現在市面上流行的EDA工具軟件很多,但除了使用的術語和功能鍵的位置不一樣外都大同小異,如何用這些工具更好地實現PCB的設計呢?在開始布線之前對設計進行認真的分析以及對工具軟件進行認真的設置將使設計更加符合要求。下面是一般的設計過程和步驟。1、確定PCB的層數電路板尺寸和布線層數需要在設計初期確定。如果設計要求使用高密度球柵數組(BGA)組件,就必須考慮這些器件布線所需要的最少布線層數。布線層的數量以及層疊(stack-up)方式會直接影響到印制線的布線和阻抗。板的大小有助于確定層疊方式和印制線寬度,實現期望的設計效果。多年來,人們總是認為電路板層數越少成本就越低,但是影響電路板的制造成本還有許多其它因素。近幾年來,多層板之間的成本差別已經大大減小。在開始設計時最好采用較多的電路層并使敷銅均勻分布,以避免在設計臨近結束時才發(fā)現有少量信號不符合已定義的規(guī)則以及空間要求,從而被迫添加新層。在設計之前認真的規(guī)劃將減少布線中很多的麻煩。2、設計規(guī)則和限制自動布線工具本身并不知道應該做些什幺。為完成布線任務,布線工具需要在正確的規(guī)則和限制條件下工作。不同的信號線有不同的布線要求,要對所有特殊要求的信號線進行分類,不同的設計分類也不一樣。每個信號類都應該有優(yōu)先級,優(yōu)先級越高,規(guī)則也越嚴格。規(guī)則涉及印制線寬度、過孔的最大數量、平行度、信號線之間的相互影響以及層的限制,這些規(guī)則對布線工具的性能有很大影響。認真考慮設計要求是成功布線的重要一步。
開發(fā)FPC柔性版大量涉及蝕刻面的質量問題都集中在上板面被蝕刻的部分,而這些問題來自于蝕刻劑所產生的膠狀板結物的影響。開發(fā)FPC柔性版加工廠對這一點的了解是十分重要的,因膠狀板結物堆積在銅表面上。一方面會影響噴射力,另一方面會阻檔了新鮮蝕刻液的補充,使蝕刻的速度被降低。正因膠狀板結物的形成和堆積,使得基板上下面的圖形的蝕刻程度不同,先進入的基板因堆積尚未形成,蝕刻速度較快, 故容易被徹底地蝕刻或造成過腐蝕,而后進入的基板因堆積已形成,而減慢了蝕刻的速度。蝕刻設備的維護維護蝕刻設備的最關鍵因素就是要保證噴嘴的高清潔度及無阻塞物,使噴嘴能暢順地噴射。阻塞物或結渣會使噴射時產生壓力作用,沖擊板面。而噴嘴不清潔,則會造成蝕刻不均勻而使整塊電路板報廢。明顯地,設備的維護就是更換破損件和磨損件,因噴嘴同樣存在著磨損的問題,所以更換時應包括噴嘴。此外,更為關鍵的問題是要保持蝕刻機沒有結渣,因很多時結渣堆積過多會對蝕刻液的化學平衡產生影響。同樣地,如果蝕刻液出現化學不平衡,結渣的情況就會愈加嚴重。蝕刻液突然出現大量結渣時,通常是一個信號,表示溶液的平衡出現了問題,這時應使用較強的鹽酸作適當的清潔或對溶液進行補加。
在高速設計中,可控阻抗板和線路的特性阻抗問題困擾著許多中國工程師。本文通過簡單而且直觀的方法介紹了特性阻抗的基本性質、計算和測量方法。在高速設計中,可控阻抗板和線路的特性阻抗是最重要和最普遍的問題之一。首先了解一下傳輸線的定義:傳輸線由兩個具有一定長度的導體組成,一個導體用來發(fā)送信號,另一個用來接收信號(切記“回路”取代“地”的概念)。在一個多層板中,每一條線路都是傳輸線的組成部分,鄰近的參考平面可作為第二條線路或回路。一條線路成為“性能良好”傳輸線的關鍵是使它的特性阻抗在整個線路中保持恒定。線路板成為“可控阻抗板”的關鍵是使所有線路的特性阻抗?jié)M足一個規(guī)定值,通常在25歐姆和70歐姆之間。在多層線路板中,傳輸線性能良好的關鍵是使它的特性阻抗在整條線路中保持恒定。但是,究竟什么是特性阻抗?理解特性阻抗最簡單的方法是看信號在傳輸中碰到了什么。當沿著一條具有同樣橫截面?zhèn)鬏斁€移動時,這類似圖1所示的微波傳輸。假定把1伏特的電壓階梯波加到這條傳輸線中,如把1伏特的電池連接到傳輸線的前端(它位于發(fā)送線路和回路之間),一旦連接,這個電壓波信號沿著該線以光速傳播,它的速度通常約為6英寸/納秒。當然,這個信號確實是發(fā)送線路和回路之間的電壓差,它可以從發(fā)送線路的任何一點和回路的相臨點來衡量。圖2是該電壓信號的傳輸示意圖。Zen的方法是先“產生信號”,然后沿著這條傳輸線以6英寸/納秒的速度傳播。第Y個0.01納秒前進了0.06英寸,這時發(fā)送線路有多余的正電荷,而回路有多余的負電荷,正是這兩種電荷差維持著這兩個導體之間的1伏電壓差,而這兩個導體又組成了一個電容器。在下一個0.01納秒中,又要將一段0.06英寸傳輸線的電壓從0調整到1伏特,這必須加一些正電荷到發(fā)送線路,而加一些負電荷到接收線路。每移動0.06英寸,必須把更多的正電荷加到發(fā)送線路,而把更多的負電荷加到回路。每隔0.01納秒,必須對傳輸線路的另外一段進行充電,然后信號開始沿著這一段傳播。電荷來自傳輸線前端的電池,當沿著這條線移動時,就給傳輸線的連續(xù)部分充電,因而在發(fā)送線路和回路之間形成了1伏特的電壓差。每前進0.01納秒,就從電池中獲得一些電荷(±Q),恒定的時間間隔(±t)內從電池中流出的恒定電量(±Q)就是一種恒定電流。流入回路的負電流實際上與流出的正電流相等,而且正好在信號波的前端,交流電流通過上、下線路組成的電容,結束整個循環(huán)過程。
在PCB板的設計當中,可以通過分層、恰當的布局布線和安裝實現PCB的抗ESD設計。在設計過程中,通過預測可以將絕大多數設計修改僅限于增減元器件。通過調整PCB布局布線,能夠很好地防范ESD。以下是一些常見的防范措施。1、盡可能使用多層PCB相對于雙面PCB而言,地平面和電源平面,以及排列緊密的信號線-地線間距能夠減小共模阻抗和感性耦合,使之達到雙面PCB的1/10到1/100。盡量地將每一個信號層都緊靠一個電源層或地線層。對于頂層和底層表面都有元器件、具有很短連接線以及許多填充地的高密度PCB,可以考慮使用內層線。2、對于雙面PCB來說,要采用緊密交織的電源和地柵格。電源線緊靠地線,在垂直和水平線或填充區(qū)之間,要盡可能多地連接。一面的柵格尺寸小于等于60mm,如果可能,柵格尺寸應小于13mm。3、確保每一個電路盡可能緊湊。4、盡可能將所有連接器都放在一邊。5、在每一層的機箱地和電路地之間,要設置相同的“隔離區(qū)”;如果可能,保持間隔距離為0.64mm。6、PCB裝配時,不要在頂層或者底層的焊盤上涂覆任何焊料。使用具有內嵌墊圈的螺釘來實現PCB與金屬機箱/屏蔽層或接地面上支架的緊密接觸。
一、PCB沉金采用的是化學沉積的方法,通過化學氧化還原反應的方法生成一層鍍層,一般厚度較厚,是化學鎳金金層沉積方法的一種,可以達到較厚的金層。二、PCB鍍金采用的是電解的原理,也叫電鍍方式。其他金屬表面處理也多數采用的是電鍍方式。在實際產品應用中,90%的金板是沉金板,因為鍍金板焊接性差是他的致命缺點,也是導致很多公司放棄鍍金工藝的直接原因!沉金工藝在印制線路表面上沉積顏色穩(wěn)定,光亮度好,鍍層平整,可焊性良好的鎳金鍍層?;究煞譃樗膫€階段:前處理(除油,微蝕,活化、后浸),沉鎳,沉金,后處理(廢金水洗,DI水洗,烘干)。沉金厚度在0.025-0.1um間。金應用于電路板表面處理,因為金的導電性強,抗氧化性好,壽命長,而鍍金板與沉金板最根本的區(qū)別在于,鍍金是硬金(耐磨),沉金是軟金(不耐磨)。1、沉金與鍍金所形成的晶體結構不一樣,沉金對于金的厚度比鍍金要厚很多,沉金會呈金黃色,較鍍金來說更黃(這是區(qū)分鍍金和沉金的方法之一),鍍金的會稍微發(fā)白(鎳的顏色)。2、沉金與鍍金所形成的晶體結構不一樣,沉金相對鍍金來說更容易焊接,不會造成焊接不良。沉金板的應力更易控制,對有邦定的產品而言,更有利于邦定的加工。同時也正因為沉金比鍍金軟,所以沉金板做金手指不耐磨(沉金板的缺點)。3、PCB沉金板只有焊盤上有鎳金,趨膚效應中信號的傳輸是在銅層不會對信號有影響。4、沉金較鍍金來說晶體結構更致密,不易產成氧化。5、隨著電路板加工精度要求越來越高,線寬、間距已經到了0.1mm以下。鍍金則容易產生金絲短路。沉金板只有焊盤上有鎳金,所以不容易產成金絲短路。
覆銅,就是將PCB上閑置的空間作為基準面,然后用固體銅填充,這些銅區(qū)又稱為灌銅。敷銅的意義在于,減小地線阻抗,提高抗干擾能力;降低壓降,提高電源效率;還有,與地線相連,減小環(huán)路面積。如果PCB的地較多,有SGND、AGND、GND,等等,如何覆銅?我的做法是,根據PCB板面位置的不同,分別以最主要的“地”作為基準參考來獨立覆銅,數字地和模擬地分開來敷銅自不多言。同時在覆銅之前,首先加粗相應的電源連線:V5.0V、V3.6V、V3.3V(SD卡供電),等等。這樣一來,就形成了多個不同形狀的多變形結構。覆銅需要處理好幾個問題:一是不同地的單點連接,二是晶振附近的覆銅,電路中的晶振為一高頻發(fā)射源,做法是在環(huán)繞晶振敷銅,然后將晶振的外殼另行接地。三是孤島(死區(qū))問題,如果覺得很大,那就定義個地過孔添加進去也費不了多大的事。另外,大面積覆銅好還是網格覆銅好,不好一概而論。為什么呢?大面積覆銅,如果過波峰焊時,板子就可能會翹起來,甚至會起泡。從這點來說,網格的散熱性要好些。通常是高頻電路對抗干擾要求高的多用網格,低頻電路有大電流的電路等常用完整的鋪銅。補充下:在數字電路中,特別是帶MCU的電路中,兆級以上工作頻率的電路,敷銅的作用就是為了降低整個地平面的阻抗。更具體的處理方法我一般是這樣來操作的:各個核心模塊(也都是數字電路)在允許的情況下也會分區(qū)敷銅,然后再用線把各個敷銅連接起來,這樣做的目的也是為了減小各級電路之間的影響。對于數字電路模擬電路 混合的電路,地線的獨立走線,以及到最后到電源濾波電容處的匯總就不多說了,大家都清楚。不過有一點:模擬電路里的地線分布,很多時候不能簡單敷成一片銅皮就了事,因為模擬電路里很注重前后級的互相影響,而且模擬地也要求單點接地,所以能不能把模擬地敷成銅皮還得根據實際情況處理。(這就要求對所用到的模擬IC的一些特殊性能還是要了解的)