印制電路板分類
印制電路板{PCB線路板},又稱印刷電路板,是電子元器件電氣連接的提供者。它的發(fā)展已有100多年的歷史了;它的設(shè)計主要是版圖設(shè)計;采用電路板的主要優(yōu)點是大大減少布線和裝配的差錯,提高了自動化水平和生產(chǎn)勞動率。
按照線路板層數(shù)可分為單面板、雙面板、四層板、六層板以及其他多層線路板。
單面板
在最基本的PCB上,零件集中在其中一面,導線則集中在另一面上。因為導線只出現(xiàn)在其中一面,所以這種PCB叫作單面板(Single-sided)。因為單面板在設(shè)計線路上有許多嚴格的限制(因為只有一面,布線間不能交叉而必須繞獨自的路徑),所以只有早期的電路才使用這類的板子。
雙面板
這種電路板的兩面都有布線,不過要用上兩面的導線,必須要在兩面間有適當?shù)碾娐愤B接才行。這種電路間的“橋梁”叫做導孔(via)。導孔是在PCB上,充滿或涂上金屬的小洞,它可以與兩面的導線相連接。因為雙面板的面積比單面板大了一倍,雙面板解決了單面板中因為布線交錯的難點(可以通過導孔通到另一面),它更適合用在比單面板更復雜的電路上。
多層板
為了增加可以布線的面積,多層板用上了更多單或雙面的布線板。用一塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層或二塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層的印刷線路板,通過定位系統(tǒng)及絕緣粘結(jié)材料交替在一起且導電圖形按設(shè)計要求進行互連的印刷線路板就成為四層、六層印刷電路板了,也稱為多層印刷線路板。板子的層數(shù)并不代表有幾層獨立的布線層,在特殊情況下會加入空層來控制板厚,通常層數(shù)都是偶數(shù),并且包含最外側(cè)的兩層。大部分的主機板都是4到8層的結(jié)構(gòu),不過技術(shù)上理論可以做到近100層的PCB板。大型的超級計算機大多使用相當多層的主機板,不過因為這類計算機已經(jīng)可以用許多普通計算機的集群代替,超多層板已經(jīng)漸漸不被使用了。因為PCB中的各層都緊密的結(jié)合,一般不太容易看出實際數(shù)目,不過如果仔細觀察主機板,還是可以看出來。
印制電路板布線要求
1、導線
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印制導線的最小寬度,主要由導線和絕緣基板間的粘附強度和流過它們的電流值決定。印制導線可盡量寬一些,尤其是電源線和地線,在板面允許的條件下盡量寬一些,即使面積緊張的條件下一般不小于1mm。特別是地線,即使局部不允許加寬,也應在允許的地方加寬,以降低整個地線系統(tǒng)的電阻。對長度超過80mm的導線,即使工作電流不大,也應加寬以減小導線壓降對電路的影響。
?、崎L度
要極小化布線的長度,布線越短,干擾和串擾越少,并且它的寄生電抗也越低,輻射更少。特別是場效應管柵極,三極管的基極和高頻回路更應注意布線要短。
?、情g距
相鄰導線之間的距離應滿足電氣安全的要求,串擾和電壓擊穿是影響布線間距的主要電氣特性。為了便于操作和生產(chǎn),間距應盡量寬些,選擇最小間距至少應該適合所施加的電壓。這個電壓包括工作電壓、附加的波動電壓、過電壓和因其它原因產(chǎn)生的峰值電壓。當電路中存在有市電電壓時,出于安全的需要間距應該更寬些。
⑷路徑
信號路徑的寬度,從驅(qū)動到負載應該是常數(shù)。改變路徑寬度對路徑阻抗(電阻、電感、和電容)產(chǎn)生改變,會產(chǎn)生反射和造成線路阻抗不平衡。所以,最好保持路徑的寬度不變。在布線中,最好避免使用直角和銳角,一般拐角應該大于90°。直角的路徑內(nèi)部的邊緣能產(chǎn)生集中的電場,該電場產(chǎn)生耦合到相鄰路徑的噪聲,45°路徑優(yōu)于直角和銳角路徑。當兩條導線以銳角相遇連接時,應將銳角改成圓形。
2、孔徑和焊盤尺寸
元件安裝孔的直徑應該與元件的引線直徑較好的匹配,使安裝孔的直徑略大于元件引線直徑的(0.15~0.3)mm。通常DIL封裝的管腳和絕大多數(shù)的小型元件使用0.8mm的孔徑,焊盤直徑大約為2mm。對于大孔徑焊盤為了獲得較好的附著能力,焊盤的直徑與孔徑之比,對于環(huán)氧玻璃板基大約為2,而對于苯酚紙板基應為(2.5~3)。
過孔,一般被使用在多層PCB中,它的最小可用直徑是與板基的厚度相關(guān),通常板基的厚度與過孔直徑比是6:1。高速信號時,過孔產(chǎn)生(1~4)nH的電感和(0.3~0.8)pF的電容的路徑。因此,當鋪設(shè)高速信號通道時,過孔應該被保持到絕對的最小。對于高速的并行線(例如地址和數(shù)據(jù)線),如果層的改變是不可避免,應該確保每根信號線的過孔數(shù)一樣。并且應盡量減少過孔數(shù)量,必要時需設(shè)置印制導線保護環(huán)或保護線,以防止振蕩和改善電路性能。
3、地線設(shè)計
不合理的地線設(shè)計會使印制電路板產(chǎn)生干擾,達不到設(shè)計指標,甚至無法工作。地線是電路中電位的參考點,又是電流公共通道。地電位理論上是零電位,但實際上由于導線阻抗的存在,地線各處電位不都是零。因為地線只要有一定長度就不是一個處處為零的等電位點,地線不僅是必不可少的電路公共通道,又是產(chǎn)生干擾的一個渠道。
一點接地是消除地線干擾的基本原則。所有電路、設(shè)備的地線都必須接到統(tǒng)一的接地點上,以該點作為電路、設(shè)備的零電位參考點(面)。一點接地分公用地線串聯(lián)一點接地和獨立地線并聯(lián)一點接地。
公用地線串聯(lián)一點接地方式比較簡單,各個電路接地引線比較短,其電阻相對小,這種接地方式常用于設(shè)備機柜中的接地。獨立地線并聯(lián)一點接地,只有一個物理點被定義為接地參考點,其他各個需要接地的點都直接接到這一點上,各電路的地電位只與本電路的地電流基地阻抗有關(guān),不受其他電路的影響。
具體布線時應注意以下幾點:
?、抛呔€長度盡量短,以便使引線電感極小化。在低頻電路中,因為所有電路的地電流流經(jīng)公共的接地阻抗或接地平面,所以避免采用多點接地。
?、乒驳鼐€應盡量布置在印制電路板邊緣部分。電路板上應盡可能多保留銅箔做地線,可以增強屏蔽能力。
⑶雙層板可以使用地線面,地線面的目的是提供一個低阻抗的地線。
?、榷鄬佑≈齐娐钒逯?,可設(shè)置接地層,接地層設(shè)計成網(wǎng)狀。地線網(wǎng)格的間距不能太大,因為地線的一個主要作用是提供信號回流路徑,若網(wǎng)格的間距過大,會形成較大的信號環(huán)路面積。大環(huán)路面積會引起輻射和敏感度問題。另外,信號回流實際走環(huán)路面積小的路徑,其他地線并不起作用。
⑸地線面能夠使輻射的環(huán)路最小。
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