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PCB设计中的常用基本概念

文章来源: 智力创电路板     阅读次数:2279     发表时间:2022-07-19    

[导读]:FR4板材/阻抗匹配/表面处理/差分线/信号完整性/信号反射/盲埋孔/测试点

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。

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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。
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 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。
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。

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。
 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。

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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。 

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。

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。

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。


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。

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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。
Mark

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,见下图所示。
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。

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。


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