箔(RA銅箔)與點解銅箔(ED銅箔)兩大類,其中壓延銅箔具有較好的延展性等特性,是早期軟板制程所用的銅箔,而電解銅箔則是具有制造成本較壓延銅箔低的優勢。由于壓延銅箔是軟板的重要原物料,所以壓延銅箔的特性改良和價格變化對軟板產業有一定的影響。



  由于壓延銅箔的生產廠商較少,且技術上也掌握在部份廠商手中,因此客戶對價格和供應量的掌握度較低,故在不影響產品表現的前提下,用電解銅箔替代壓延銅箔是可行的解決方式。但若未來數年因為銅箔本身結構的物理特性將影響蝕刻的因素,在細線化或薄型化的產品中,另外高頻產品因電訊考量,壓延銅箔的重要性將再次提升。



  生產壓延銅箔有兩大障礙,資源的障礙和技術的障礙。資源的障礙指的是生產壓延銅箔需有銅原料支持,占有資源十分重要。另一方面,技術上的障礙使更多新加入者卻步,除了壓延技術外,表面處理或是氧化處理上的技術亦是。性大廠多半擁有許多技術專利和關鍵技術Know How,加大進入障礙。若新加入者采后處理生產,又受到大廠的成本拑制,不易成功加入市場,故的壓延銅箔仍屬于強占性的市場。



四、銅箔的發展情況


  銅箔英文為electrodepositedcopperfoil,是覆銅板(CCL)及印制線路板(PCB)制造的重要的材料。在當今電子信息產業高速發展中,電解銅箔被稱為:電子產品信號與電力傳輸、溝通的“神經網絡”。2002年起,中國印制線路板的生產值已經越入世界3位,作為PCB的基板材料——覆銅板也成為世界上3大生產國。由此也使中國的電解銅箔產業在近幾年有了突飛猛進的發展。為了了解、認識世界及中國電解銅箔業發展的過去、現在,及展望未來,據中國環氧樹脂行業協會特對它的發展作回顧。



  從電解銅箔業的生產部局及市場發展變化的角度來看,可以將它的發展歷程劃分為3大發展時期:美國創建初的世界銅箔企業及電解銅箔業起步的時期;日本銅箔企業全面壟斷世界市場的時期;世界多極化爭奪市場的時期。

PCB線路板過孔對信號傳輸的影響作用

過孔(via)是多層PCB的重要組成部分之一,鉆孔的費用通常占PCB制板費用的30%到40%。簡單的說來,PCB上的每一個孔都可以稱之為過孔。

一、過孔的寄生電容

過孔本身存在著對地的寄生電容,如果已知過孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2,過孔焊盤的直徑為D1,PCB板的厚度為T,板基材介電常數為ε,則過孔的寄生電容大小近似于:C=1.41εTD1/(D2-D1)過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時間,降低了電路的速度。舉例來說,對于一塊厚度為50Mil的PCB板,如果使用內徑為10Mil,焊盤直徑為20Mil的過孔,焊盤與地鋪銅區的距離為32Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是:C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF,這部分電容引起的上升時間變化量為:T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。從這些數值可以看出,盡管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯,但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換,設計者還是要慎重考慮的。

二、過孔的寄生電感

同樣,過孔存在寄生電容的同時也存在著寄生電感,在高速數字電路的設計中,過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。它的寄生串聯電感會削弱旁路電容的貢獻,減弱整個電源系統的濾波效用。我們可以用下面的公式來簡單地計算一個過孔近似的寄生電感:L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指過孔的電感,h是過孔的長度,d是中心鉆孔的直徑。從式中可以看出,過孔的直徑對電感的影響較小,而對電感影響大的是過孔的長度。仍然采用上面的例子,可以計算出過孔的電感為:L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH。如果信號的上升時間是1ns,那么其等效阻抗大小為:XL=πL/T10-90=3.19Ω。這樣的阻抗在有高頻電流的通過已經不能夠被忽略,特別要注意,旁路電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔,這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。

聯興華電子深圳pcb線路板廠家,公司成立于2005年,是一家以生產批量。樣板及快板PCB為主的企業,提供單面pcb線路板、雙面pcb線路板、pcb多層線路板、PCB線路板制作生產,PCB線路板產品等快速打樣、深圳電路板制作17年行業經驗。

三、高速PCB中的過孔設計

通過上面對過孔寄生特性的分析,我們可以看到,在高速PCB設計中,看似簡單的過孔往往也會給電路的設計帶來很大的負面效應。為了減小過孔的寄生效應帶來的不利影響,在設計中可以盡量做到:

1、從成本和信號質量兩方面考慮,選擇合理尺寸的過孔。比如對6-10層的內存模塊PCB設計來說,選用10/20Mil(鉆孔/焊盤)的過孔較好,對于一些高密度的小尺寸的板子,也可以嘗試使用8/18Mil的過孔。目前技術條件下,很難使用更小尺寸的過孔了。對于電源或地線的過孔則可以考慮使用較大尺寸,以減小阻抗。

2.上面討論的兩個公式可以得出,使用較薄的PCB板有利于減小過孔的兩種寄生參數。

3、電源和地的管腳要就近打過孔,過孔和管腳之間的引線越短越好,因為它們會導致電感的增加。同時電源和地的引線要盡可能粗,以減少阻抗。

4、PCB板上的信號走線盡量不換層,也就是說盡量不要使用不必要的過孔。

5、在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔,以便為信號提供近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地過孔。當然,在設計時還需要靈活多變。前面討論的過孔模型是每層均有焊盤的情況,也有的時候,我們可以將某些層的焊盤減小甚至去掉。特別是在過孔密度非常大的情況下,可能會導致在鋪銅層形成一個隔斷回路的斷槽,解決這樣的問題除了移動過孔的位置,我們還可以考慮將過孔在該鋪銅層的焊盤尺寸減小。

PCB線路板為什么要做阻抗嗎

阻抗對于PCB電路板的意義何在,PCB電路板為什么要做阻抗?本文介紹了什么是阻抗及阻抗的類型,其次介紹了PCB線路板為什么要做阻抗,后闡述了阻抗對于PCB電路板的意義,具體的跟隨小編一起來了解一下。

什么是阻抗?

在具有電阻、電感和電容的電路里,對交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示,是一個復數,實部稱為電阻,虛部稱為電抗,其中電容在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為容抗 ,電感在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為感抗,電容和電感在電路中對交流電引起的阻礙作用總稱為電抗。阻抗的單位是歐。

阻抗類型

(1)特性阻抗

在計算機﹑無線通訊等電子信息產品中, PCB的線路中的傳輸的能量, 是一種由電壓與時間所構成的方形波信號(square wave signal, 稱為脈沖pulse),它所遭遇的阻力則稱為特性阻抗。



(2)差動阻抗

驅動端輸入極性相反的兩個同樣信號波形,分別由兩根差動線傳送,在接收端這兩個差動信號相減。差動阻抗就是兩線之間的阻抗Zdiff。



(3)奇模阻抗

兩線中一線對地的阻抗Zoo,兩線阻抗值是一致。



(4)偶模阻抗

驅動端輸入極性相同的兩個同樣信號波形, 將兩線連在一起時的阻抗Zcom。



(5)共模阻抗

兩線中一線對地的阻抗Zoe,兩線阻抗值是一致,通常比奇模阻抗大。

PCB線路板為什么要做阻抗?

pcb線路板阻抗是指電阻和對電抗的參數,對交流電所起著阻礙作用。在pcb線路板生產中,阻抗處理是的。原因如下:

1、PCB線路(板底)要考慮接插安裝電子元件,接插后考慮導電性能和信號傳輸性能等問題,所以就會要求阻抗越低越好,電阻率要低于每平方厘米1&TImes;10-6以下。

2、PCB線路板在生產過程中要經歷沉銅、電鍍錫(或化學鍍,或熱噴錫)、接插件焊錫等工藝制作環節,而這些環節所用的材料都電阻率底,才能線路板的整體阻抗低達到產品質量要求,能正常運行。

3、PCB線路板的鍍錫是整個線路板制作中容易出現問題的地方,是影響阻抗的關鍵環節?;瘜W鍍錫層大的缺陷就是易變色(既易氧化或潮解)、釬焊性差,會導致線路板難焊接、阻抗過高導致導電性能差或整板性能的不穩定。

4、PCB線路板中的導體中會有各種信號傳遞,當為提高其傳輸速率而提高其頻率,線路本身如果因蝕刻、疊層厚度、導線寬度等因素不同,將會造成阻抗值得變化,使其信號失真,導致線路板使用性能下降,所以就需要控制阻抗值在一定范圍內。

阻抗對于PCB電路板的意義

對電子行業來說,據行內調查,化學鍍錫層致命的弱點就是易變色(既易氧化或潮解)、釬焊性差導致難焊接、阻抗過高導致導電性能差或整板性能的不穩定、易長錫須導致PCB線路短路以至燒毀或著火事件。

據悉,國內先研究化學鍍錫的當是上世紀90年代初昆明理工大學,之后就是90年代末的廣州同謙化工(企業),一直至今,10年來行內均有認可該兩家機構是做得好的。其中,據我們對眾多企業的接觸篩選調查、實驗觀測以及長期耐力測試,證實同謙化工的鍍錫層是低電阻率的純錫層,導電和釬焊等質量可以到較高的水準,難怪他們敢對外其鍍層在無須任何封閉及防變色劑保護的情況下,能保持一年不變色、不起泡、不脫皮、不長錫須。

后來當整個社會生產業發展到一定程度的時候,很多后來參與者往往是屬于互相抄襲,其實相當一部分企業自己本身并沒有研發或能力,所以,造成很多產品及其用戶的電子產品(線路板板底或電子產品整體)性能不佳,而造成性能不佳的主要原因就是因為阻抗問題,因為當不合格的化學鍍錫技術在使用過程中,其為PCB線路板所鍍上去的錫其實并不是真正的純錫(或稱屬單質),而是錫的化合物(即根本就不是金屬單質,而是金屬化合物,氧化物或鹵化物,更直接地說是屬于非金屬物質)或錫化合物與錫金屬單質的混合物,但單憑借肉眼是很難發現的…

因為PCB線路板的主體線路是銅箔,在銅箔的焊點上就是鍍錫層,而電子元件就是通過焊錫膏(或焊錫線)焊接在鍍錫層上面的,事實上焊錫膏在融熔狀態焊接到電子元件和錫鍍層之間的是金屬錫(即導電良好的金屬單質),所以可以簡單扼要地指出,電子元件是通過錫鍍層再與PCB板底的銅箔連接的,所以錫鍍層的純潔性及其阻抗是關鍵;又,但未有接插電子元件之前,我們直接用儀器去檢測阻抗時,其實儀器探頭(或稱為表筆)兩端也是通過先接觸PCB板底的銅箔表面的錫鍍層再與PCB板底的銅箔來連通電流的。所以錫鍍層是關鍵,是影響阻抗的關鍵和影響PCB整板性能的關鍵,也是易于被忽略的關鍵。

眾所周知,除金屬單質外,其化合物均是電的不良導體或甚至不導電的(又,這也是造成線路中存在分布容量或傳布容量的關鍵),所以錫鍍層中存在這種似導電而非導電的錫的化合物或混合物時,其現成電阻率或未來氧化、受潮所發生電解反應后的電阻率及其相應的阻抗是相當高的(足已影響數字電路中的電平或信號傳輸,)而且其特征阻抗也不相一致。所以會影響該線路板及其整機的性能。

所以,就現時的社會生產現象來說,PCB板底上的鍍層物質和性能是影響PCB整板特征阻抗的主要原因和直接的原因,但又由于其具有隨著鍍層老化及受潮電解的變化性,所以其阻抗產生的憂患影響變得更加隱性和多變性,其隱蔽的主要原因在于:不能被肉眼所見(包括其變化),二不能被恒常測得,因為其有隨著時間和環境濕度的改變而變的變化性,所以總是易于被人忽略。

什么是HDI線路板
一.什么是HDI板?
HDI板(High Density Interconnector),即高密度互連板,是使用微盲埋孔技術的一種線路分布密度比較高的電路板。HDI板有內層線路和外層線路,再利用鉆孔、孔內金屬化等工藝,使各層線路內部實現連結。
二.HDI板與普通pcb的區別
HDI板一般采用積層法制造,積層的次數越多,板件的技術檔次越高。普通的HDI板基本上是1次積層,高階HDI采用2次或以上的積層技術,同時采用疊孔、電鍍填孔、激光直接打孔等PCB技術。當PCB的密度增加超過八層板后,以HDI來制造,其成本將較傳統復雜的壓合制程來得低。
HDI板的電性能和訊號正確性比傳統PCB更高。此外,HDI板對于射頻干擾、電磁波干擾、靜電釋放、熱傳導等具有更佳的改善。高密度集成(HDI)技術可以使終端產品設計更加小型化,同時滿足電子性能和效率的更高標準。
HDI板使用盲孔電鍍 再進行二次壓合,分一階、二階、三階、四階、五階等。一階的比較簡單,流程和工藝都好控制。二階的主要問題,一是對位問題,二是打孔和鍍銅問題。二階的設計有多種,一種是各階錯開位置,需要連接次鄰層時通過導線在中間層連通,做法相當于2個一階HDI。二種是,兩個一階的孔重疊,通過疊加方式實現二階,加工也類似兩個一階,但有很多工藝要點要特別控制,也就是上面所提的。三種是直接從外層打孔至3層(或N-2層),工藝與前面有很多不同,打孔的難度也更大。對于三階的以二階類推即是。

在PCB打樣中,HDI造價較高,故一般的PCB打樣廠家都不愿意做。捷多邦可以做別人不愿意做的HDI盲埋PCB板?,F階段,捷多邦采用的HDI技術已突破高層數為20層;盲孔階數1~4階;小孔徑0.076mm,工藝為激光鉆孔.
三.HDI板的優勢
這種PCB在突顯優勢的基礎上發展迅速:
1.HDI技術有助于降低PCB成本;
2.HDI技術增加了線密度;
3.HDI技術有利于使用的包裝;
4.HDI技術具有更好的電氣性能和信號有效性;
5.HDI技術具有更好的可靠性;
6.HDI技術在散熱方面更好;
7.HDI技術能夠改善RFI(射頻干擾)/EMI(電磁干擾)/ESD(靜電放電);
8.HDI技術提高了設計效率;
四.HDI板的材料
對HDI PCB材料提出了一些新的要求,包括更好的尺寸穩定性,抗靜電移動性和非膠粘劑。HDI PCB的典型材料是RCC(樹脂涂層銅)。RCC有三種類型,即聚酰亞胺金屬化薄膜,純聚酰亞胺薄膜,流延聚酰亞胺薄膜。
RCC的優點包括:厚度小,重量輕,柔韌性和易燃性,兼容性特性阻抗和的尺寸穩定性。在HDI多層PCB的過程中,取代傳統的粘接片和銅箔作為絕緣介質和導電層的作用,可以通過傳統的抑制技術用芯片抑制RCC。然后使用非機械鉆孔方法如激光,以便形成微通孔互連。
RCC推動PCB產品從SMT(表面貼裝技術)到CSP的發生和發展(芯片級封裝),從機械鉆孔到激光鉆孔,促進PCB微通孔的發展和進步,所有這些都成為RCC的HDI PCB材料。
在實際的PCB中在制造過程中,對于RCC的選擇,通常有FR-4標準Tg 140C,FR-4高Tg 170C和FR-4和Rogers組合層壓,現在大多使用。隨著HDI技術的發展,HDI PCB材料滿足更多要求,因此HDI PCB材料的主要趨勢應該是:
1.使用無粘合劑的柔性材料的開發和應用;
2.介電層厚度小,偏差小;
3 .LPIC的發展;
4.介電常數越來越小;
5.介電損耗越來越小;
6.焊接穩定性高;
7.嚴格兼容CTE(熱膨脹系數);
五.HDI板制造的應用技術
HDI PCB制造的難點在于微觀通過制造,通過金屬化和細線。
1.微通孔制造
微通孔制造一直是HDI PCB制造的核心問題。主要有兩種鉆井方法:
a.對于普通的通孔鉆孔,機械鉆孔始終是其率和低成本的佳選擇。隨著機械加工能力的發展,其在微通孔中的應用也在不斷發展。
b.有兩種類型的激光鉆孔:光熱消融和光化學消融。前者是指在高能量吸收激光之后加熱操作材料以使其熔化并且通過形成的通孔蒸發掉的過程。后者指的是紫外區高能光子和激光長度超過400nm的結果。
有三種類型的激光系統應用于柔性和剛性板,即準分子激光,紫外激光鉆孔,CO 2 激光。激光技術不僅適用于鉆孔,也適用于切割和成型。甚至一些制造商也通過激光制造HDI。雖然激光鉆孔設備成本高,但它們具有更高的精度,穩定的工藝和成熟的技術。激光技術的優勢使其成為盲/埋通孔制造中常用的方法。如今,在HDI微通孔中,99%是通過激光鉆孔獲得的。
2.通過金屬化
通孔金屬化的大困難是電鍍難以達到均勻。對于微通孔的深孔電鍍技術,除了使用具有高分散能力的電鍍液外,還應及時升級電鍍裝置上的鍍液,這可以通過強力機械攪拌或振動,超聲波攪拌,水平噴涂。此外,在電鍍前增加通孔壁的濕度。
除了工藝的改進外,HDI的通孔金屬化方法也看到了主要技術的改進:化學鍍添加劑技術,直接電鍍技術等。
3.細線
細線的實現包括傳統的圖像傳輸和激光直接成像。傳統的圖像轉移與普通化學蝕刻形成線條的過程相同。
對于激光直接成像,不需要攝影膠片,而圖像是通過激光直接在光敏膜上形成的。紫外波燈用于操作,使液體防腐解決方案能夠滿足高分辨率和簡單操作的要求。不需要攝影膠片,以避免因薄膜缺陷造成的不良影響,可以直接連接CAD/CAM,縮短制造周期,使其適用于和多種生產。
六.結尾
硬件工程師剛接觸多層PCB的時候,很容易看暈。動輒十層八層的,線路像蜘蛛網一樣。
今天畫了幾張多層PCB電路板內部結構圖,用立體圖形展示各種疊層結構的PCB圖內部架構。

圖片高密度互聯板的核心在過孔
多層PCB的線路加工,和單層雙層沒什么區別,大的不同在過孔的工藝上。
線路都是蝕刻出來的,過孔都是鉆孔再鍍銅出來的,這些做硬件開發的大家都懂,就不贅述了。
多層電路板,通常有通孔板、一階板、二階板、二階疊孔板這幾種。更高階的如三階板、任意層互聯板平時用的非常少,價格賊貴,先不多討論。
一般情況下,8位單片機產品用2層通孔板;32位單片機級別的智能硬件,使用4層-6層通孔板;Linux和Android級別的智能硬件,使用6層通孔至8一階HDI板;智能手機這樣的緊湊產品,一般用8層一階到10層2階電路板。

圖片
8層2階疊孔,高通驍龍624

只有一種過孔,從層打到后一層。不管是外部的線路還是內部的線路,孔都是打穿的,叫做通孔板。

圖片

通孔板和層數沒關系,平時大家用的2層的都是通孔板,而很多交換機和電路板,做20層,還是通孔的。
用鉆頭把電路板鉆穿,然后在孔里鍍銅,形成通路。
這里要注意,通孔內徑通常有0.2mm、0.25mm和0.3mm,但一般0.2mm的要比0.3mm的貴不少。因為鉆頭太細容易斷,鉆得也慢一些。多耗費的時間和鉆頭的費用,就體現在電路板價格上升上了。
高密度板的激光孔
圖片

這張圖是6層1階HDI板的疊層結構圖,表面兩層都是激光孔,0.1mm內徑。內層是機械孔,相當于一個4層通孔板,外面再覆蓋2層。
激光只能打穿玻璃纖維的板材,不能打穿金屬的銅。所以外表面打孔不會影響到內部的其他線路。
激光打了孔之后,再去鍍銅,就形成了激光過孔。
2階HDI板 兩層激光孔
圖片

這張圖是一個6層2階錯孔HDI板。平時大家用6層2階的少,大多是8層2階起。這里更多層數,跟6層是一樣的道理。
所謂2階,就是有2層激光孔。
所謂錯孔,就是兩層激光孔是錯開的。
為什么要錯開呢?因為鍍銅鍍不滿,孔里面是空的,所以不能直接在上面再打孔,要錯開一定的距離,再打上一層的空。
6層二階=4層1階外面再加2層。
8層二階=6層1階外面再加2層。
疊孔板 工藝復雜價格更高
圖片

錯孔板的兩層激光孔重疊在一起。線路會更緊湊。
需要把內層激光孔電鍍填平,然后再做外層激光孔。價格比錯孔更貴一些。
超貴的任意層互聯板 多層激光疊孔
就是每一層都是激光孔,每一層都可以連接在一起。想怎么走線就怎么走線,想怎么打孔就怎么打孔。

多層板PCB設計時的EMI解決
解決EMI問題的辦法很多,現代的EMI抑制方法包括:利用EMI抑制涂層、選用合適的EMI抑制零配件和EMI仿真設計等。本文從基本的PCB布板出發,討論PCB分層堆疊在控制EMI輻射中的作用和設計技巧。
電源匯流排

在IC的電源引腳附近合理地安置適當容量的電容,可使IC輸出電壓的跳變來得。然而,問題并非到此為止。由于電容呈有限頻率響應的特性,這使得電容 無法在全頻帶上生成干凈地驅動IC輸出所需要的諧波功率。除此之外,電源匯流排上形成的瞬態電壓在去耦路徑的電感兩端會形成電壓降,這些瞬態電壓就是主要 的共模EMI干擾源。我們應該怎麼解決這些問題?

就我們電路板上的IC而言,IC周圍的電源層可以看成是優良的高頻電容器,它可以收集為干凈輸出提供高頻能量的分立電容器所泄漏的那部份能量。此外,優良的電源層的電感要小,從而電感所合成的瞬態信號也小,進而降低共模EMI。

當然,電源層到IC電源引腳的連線盡可能短,因為數位信號的上升沿越來越快,好是直接連到IC電源引腳所在的焊盤上,這要另外討論。

為了控制共模EMI,電源層要有助于去耦和具有足夠低的電感,這個電源層是一個設計相當好的電源層的配對。有人可能會問,好到什麼程度才算好?問題 的答案取決于電源的分層、層間的材料以及工作頻率(即IC上升時間的函數)。通常,電源分層的間距是6mil,夾層是FR4材料,則每平方英寸電源層的等 效電容約為75pF。顯然,層間距越小電容越大。

上升時間為100到300ps的器件并不多,但是按照目前IC的發展速度,上升時間在 100到300ps范圍的器件將占有很高的比例。對于100到 300ps上升時間的電路,3mil層間距對大多數應用將不再適用。那時,有必要采用層間距小于1mil的分層技術,并用介電常數很高的材料代替FR4介 電材料?,F在,陶瓷和加陶塑料可以滿足100到300ps上升時間電路的設計要求。

盡管未來可能會采用新材料和新方法,但對于今天常見的1到3ns上升時間電路、3到6mil層間距和FR4介電材料,通常足夠處理諧波并使瞬態信號足夠低,就是說,共模EMI可以降得很低。本文給出的PCB分層堆疊設計實例將假定層間距為3到6mil。

電磁屏蔽

從信號走線來看,好的分層策略應該是把所有的信號走線放在一層或若干層,這些層緊挨著電源層或接地層。對于電源,好的分層策略應該是電源層與接地層相鄰,且電源層與接地層的距離盡可能小,這就是我們所講的“分層"策略。

PCB堆疊

什麼樣的堆疊策略有助于屏蔽和抑制EMI?以下分層堆疊方案假定電源電流在單一層動,單電壓或多電壓分布在同一層的不同部份。多電源層的情形稍后討論。

4層板

4層板設計存在若干潛在問題。,傳統的厚度為62mil的四層板,即使信號層在外層,電源和接地層在內層,電源層與接地層的間距仍然過大。

如果成本要求是位的,可以考慮以下兩種傳統4層板的替代方案。這兩個方案都能改善EMI抑制的性能,但只適用于板上元件密度足夠低和元件周圍有足夠面積(放置所要求的電源覆銅層)的場合。

種為方案,PCB的外層均為地層,中間兩層均為信號/電源層。信號層上的電源用寬線走線,這可使電源電流的路徑阻抗低,且信號微帶路徑的阻抗也 低。從EMI控制的角度看,這是現有的佳4層PCB結構。二種方案的外層走電源和地,中間兩層走信號。該方案相對傳統4層板來說,改進要小一些,層間 阻抗和傳統的4層板一樣欠佳。

如果要控制走線阻抗,上述堆疊方案都要非常小心地將走線布置在電源和接地鋪銅島的下邊。另外,電源或地層上的鋪銅島之間應盡可能地互連在一起,以確保DC和低頻的連接性。

6層板

如果4層板上的元件密度比較大,則好采用6層板。但是,6層板設計中某些疊層方案對電磁場的屏蔽作用不夠好,對電源匯流排瞬態信號的降低作用甚微。下面討論兩個實例。

例將電源和地分別放在2和5層,由于電源覆銅阻抗高,對控制共模EMI輻射非常不利。不過,從信號的阻抗控制觀點來看,這一方法卻是非常正確的。

二例將電源和地分別放在3和4層,這一設計解決了電源覆銅阻抗問題,由于1層和6層的電磁屏蔽性能差,差模EMI增加了。如果兩個外 層上的信號線數量少,走線長度很短(短于信號高諧波波長的1/20),則這種設計可以解決差模EMI問題。將外層上的無元件和無走線區域鋪銅填充并將 覆銅區接地(每1/20波長為間隔),則對差模EMI的抑制特別好。如前所述,要將鋪銅區與內部接地層多點相聯。

通用6層板設計 一般將1和6層布為地層,3和4層走電源和地。由于在電源層和接地層之間是兩層居中的雙微帶信號線層,因而EMI抑制能力是的。該設計的缺點 在于走線層只有兩層。前面介紹過,如果外層走線短且在無走線區域鋪銅,則用傳統的6層板也可以實現相同的堆疊。

另一種6層板布局為信號、地、信號、電源、地、信號,這可實現信號完整性設計所需要的環境。信號層與接地層相鄰,電源層和接地層配對。顯然,不足之處是層的堆疊不平衡。

這通常會給加工制造帶來麻煩。解決問題的辦法是將3層所有的空白區域填銅,填銅后如果3層的覆銅密度接近于電源層或接地層,這塊板可以不嚴格地算作 是結構平衡的電路板。填銅區接電源或接地。連接過孔之間的距離仍然是1/20波長,不見得處處都要連接,但理想情況下應該連接。

10層板

由于多層板之間的絕緣隔離層非常薄,所以10或12層的電路板層與層之間的阻抗非常低,只要分層和堆疊不出問題,完全可望得到的信號完整性。要按62mil厚度加工制造12層板,困難比較多,能夠加工12層板的制造商也不多。

由于信號層和回路層之間總是隔有絕緣層,在10層板設計中分配中間6層來走信號線的方案并非佳。另外,讓信號層與回路層相鄰很重要,即板布局為信號、地、信號、信號、電源、地、信號、信號、地、信號。

這一設計為信號電流及其回路電流提供了良好的通路。恰當的布線策略是,1層沿X方向走線,3層沿Y方向走線,4層沿X方向走線,以此類推。直觀地 看走線,1層1和3層是一對分層組合,4層和7層是一對分層組合,8層和10層是后一對分層組合。當需要改變走線方向時,1層上的信號線 應藉由“過孔"到3層以后再改變方向。實際上,也許并不總能這樣做,但作為設計概念還是要盡量遵守。

同樣,當信號的走線方向變化時, 應該藉由過孔從8層和10層或從4層到7層。這樣布線可確保信號的前向通路和回路之間的耦合緊。例如,如果信號在1層上走線,回路在2層且 只在2層上走線,那麼1層上的信號即使是藉由“過孔"轉到了3層上,其回路仍在2層,從而保持低電感、大電容的特性以及良好的電磁屏蔽性能。

如果實際走線不是這樣,怎麼辦?比如1層上的信號線經由過孔到10層,這時回路信號只好從9層尋找接地平面,回路電流要找到近的接地過 孔 (如電阻或電容等元件的接地引腳)。如果碰巧附近存在這樣的過孔,則真的走運。假如沒有這樣近的過孔可用,電感就會變大,電容要減小,EMI一定會增加。

當信號線經由過孔離開現在的一對布線層到其他布線層時,應就近在過孔旁放置接地過孔,這樣可以使回路信號順利返回恰當的接地層。對于4層和7層 分層組合,信號回路將從電源層或接地層(即5層或6層)返回,因為電源層和接地層之間的電容耦合良好,信號容易傳輸。

多電源層的設計

如果同一電壓源的兩個電源層需要輸出大電流,則電路板應布成兩組電源層和接地層。在這種情況下,每對電源層和接地層之間都放置了絕緣層。這樣就得到我們 期望的等分電流的兩對阻抗相等的電源匯流排。如果電源層的堆疊造成阻抗不相等,則分流就不均勻,瞬態電壓將大得多,并且EMI會急劇增加。

如果電路板上存在多個數值不同的電源電壓,則相應地需要多個電源層,要牢記為不同的電源創建各自配對的電源層和接地層。在上述兩種情況下,確定配對電源層和接地層在電路板的位置時,切記制造商對平衡結構的要求。

總結

鑒于大多數工程師設計的電路板是厚度62mil、不帶盲孔或埋孔的傳統印制電路板,本文關于電路板分層和堆疊的討論都局限于此。厚度差別太大的電路板,本文推薦的分層方案可能不理想。此外,帶盲孔或埋孔的電路板的加工制程不同,本文的分層方法也不適用。

電路板設計中厚度、過孔制程和電路板的層數不是解決問題的關鍵,優良的分層堆疊是電源匯流排的旁路和去耦、使電源層或接地層上的瞬態電壓小并將信 號和電源的電磁場屏蔽起來的關鍵。理想情況下,信號走線層與其回路接地層之間應該有一個絕緣隔離層,配對的層間距(或一對以上)應該越小越好。根據這些基 本概念和原則,才能設計出總能達到設計要求的電路板?,F在,IC的上升時間已經很短并將更短,本文討論的技術對解決EMI屏蔽問題是的。

FPC柔性電路板基礎知識

柔性電路板(Flexible Printed Circuit 簡稱FPC)是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成的一種具有高度可靠性,的可撓性印刷電路板。具有配線密度高、重量輕、厚度薄、彎折性好的特點。

柔性電路板(FlexiblePrintedCircuit,FPC),又稱軟性電路板、撓性電路板,其以質量輕、厚度薄、可自由彎曲折疊等優良特性而備受青睞…,但國內有關FPC的質量檢測還主要依靠人工目測,成本高且效率低。而隨著電子產業飛速發展,電路板設計越來越趨于、高密度化,傳統的人工檢測方法已無法滿足生產需求,FPC缺陷自動化檢測成為產業發展必然趨勢。

柔性電路(FPC)是上世紀70年代美國為發展航天火箭技術發展而來的技術,是以聚脂薄膜或聚酰亞胺為基材制成的一種具有高度可靠性,曲撓性的印刷電路,通過在可彎曲的輕薄塑料片上,嵌入電路設計,使在窄小和有限空間中堆嵌大量精密元件,從而形成可彎曲的撓性電路。此種電路可隨意彎曲、折迭重量輕,體積小,散熱性好,安裝方便,沖破了傳統的互連技術。在柔性電路的結構中,組成的材料是是絕緣薄膜、導體和粘接劑。

組成材料

1、絕緣薄膜

絕緣薄膜形成了電路的基礎層,粘接劑將銅箔粘接至了絕緣層上。在多層設計中,它再與內層粘接在一起。它們也被用作防護性覆蓋,以使電路與灰塵和潮濕相隔絕,并且能夠降低在撓曲期間的應力,銅箔形成了導電層。

在一些柔性電路中,采用了由鋁材或者不銹鋼所形成的剛性構件,它們能夠提供尺寸的穩定性,為元器件和導線的安置提供了物理支撐,以及應力的釋放。粘接劑將剛性構件和柔性電路粘接在了一起。另外還有一種材料有時也被應用于柔性電路之中,它就是粘接層片,它是在絕緣薄膜的兩側面上涂覆有粘接劑而形成。粘接層片提供了環境防護和電子絕緣功能,并且能夠消除一層薄膜,以及具有粘接層數較少的多層的能力。

絕緣薄膜材料有許多種類,但是為常用的是聚酷亞胺和聚酯材料。目前在美國所有柔性電路制造商中接近80%使用聚酰亞胺薄膜材料,另外約20%采用了聚酯薄膜材料。聚酰亞胺材料具有非易燃性,幾何尺寸穩定,具有較高的抗扯強度,并且具有承受焊接溫度的能力,聚酯,也稱為聚乙烯雙苯二甲酸鹽(Polyethyleneterephthalate簡稱:PET),其物理性能類似于聚酰亞胺,具有較低的介電常數,吸收的潮濕很小,但是不耐高溫。

聚酯的熔化點為250℃,玻璃轉化溫度(Tg)為80℃,這限制了它們在要求進行大量端部焊接的應用場合的使用。在低溫應用場合,它們呈現出剛性。盡管如此,它們還是適合于使用在諸如電話和其它無需暴露在惡劣環境中使用的產品上。聚酰亞胺絕緣薄膜通常與聚酰亞胺或者丙烯酸粘接劑相結合,聚酯絕緣材料一般是與聚酯粘接劑相結合。與具有相同特性的材料相結合的優點,在干焊接好了以后,或者經多次層壓循環操作以后,能夠具有尺寸的穩定性。在粘接劑中其它的重要特性是較低的介電常數、較高的絕緣阻值、高的玻璃轉化溫度和低的吸潮率。

2、導體

銅箔適合于使用在柔性電路之中,它可以采用電淀積(Electrodeposited簡稱:ED),或者鍍制。采用電淀積的銅箔一側表面具有光澤,而另一側被加工的表面暗淡無光澤。它是具有柔順性的材料,可以被制成許多種厚度和寬度,ED銅箔的無光澤一側,常常經特別處理后改善其粘接能力。鍛制銅箔除了具有柔韌性以外,還具有硬質平滑的特點,它適合于應用在要求動態撓曲的場合之中。

3、粘接劑

粘接劑除了用于將絕緣薄膜粘接至導電材料上以外,它也可用作覆蓋層,作為防護性涂覆,以及覆蓋性涂覆。兩者之間的主要差異在于所使用的應用方式,覆蓋層粘接覆蓋絕緣薄膜是為了形成疊層構造的電路。粘接劑的覆蓋涂覆所采用的篩網印刷技術。不是所有的疊層結構均包含粘接劑,沒有粘接劑的疊層形成了更薄的電路和更大的柔順性。它與采用粘接劑為基礎的疊層構造相比較,具有更佳的導熱率。由于無粘接劑柔性電路的薄型結構特點,以及由于消除了粘接劑的熱阻,從而提高了導熱率,它可以使用在基于粘接劑疊層結構的柔性電路無法使用的工作環境之中。

產前處理

在生產過程中,為了防止開短路過多而引起良率過低或減少鉆孔、壓延、切割等粗工藝問題而導致的FPC板報廢、補料的問題,及評估如何選材方能達到客戶使用的佳效果的柔性線路板,產前預處理顯得尤其重要。

產前預處理,需要處理的有三個方面,這三個方面都是由工程師完成。是FPC板工程評估,主要是評估客戶的FPC板是否能生產,公司的生產能力是否能滿足客戶的制板要求以及單位成本;如果工程評估通過,接下來則需要馬上備料,滿足各個生產環節的原材料供給,后,工程師對:客戶的CAD結構圖、gerber線路資料等工程文件進行處理,以適合生產設備的生產環境與生產規格,然后將生產圖紙及MI(工程流程卡)等資料下放給生產部及文控、采購等各個部門,進入常規生產流程。

生產流程

雙面板制

開料→ 鉆孔→ PTH → 電鍍→ 前處理→ 貼干膜 → 對位→曝光→ 顯影 → 圖形電鍍 → 脫膜 → 前處理→ 貼干膜 →對位曝光→ 顯影 →蝕刻 → 脫膜→ 表面處理 → 貼覆蓋膜 → 壓制 → 固化→ 沉鎳金→ 印字符→ 剪切→ 電測 → 沖切→ 終檢→包裝 → 出貨

單面板制

開料→ 鉆孔→貼干膜 → 對位→曝光→ 顯影 →蝕刻 → 脫膜→ 表面處理 → 貼覆蓋膜 → 壓制 → 固化→表面處理→沉鎳金→ 印字符→ 剪切→ 電測 → 沖切→ 終檢→包裝 → 出貨

特性

1、短:組裝工時短

所有線路都配置完成。省去多余排線的連接工作

2、?。后w積比PCB小

可以有效降低產品體積。增加攜帶上的便利性

3、輕:重量比 PCB (硬板)輕

可以減少終產品的重量

4、?。汉穸缺萈CB薄

可以提高柔軟度。加強再有限空間內作三度空間的組裝

銅箔基板(Copper Film)

銅箔:基本分成電解銅與壓延銅兩種。 厚度上常見的為1oz 1/2oz 和 1/3 oz

基板膠片:常見的厚度有1mil與1/2mil兩種。

膠(接著劑):厚度依客戶要求而決定。

覆蓋膜保護膠片(Cover Film)

覆蓋膜保護膠片:表面絕緣用。 常見的厚度有1mil與1/2mil.

膠(接著劑):厚度依客戶要求而決定。

離形紙:避免接著劑在壓著前沾附異物;便于作業。

補強板(PI Stiffener Film)

補強板: 補強FPC的機械強度,方便表面實裝作業。常見的厚度有3mil到9mil.

膠(接著劑):厚度依客戶要求而決定。

離形紙:避免接著劑在壓著前沾附異物。

EMI:電磁屏蔽膜,保護線路板內線路不受外界(強電磁區或易受干擾區)干擾。

優缺點

多層線路板的優點:組裝密度高、體積小、質量輕,因為高密度裝配、部件(包括零部件)間的連線減少,從而增加了可靠性;能增加接線層,然后增加設計彈性;也可以構成電路的阻抗,可形成具有一定的高速傳輸電路,可以設定電路、電磁屏蔽層,還可安裝金屬芯層滿足特殊熱隔熱等功能與需求;安裝方便、可靠性高。

多層pcb板的缺點(不合格):成本高、周期長;需要高可靠性檢驗方法。多層印制電路是電子技術、多功能、高速度、小體積大容量方向的產物。隨著電子技術的發展,特別是大規模和超大規模集成電路的廣泛應用,多層印制電路密度較高的快速、、高數改變方向出現細紋。

PCB板材的Tg值

業界長期以來,Tg值是常見的用來劃分FR-4基材的等級指標,通常認為Tg值越高,材料的可靠性越高。

比如下圖老wu在南亞上邊截取的關于FR-4板材的說明:

Tg135℃,板材用途:主機板、消費類電子產品等

Tg180℃,板材用途:CPU主板,DDR3 內存基板,IC封裝用基板等等。

基材對于印刷電路板的作用,就像印刷電路板對于電子器件的作用一樣重要。按照PCB的基材按性質可分為有機基板和無機基板兩個大的體系。

有機基板由酚醛樹脂浸漬的多層紙層或環氧樹脂、聚酰亞胺、氰酸酯、BT 樹脂等浸漬的無紡布或玻璃布層組成。這些基板的用途取決于 PCB 應用所需的物理特性,如工作溫度、頻率或機械強度。

無機基板主要包括陶瓷和金屬材料,如鋁、軟鐵、銅。這些基板的用途通常取決于散熱需要。

我們常用的剛性印制板基板屬于有機基板,比如FR-4環氧玻纖布基板,是以環氧樹脂作粘合劑,以電子級玻璃纖維布作增強材料的一類基板。

我們看到,FR-4以環氧樹脂作為粘合劑,樹脂材料有一個重要特性參數:玻璃化轉變溫度Tg(glass transition temperature),指的是材料從一個相對剛性或“玻璃”狀態轉變為易變性或軟化狀態的溫度轉變點。

玻璃態物質在玻璃態和高彈態之間相互可逆轉化的溫度。啥意思?就是說FR-4基板的粘合劑環氧樹脂若溫度低于Tg,這時材料處于剛硬的“玻璃態”。當溫度Tg時,材料會呈現類似橡膠般柔軟可撓的性質。對!它~變【軟】了~ 圖片



玻璃態

樹脂材料處于溫度Tg以下的狀態為堅硬的固體即玻璃態。在外力作用下有一定的變形但變形可逆,即外力消失后,其形變也隨之消失,是大多數樹脂的使用狀態。

高彈態

當樹脂受熱溫度超過Tg時,無定形狀態的分子鏈開始運動,樹脂進入高彈態。處于這一狀態的樹脂類似橡膠狀態的彈性體,但仍具有可逆的形變性質。

注意,溫度超過Tg值后,材料逐漸變軟,是逐漸,而且只要樹脂沒有發生分解,當溫度冷卻到Tg值以下時,它還是可以變回之前性質相同的剛性狀態。

氮素,有個Td值,叫熱分解溫度,樹脂類材料被加熱至某一高溫點時,樹脂體系開始分解。樹脂內的化學鍵開始斷裂并伴隨有揮發成分溢出,那PCB基材里的樹脂就變少了。Td點指的是這個過程開始發生的溫度點。Td通常定義為失去原質量5%時對應的分解溫度點。但這5%對于多層PCB來說是非常高的了。

我們知道,影響PCB上傳輸線特性阻抗的因素有,線寬,走線與參考平面間距,板材介電常數等等。而基板材料的樹脂量對介電特性有很大的影響,而且樹脂揮發后對控制走線與參考平面的間距也有影響。

對于無鉛焊接工藝需要考慮這個Td值,比如傳統的錫鉛焊接工藝溫度范圍為210~245℃,而無鉛焊接工藝溫度范圍為240~270℃。

下邊兩個這個截圖是老wu在建滔官網上下載的兩份板材的參數表做的對比,左邊的是FR-4常規系列板材,右邊是FR-4無鉛板材

常規FR4 板材 KB-6160 Tg值為135℃,5%質量損失Td值為305℃

FR4無鉛板材 KB-6168LE Tg值為 185℃,5%質量損失Td值為359℃

我們看到,常規FR4板材的Td值都在300℃以上,而有鉛焊接工藝溫度范圍在240~270℃,Td值完全滿足哇,為啥還要搞個無鉛版本呢?

正如老wu上邊所述,5%的樹脂質量揮發率對于需要控制阻抗的多層PCB來說顯得太大了,對于錫鉛焊接工藝來說,210~245℃的溫度材料基本不會出現明顯的熱分解,而無鉛焊接的240~270℃溫度區間,對于普通Tg FR-4 基材來說,已經開始損失1.5~3%的樹脂質量。雖然不到IPC標準所要求的5%,但這損失的樹脂質量也不可忽視。同時,這個分解水平,還可能會影響基材長期的可靠性或導致焊接過程中出現分層或空洞的缺陷,特別是需要多次焊接的過程或存在返修加熱的情況。

所以,如果采用無鉛焊接工藝的話,除了考慮Tg值,還要考慮Td值。

基板材料的性能在Tg值以上和在Tg值以下時差異很大,不過,Tg值一般被描述為一個非常的溫度值,比如Tg135,并不是說溫度一超過135℃基板就變得軟趴趴,而是當溫度接近Tg值開始,材料的物料性能會開始改變,它是一個逐步變化的過程。

樹脂體系的Tg值對材料的性能影響主要有兩個方面:

熱膨脹的影響

樹脂體系固化時間

板材受熱膨脹,腦補一下畫面,SMT焊接時BGA焊盤的間距是不是也就跟著變化了?而且,熱膨脹導致的機械應力,會對PCB上的走線和焊盤的連接造成細微的裂紋,這些裂紋可能在PCB生產完畢后的開/短路測試時不會被發現,而在SMT等二次加熱后故障就顯現出來了,這往往讓人很懵逼,而糟糕的情況是,SMT加熱時暗病都沒出現,在產品出去之后,在冷熱交替的使用環境中,板材的受熱膨脹讓這些細微的裂紋隨機性的發生,造成設備故障。

基板材料熱性能參數除了標準Tg、Td值,還有熱膨脹系數CTE,有X/Y軸方向的CTE也有Z軸方向的CTE。

Z軸的CTE對PCB的可靠性有很重要的影響。由于鍍覆孔貫穿PCB的Z軸,所以基材中的熱膨脹和收縮會導致鍍覆孔扭曲和塑性形變,也會使PCB表面的銅焊盤變形。

而SMT時,X/Y軸的CTE則變得非常重要。特別是采用芯片級封裝(CSP)和芯片直接貼裝時,CTE的重要性更為,同時,X/Y軸的CTE也會影響覆銅箔層壓板或PCB的內層附著力和抗分層能力。特別是采用無鉛焊接工藝的PCB來說,每一層中的X/Y軸CTE值就顯得尤其重要了。

那么,是不是高Tg值的基材就是好呢?在關于Tg值的許多討論中,往往認為較高的Tg值總是對基材有利的,但情況也并非總是如此??梢源_定的是,對于一種給定的樹脂體系,高Tg值基材在受熱時的材料高速率膨脹開始時間要相對晚一些,而整體膨脹則與材料的種類有很大關系。低Tg值的基材可能會比高Tg值的基材表現出更小的整體膨脹,這主要與樹脂本身的CTE值,或者樹脂配方中加入無機填料 降低了基材的CTE有關。

同時還要注意的是,有些低端的FR-4材料,標準Tg值是140℃的基材比標準Tg值是170℃的基材具有更高的熱分解溫度Td值。如上邊老wu所述,Td對于無鉛焊接來說是一個很重要的指標,一般建議選擇Td數值較大的,而的FR-4往往同時具備高的Tg值和高Td值。

此外,高Tg值的基材往往比低Tg值的基材剛性更大且更脆,這往往會影響PCB制造過程的生產效率,特別是鉆孔工序。

比如某創就發帖子說明,隨著板子越來越密,過孔與過孔之間的間隙越來越小,對于材料要求越來越高,為此某創將提供TG=155的中TG板材為多層板收費服務!

為啥多收費?

TG=155的板材比TG=135的成本高20%左右,嗯 來料貴了

因為鉆孔,中TG用新鉆鉆咀效果更佳(一般鉆咀能磨4次),因為太硬

壓合時間:普通TG=135的只需要壓合110分鐘,而中TG=1 55的壓合150分鐘

為啥要提供中或高Tg板材,板廠那邊說,原因之一是因為高密的過孔,普通TG的過孔間距不能小于12MIL,而中TG不能小于 10MIL,因為板材有玻璃布,在鉆孔的時候會有一些拉傷,兩個過孔之間你拉一點我拉一點就形成了燈芯效應,而中TG因為硬,板材內的成份不一樣,又加上用新鉆咀能有效的防范燈芯效應,后續對于難度高的多層板,過孔間間隙太密,某創會強制客選擇用中TG板材生產!

原因之二是基板的Tg提高了, 印制板的耐熱性、耐潮濕性、耐化學性、耐穩定性等特征都會提高和改善。TG值越高,板材的耐溫度性能越好,尤其在無鉛噴錫制程中,高Tg應用比較多。

這是從板廠的可制造性方面考慮,而如果是PCB裝配采用無鉛焊接工藝的話,還需要綜合考慮玻璃化轉變溫度Tg、分解溫度Td、熱膨脹系數CTE、吸水率、分層時間等等因素。

在高速PCB設計時,設計者應該從那些方面去考慮EMC、EMI的規則呢?



一般EMI/EMC設計時需要同時考慮輻射(radiated)與傳導(conducted)兩個方面。前者歸屬于頻率較高的部分(>30MHz)后者則是較低頻的部分(<30MHz)。所以不能只注意高頻而忽略低頻的部分。

一個好的EMI/EMC設計一開始布局時就要考慮到器件的位置,PCB疊層的安排,重要聯機的走法,器件的選擇等,如果這些沒有事前有較佳的安排,事后解決則會事倍功半,增加成本。

例如時鐘產生器的位置盡量不要靠近對外的連接器,高速信號盡量走內層并注意特性阻抗匹配與參考層的連續以減少反射,器件所推的信號之斜率(slewrate)盡量小以減低高頻成分,選擇去耦合(decoupling/bypass)電容時注意其頻率響應是否符合需求以降低電源層噪聲。

另外,注意高頻信號電流之回流路徑使其回路面積盡量小(也就是回路阻抗loopimpedance盡量小)以減少輻射。還可以用分割地層的方式以控制高頻噪聲的范圍。

適當的選擇PCB與外殼的接地點(chassisground)。

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