第Y章 溶液濃度計算方法在印制電路板制造技術，各種溶液占了很大的比重，對印制電路板的最終產(chǎn)品質量起到關鍵的作用。無論是選購或者自配都必須進行科學計算。正確的計算才能確保各種溶液的成分在工藝范圍內，對確保產(chǎn)品質量起到重要的作用。根據(jù)印制電路板生產(chǎn)的特點，提供六種計算方法供同行選用。1.體積比例濃度計算：定義：是指溶質(或濃溶液)體積與溶劑體積之比值。舉例：1：5硫酸溶液就是一體積濃硫酸與五體積水配制而成。2.克升濃度計算：定義：一升溶液里所含溶質的克數(shù)。舉例：100克硫酸銅溶于水溶液10升，問一升濃度是多少?100/10=10克/升3.重量百分比濃度計算定義：用溶質的重量占全部溶液重理的百分比表示。

隨著集成電路輸出開關速度提高以及PCB板密度增加，信號完整性已經(jīng)成為高速數(shù)字PCB設計必須關心的問題之一。元器件和PCB板的參數(shù)、元器件在PCB板上的布局、高速信號的布線等因素，都會引起信號完整性問題，導致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，甚至完全不工作。如何在PCB板的設計過程中充分考慮到信號完整性的因素，并采取有效的控制措施，已經(jīng)成為當今PCB設計業(yè)界中的一個熱門課題。基于信號完整性計算機分析的高速數(shù)字PCB板設計方法能有效地實現(xiàn)PCB設計的信號完整性。1. 信號完整性問題概述信號完整性(SI)是指信號在電路中以正確的時序和電壓作出響應的能力。如果電路中信號能夠以要求的時序、持續(xù)時間和電壓幅度到達IC，則該電路具有較好的信號完整性。反之，當信號不能正常響應時，就出現(xiàn)了信號完整性問題。從廣義上講，信號完整性問題主要表現(xiàn)為5個方面：延遲、反射、串擾、同步切換噪聲(SSN)和電磁兼容性(EMI)。延遲是指信號在PCB板的導線上以有限的速度傳輸，信號從發(fā)送端發(fā)出到達接收端，其間存在一個傳輸延遲。信號的延遲會對系統(tǒng)的時序產(chǎn)生影響，在高速數(shù)字系統(tǒng)中，傳輸延遲主要取決于導線的長度和導線周圍介質的介電常數(shù)。另外，當PCB板上導線(高速數(shù)字系統(tǒng)中稱為傳輸線)的特征阻抗與負載阻抗不匹配時，信號到達接收端后有一部分能量將沿著傳輸線反射回去，使信號波形發(fā)生畸變，甚至出現(xiàn)信號的過沖和下沖。信號如果在傳輸線上來回反射，就會產(chǎn)生振鈴和環(huán)繞振蕩。

專業(yè)SMT焊接如果阻抗變化只發(fā)生一次，例如線寬從8mil變到6mil后，一直保持6mil寬度這種情況，要達到突變處信號反射噪聲不超過電壓擺幅的5%這一噪聲預算要求，SMT焊接阻抗變化必須小于10%。這有時很難做到，以 FR4板材上微帶線的情況為例，我們計算一下。如果線寬8mil，線條和參考平面之間的厚度為4mil，特性阻抗為46.5歐姆。線寬變化到6mil后特性阻抗變成54.2歐姆，阻抗變化率達到了20%。反射信號的幅度必然超標。至于對信號造成多大影響，還和信號上升時間和驅動端到反射點處信號的時延有關。但至少這是一個潛在的問題點。幸運的是這時可以通過阻抗匹配端接解決問題。如果阻抗變化發(fā)生兩次，例如線寬從8mil變到6mil后，拉出2cm后又變回8mil。那么在2cm長6mil寬線條的兩個端點處都會發(fā)生反射，一次是阻抗變大，發(fā)生正反射，接著阻抗變小，發(fā)生負反射。如果兩次反射間隔時間足夠短，兩次反射就有可能相互抵消，從而減小影響。假設傳輸信號為1V，第Y次正反射有0.2V被反射，1.2V繼續(xù)向前傳輸，第二次反射有 -0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假設6mil線長度極短，兩次反射幾乎同時發(fā)生，那么總的反射電壓只有0.04V，小于5%這一噪聲預算要求。因此，這種反射是否影響信號，有多大影響，和阻抗變化處的時延以及信號上升時間有關。研究及實驗表明，只要阻抗變化處的時延小于信號上升時間的20%，反射信號就不會造成問題。如果信號上升時間為1ns，那么阻抗變化處的時延小于0.2ns對應1.2英寸，反射就不會產(chǎn)生問題。也就是說，對于本例情況，6mil寬走線的長度只要小于3cm就不會有問題。

解決EMI問題的辦法很多，現(xiàn)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。本文從最基本的PCB布板出發(fā)，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更快。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(tài)電壓在去耦路徑的電感兩端會形成電壓降，這些瞬態(tài)電壓就是主要的共模EMI干擾源。我們應該怎么解決這些問題?就我們電路板上的IC而言，IC周圍的電源層可以看成是優(yōu)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(yōu)良的電源層的電感要小，從而電感所合成的瞬態(tài)信號也小，進而降低共模EMI。當然，電源層到IC電源引腳的連線必須盡可能短，因為數(shù)位信號的上升沿越來越快，最好是直接連到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，這個電源層必須是一個設計相當好的電源層的配對。有人可能會問，好到什么程度才算好?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(shù))。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。

一個布局是否合理沒有判斷標準，可以采用一些相對簡單的標準來判斷布局的優(yōu)劣。最常用的標準就是使飛線總長度盡可能短。一般來說，飛線總長度越短，意味著布線總長度也是越短(注意：這只是相對于大多數(shù)情況是正確的，并不是完全正確);走線越短，走線所占據(jù)的印制板面積也就越小，布通率越高。在走線盡可能短的同時，還必須考慮布線密度的問題。如何布局才能使飛線總長度最短并且保證布局密度不至于過高而不能實現(xiàn)是個很復雜的問題。因為，調整布局就是調整封裝的放置位置，一個封裝的焊盤往往和幾個甚至幾十個網(wǎng)絡同時相關聯(lián)，減小一個網(wǎng)絡飛線長度可能會增長另一個網(wǎng)絡的飛線長度。如何能夠調整封裝的位置到最佳點實在給不出太實用的標準，實際操作時，主要依靠設計者的經(jīng)驗觀查屏幕顯示的飛線是否簡捷、有序和計算出的總長度是否最短。飛線是手工布局和布線的主要參考標準，手工調整布局時盡量使飛線走最短路徑，手工布線時常常按照飛線指示的路徑連接各個焊盤。Protel的飛線優(yōu)化算法可以有效地解決飛線連接的最短路徑問題。飛線的連接策略Protel提供了兩種飛線連接方式供使用者選擇：順序飛線和最短樹飛線。在布線參數(shù)設置中的飛線模式頁可以設置飛線連接策略，應該選擇最短樹策略。動態(tài)飛線在有關飛線顯示和控制一節(jié)中已經(jīng)講到： 執(zhí)行顯示網(wǎng)絡飛線、顯示封裝飛線和顯示全部飛線命令之一后飛線顯示開關打開，執(zhí)行隱含全部飛線命令后飛線顯示開關關閉。

1、PTH造成的孔壁鍍層空洞PTH造成的孔壁鍍層空洞主要是點狀的或環(huán)狀的空洞，具體產(chǎn)生的原因如下：(1)沉銅缸銅含量、氫氧化鈉與甲醛的濃度銅缸的溶液濃度是首先要考慮的。一般來說，銅含量、氫氧化鈉與甲醛的濃度是成比例的，當其中的任何一種含量低于標準數(shù)值的10%時都會破壞化學反應的平衡，造成化學銅沉積不良，出現(xiàn)點狀的空洞。所以優(yōu)先考慮調整銅缸的各藥水參數(shù)。(2)槽液的溫度槽液的溫度對溶液的活性也存在著重要的影響。在各溶液中一般都會有溫度的要求，其中有些是要嚴格控制的。所以對槽液的溫度也要隨時關注。(3)活化液的控制二價錫離子偏低會造成膠體鈀的分解，影響鈀的吸附，但只要對活化液定時的進行添加補充，不會造成大的問題。活化液控制的重點是不能用空氣攪拌，空氣中的氧會氧化二價錫離子，同時也不能有水進入，會造成SnCl2的水解。(4)清洗的溫度清洗的溫度常常被人忽視，清洗的最佳溫度是在20℃以上，若低于15℃就會影響清洗的效果。在冬季的時候，水溫會變的很低，尤其是在北方。由于水洗的溫度低，板子在清洗后的溫度也會變的很低，在進入銅缸后板子的溫度不能立刻升上來，會因為錯過了銅沉積的黃金時間而影響沉積的效果。所以在環(huán)境溫度較低的地方，也要注意清洗水的溫度。(5)整孔劑的使用溫度、濃度與時間藥液的溫度有著較嚴格的要求，過高的溫度會造成整孔劑的分解，使整孔劑的濃度變低，影響整孔的效果，其明顯的特征是在孔內的玻璃纖維布處出現(xiàn)點狀空洞。只有藥液的溫度、濃度與時間妥善的配合，才能得到良好的整孔效果，同時又能節(jié)約成本。藥液中不斷累積的銅離子濃度，也必須嚴格控制。(6)還原劑的使用溫度、濃度與時間還原的作用是去除去鉆污后殘留的錳酸鉀和高錳酸鉀，藥液相關參數(shù)的失控都會影響其作用，其明顯的特征是在孔內的樹脂處出現(xiàn)點狀空洞。(7)震蕩器和搖擺