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如何选择高频高速板材
选择PCB板材在满足设计需求、可量产性、成本中间取得平衡点。简单而言，设计需求包含电气和结构可靠性这两部分。通常在设计非常高速的PCB板子（大于GHz的频率）时这板材问题会比较重要。例如，现在常用的FR-4材质，在几个GHz的频率时的介质损Df（Dielectricloss）会很大，可能就不适用。
举例来说，10Gb/S高速数字信号是方波，它可以看作是不同频率的正弦波信号的叠加。因此10Gb/S包含许多不同频率信号：5Ghz的基波信号、3阶15GHz、5阶25GHz、7阶35GHz信号等。保持数字信号的完整性以及上下沿的陡峭程度和射频微波（数字信号的高频谐波部分达到了微波频段）的低损耗低失真传输一样。因此，在诸多方面，高速数字电路PCB选材和射频微波电路的需求类似。
在实际的工程操作中，高频板材的选择看似简单但需要考虑的因素还是非常多的，通过本文的介绍，作为PCB设计工程师或者高速项目负责人，对板材的特性及选择有一定的了解。了解板材电性能、热性能、可靠性等。并合理使用层叠，设计出一块可靠性高、加工性好的产品，各种因素的考量达到佳化。

PCB的信号完整性与设计

在PCB的设计中,PCB设计人员需要把元器件的布局、布线及每种情况下应采用的何种SI问题解决方法综合起来,才能更好地解决PCB板的信号完整性问题.在某些情况下IC的选择能决定SI问题的数量和严重性.开关时间或边沿速率是指IC状态转换的速率,IC边沿速率越快,出现SI问题的可能性越高,正确地端接器件就很重要.PCB设计中减少信号完整性问题常用的方法是在传输线上增加端接元器件.在端接过程中,要权衡元器件数量、信号开关速度和电路功耗三方面的要求.例如增加端接元器件意味着PCB设计人员可用于布线的空间更少,而且在布局处理的后期增加端接元器件会更加困难,因为为新的元件和布线留出相应的空间.因此在PCB布局初期就应当搞清楚是否需要放置端接元器件.

1.信号完整性设计的一般准则:



PCB的层数如何定义?

包括采用多少层?各个层的内容如何安排合理?如应该有几层信号层、电源层和地层,信号层与地层如何交替排列等.



如何设计多种类的电源分块系统?

如3.3V、2.5V、3V、1.8V、5V、12V等等.电源层的合理分割和共地问题是PCB是否稳定的一个十分重要的因素.

如何配置退耦电容?

利用退耦电容来消除噪声是常用的手段,但如何确定其电容量?电容放置在什么位置?采用什么类型的电容等?



如何消除地弹噪声?



地弹噪声是如何影响和干扰有用信号的?

回路(Return Path)噪声如何消除?很多情况下,回路设计不合理是电路不工作的关键,而回路设计往往是工程师束手无策的工作。


如何合理设计电流的分配?

尤其是电/地层中电流的分配设计十分困难,而总电流在PCB板中的分配如果不均匀,会直接明显地影响PCB板的不稳定工作。

另外还有一些常见的如过冲、欠冲、振铃、传输线时延、阻抗匹配、串扰、毛刺等有关信号畸变的问题,但这些问题和上述问题是不可分割的,它们之间是因果关系.

抗ESD的PCB布局与布线设计

尽可能使用多层PCB板结构,在PCB板内层布置的电源和地平面。采用旁路和退耦电容。尽量将每一个信号层都紧靠一个电源层或地线层,对于顶层和底层表面都有元器件、具有很短连接线以及许多填充地的高密度PCB,可以考虑使用内层走线。

确保每一个功能电路和各功能电路之间的元器件布局尽可能紧凑,对易受ESD影响的电路或敏感元器件,应该放在靠近PCB板中心的区域,这样其它的电路可以为它们提供一定的屏蔽作用。在能被ESD直接击中的区域,每一个信号线附近都要布一条地线。

在ESD容易进入的设备I/0接口处以及人手经常需要触摸或操作的位置,比如复位键、通讯口、开/关机键、功能按键等。通常在接收端放置瞬态保护器、串联电阻或磁珠。

要确保信号线尽可能短,信号线的长度大于12inch(30cm)时,一定要平行布一条地线。

确保信号线和相应回路之间的环路面积尽可能小,对于长信号每隔几厘米或几英寸调换信号线和地线的位置来减小环路面积。

确保电源和地之间的环路面积尽可能小,在靠近集成电路芯片(IC)每一个电源管脚的地方放置一个高频电容。

在可能的情况下,要用地填充未使用的区域,每隔<2inch(5cm)距离将所有层的填充地连起来。

电源或地平面上开口长度超过8mm时,要用窄的导线将开口两侧连接起来。

复位线、中断信号线、或者边沿触发信号线不能布置在靠近PCB板边沿的地方。

在PCB板的整个外围四周布置环形地通路，尽可能使所有层的环形地宽度大于100mil。每隔500mil用过孔将所有层的环形地连接起来，信号线距离环形地>20mil(0.5mm)。

PCB多层板解析
多层板的定义：
PCB多层板是指用于电器产品中的多层线路板,多层板用上了更多单面板或双面板的布线板。用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印刷线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板了，也称为多层印刷线路板。



随着SMT（表面安装技术）的不断发展，以及新一代SMD（表面安装器件）的不断推出，如QFP、QFN、CSP、BGA（特别是MBGA），使电子产品更加智能化、小型化，因而推动了PCB工业技术的重大改革和进步。自1991年IBM公司成功开发出高密度多层板（SLC）以来，各国各大集团也相继开发出各种各样的高密度互连（HDI）微孔板。这些加工技术的迅猛发展，促使了PCB的设计已逐渐向多层、高密度布线的方向发展。多层印制板以其设计灵活、稳定可靠的电气性能和的经济性能，现已广泛应用于电子产品的生产制造中。


PCB多层板与单面板、双面板大的不同就是增加了内部电源层（保持内电层）和接地层，电源和地线网络主要在电源层上布线。但是，多层板布线主要还是以顶层和底层为主，以中间布线层为辅。因此，多层板的设计与双面板的设计方法基本相同，其关键在于如何优化内电层的布线，使电路板的布线更合理，电磁兼容性更好。

多层板的结构：

层压，顾名思义，就是把各层线路薄板粘合成一个整体的工艺。其整个过程，包括吻压、全压、冷压。在吻压阶段，树脂浸润粘合面并填充线路中的空隙，然后进入全压，把所有的空隙粘合。所谓冷压，就是使线路板快速冷却，并使尺寸保持稳定。



层压工艺需要注意的事项，在设计上，符合层压要求的内层芯板，主要是厚度、外形尺寸、的定位孔等，需要按照具体的要求进行设计，总体上内层芯板要求无开、短、断路，无氧化，无残留膜。

其次，多层板层压时，需对内层芯板进行处理，处理的工艺有黑氧化处理和棕化处理。氧化处理是在内层铜箔上形成一层黑色氧化膜，棕化处理工艺是在内层铜箔上形成一层有机膜。

后，在进行层压时，需要注意温度、压力、时间三大问题。温度，主要是注意树脂的熔融温度和固化温度、热盘设定温度、材料实际温度及升温的速度变化等，这些参数都需要注意。至于压力方面，以树脂填充层间空洞，排尽层间气体和挥发物为基本原则。时间参数，主要是加压时机的控制、升温时机的控制、凝胶时间等方面。

多层板进行阻抗、层叠设计考虑的基本原则有哪些？

在进行阻抗、层叠设计的时候，主要的依据就是PCB板厚、层数、阻抗值要求、电流的大小、信号完整性、电源完整性等，一般参考的原则如下：
叠层具有对称性；
l 阻抗具有连续性；
l 元器件面下面参考层尽量是完整的地或者电源(一般是第二层或者倒数第二层)；
l 电源平面与地平面紧耦合；
l 信号层尽量靠近参考平面层；
l 两个相邻的信号层之间尽量拉大间距。走线为正交；
l 信号上下两个参考层为地和电源，尽量拉近信号层与地层的距离；
l 差分信号的间距≤2倍的线宽；
l 板层之间的半固化片≤3张；
l 次外层至少有一张7628或者2116或者3313；
l 半固化片使用顺序7628→2116→3313→1080→106。

PCB电路板加工异常状况分析
【PCB信息网】 PCB电路板加工的过程中难免会遇到几个残次品，有可能是机器失误造成的，也有可能是人为原因，例如有时候会出现一种被称为孔破状态的异常情况，成因要具体情况具体分析。

如果孔破状态是点状分布而非整圈断路的现象，就称为点状孔破，也有人称它为“楔型孔破”。常见产生原因，来自于除胶渣制程处理不良所致。PCB电路板加工时除胶渣制程会行膨松剂处理，之后进行强氧化剂「高锰酸盐」的侵蚀作业，这个过程会清除胶渣并产生微孔结构。经过清除过程所残留下来的氧化剂，就依靠还原剂清除，典型配方采用酸性液体处理。

由于胶渣处理后，并不会再看到有残胶渣问题，大家常忽略了对还原酸液的监控，这就可能让氧化剂留在孔壁面上。之后电路板进入化学铜制程，经过整孔剂处理后电路板会进行微蚀处理，这时残留的氧化剂再度受到酸浸泡而让残留氧化剂区的树脂剥落，同时也等于将整孔剂破坏了。



受到破坏的孔壁，在后续钯胶体及化学铜处理就不会发生反应，这些区域就呈现出无铜析出现象。基础没有建立，电镀铜当然就无法完整覆盖而产生点状孔破。这类问题已经在不少电路板厂在进行电路板加工的时候发生过，多留意除胶渣制程还原步骤药水监控应该就可以改善。

PCB电路板加工过程中的每一个环节都需要我们严格把控，因为化学反应有时候会在我们不注意的角落慢慢发生，从而破坏整个电路。这种孔破状态大家要警惕了。

裸板（上头没有零件）也常被称为"印刷线路板Printed Wiring Board（PWB）"。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线（conductor pattern）或称布线，并用来提供PCB板上零件的电路连接。

通常PCB板的颜色都是绿色或是棕色，这是阻焊（solder mask）的颜色。是绝缘的防护层，可以保护铜线，也防止波焊时造成的短路，并节省焊锡之用量。在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面（silk screen）。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面（legend）。

在制成终产品时，其上会安装集成电路、电晶体、二极管、被动元件（如：电阻、电容、连接器等）及其他各种各样的电子零件。借着导线连通，可以形成电子讯号连结及应有机能。

PCB板不同材质区别：
材料的燃烧性,又称阻燃性,自熄性耐燃性,难燃性,耐火性,可燃性等燃烧性是评定材料具有何种耐抗燃烧的能力。

燃性材料样品以符合要求的火焰点燃,经规定的时间移去火焰,根据试样燃烧的程度来评定燃烧性等级,共分三级,试样水平放置为水平试验法,分为 FH1,FH2,FH3 三级,试样垂直放置为垂直试验法分为 FV0,FV1,VF2 级。

固 PCB 板材有 HB 板材和 V0 板材之分。



HB 板材阻燃性低，多用于单面板，

VO 板材阻燃性高，多用于双面板及多层板

符合 V-1 防火等级要求的这一类 PCB 板材成为 FR-4 板材。

V-0,V-1,V-2 为防火等级。





电路板耐燃，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。



什么是高 Tg PCB 线路板及使用高 Tg PCB 的优点？

高 Tg 印制板当温度升高到某一区域时，基板将由"玻璃态”转变为“橡胶态”，此时的温度称为该板的玻璃化温度(Tg)。也就是说，Tg 是基材保持刚性的高温。



PCB 板材具体有那些类型？

按档次级别从底到高划分如下：

94HB － 94VO － 22F － CEM-1 － CEM-3 － FR-4

详细介绍如下：

94HB：普通纸板，不防火（低档的材料，模冲孔，不能做电源板）

94V0：阻燃纸板 （模冲孔）

22F：单面半玻纤板（模冲孔）

CEM-1：单面玻纤板（要电脑钻孔，不能模冲）

CEM-3：双面半玻纤板（除双面纸板外属于双面板低端的材料，简单的

双面板可以用这种料，比 FR-4 会便宜 5~10 元/平米）

FR-4: 双面玻纤板





电路板耐燃，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。

什么是高 Tg PCB 线路板及使用高 Tg PCB 的优点高 Tg 印制板当温度升高到某一区域时，基板将由"玻璃态”转变为“橡胶态”，此

时的温度称为该板的玻璃化温度(Tg)。也就是说，Tg 是基材保持刚性的高温度(℃)。也就是说普通 PCB 基板材料在高温下，不但产生软化、变形、熔融等现象，同时还表现在机械、电气特性的急剧下降（我想大家不想看 pcb 板的分类见自己的产品出现这种情况）。



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。

高 Tg 指的是高耐热性。随着电子工业的飞跃发展，特别是以计算机为代表的电子产品，向着高功能化、高多层化发展，需要 PCB 基板材料的更高的耐热性作为重要的。以 SMT、CMT 为代表的高密度安装技术的出现和发展，使PCB 在小孔径、精细线路化、薄型化方面，越来越离不开基板高耐热性的支持。

所以一般的 FR-4 与高 Tg 的 FR-4 的区别：是在热态下，特别是在吸湿后受

热下，其材料的机械强度、尺寸稳定性、粘接性、吸水性、热分解性、热膨胀性等各种情况存在差异，高 Tg 产品明显要好于普通的 PCB 基板材料。

近年来，要求制作高 Tg 印制板的客户逐年增多。





随着电子技术的发展和不断进步，对印制板基板材料不断提出新要求，从而，促进覆铜箔板标准的不断发展。目前，基板材料的主要标准如下。



①国家标准目前，我国有关基板材料 pcb 板的分类的国家标准有 GB／

T4721—47221992 及 GB4723—4725—1992，中国台湾地区的覆铜箔板标准为CNS 标准，是以日本 JIs 标准为蓝本制定的，于 1983 年发布。



②其他国家标准主要标准有：日本的 JIS 标准，美国的 ASTM、NEMA、MIL、IPc、ANSI、UL 标准，英国的 Bs 标准，德国的 DIN、VDE 标准，法国的 NFC、UTE 标准，加拿大的 CSA 标准，澳大利亚的 AS 标准，前苏联的 FOCT 标准，国际的 IEC 标准等



原 PCB 设计材料的供应商，大家常见与常用到的就有：生益＼建涛＼国际等等

● 接受文件 ：protel autocad powerpcb orcad gerber 或实板抄板等

● 板材种类 ：CEM-1,CEM-3 FR4,高 TG 料；

● 大板面尺寸 ：600mm*700mm(24000mil*27500mil)

● 加工板厚度 ：0.4mm-4.0mm(15.75mil-157.5mil)

● 高加工层数 ：16Layers

● 铜箔层厚度 ：0.5-4.0(oz)

● 成品板厚公差 ：+/-0.1mm(4mil)

● 成型尺寸公差 ：电脑铣：0.15mm(6mil) 模具冲板：0.10mm(4mil)

● 小线宽/间距：0.1mm(4mil) 线宽控制能力 ：＜+-20％

● 成品小钻孔孔径 ：0.25mm(10mil)

成品小冲孔孔径 ：0.9mm(35mil)

成品孔径公差 ：PTH ：+-0.075mm(3mil)

NPTH：+-0.05mm(2mil)

● 成品孔壁铜厚 ：18-25um（0.71-0.99mil）

● 小 SMT 贴片间距 ：0.15mm(6mil)

● 表面涂覆 ：化学沉金、喷锡、整板镀镍金（水/软金）、丝印兰胶等

● 板上阻焊膜厚度 ：10-30μm(0.4-1.2mil)

● 抗剥强度 ：1.5N/mm（59N/mil）

● 阻焊膜硬度 ：＞5H

● 阻焊塞孔能力 ：0.3-0.8mm(12mil-30mil)

● 介质常数 ：ε= 2.1-10.0

● 绝缘电阻 ：10KΩ-20MΩ

● 特性阻抗 ：60 ohm±10％

● 热冲击 ：288℃，10 sec

● 成品板翘曲度 ：〈 0.7％

● 产品应用：通信器材、汽车电子、仪器仪表、定位系统、计算机、MP4、电源、家电等



按照PCB板增强材料一般分为以下几种：

1、酚醛PCB纸基板

因为这种PCB板由纸浆木浆等组成，因此有时候也成为纸板、V0板、阻燃板以及94HB等，它的主要材料是木浆纤维纸，经过酚醛树脂加压并合成的一种PCB板。

这种纸基板特点是不防火，可进行冲孔加工﹑成本低﹑价格便宜﹐相对密度小。酚醛纸基板我们经常看见的有XPC、FR-1、FR-2、FE-3等。而94V0属于阻燃纸板，是防火的。

2、复合PCB基板

这种也成为粉板, 以木浆纤维纸或棉浆纤维纸为增强材料﹐同时辅以玻璃纤维布作表层增强材料﹐两种材料用阻燃环氧树脂制作而成。有单面半玻纤22F、CEM-1以及双面半玻纤板CEM-3等，其中CEM-1和CEM-3这两中是目前常见的复合基覆铜板。

3、玻纤PCB基板

有时候也成为环氧板、玻纤板、 FR4、纤维板等﹐它是以环氧树脂作粘合剂﹐同时用玻璃纤维布作增强材料。这种电路板工作温度较高﹐受环境影响很小、在双面PCB经常用这种板﹐但是价格相对复合PCB基板价格贵,常用厚度1.6MM。这种基板适合于各种电源板、高层线路板，在计算机及外围设备、通讯设备等应用广泛。