關(guān)于電子設(shè)計(jì)基本概念10問10答解析

多層板進(jìn)行阻抗、層疊設(shè)計(jì)考慮的基本原則有哪些？

答：在進(jìn)行阻抗、層疊設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要的依據(jù)就是PCB板厚、層數(shù)、阻抗值要求、電流的大小、信號(hào)完整性、電源完整性等，一般參考的原則如下：

疊層具有對(duì)稱性；

阻抗具有連續(xù)性；

元器件面下面參考層盡量是完整的地或者電源（一般是第二層或者倒數(shù)第二層）；

電源平面與地平面緊耦合；

信號(hào)層盡量靠近參考平面層；

兩個(gè)相鄰的信號(hào)層之間盡量拉大間距。走線為正交；

信號(hào)上下兩個(gè)參考層為地和電源，盡量拉近信號(hào)層與地層的距離；

差分信號(hào)的間距≤2倍的線寬；

板層之間的半固化片≤3張；

次外層至少有一張7628或者2116或者3313；

半固化片使用順序7628→2116→3313→1080→106。

什么是PCB表面處理工藝以及它的目的是什么？

答：表面處理最基本的目的是保證良好的可焊性或者電氣性能。由于自然界的銅在空氣當(dāng)中傾向于以氧化物的形式存在，不大可能長(zhǎng)期保持為原銅，因此需要對(duì)表面的銅做其它的處理，這個(gè)處理的過程，我們就稱之為PCB表面處理工藝。

表面的銅以氧化物的形式存在，雖然我們?cè)诤罄m(xù)的組裝過程中，我們可以采用強(qiáng)助焊劑去除掉大多數(shù)的銅的氧化物，但是這樣一來，強(qiáng)助焊劑本身不容易去除，我們PCB行業(yè)內(nèi)一般不會(huì)采用這種方法。

常見的PCB表面處理工藝有哪些呢？

答：一般來說，常見的PCB表面處理工藝有如下幾種：

熱風(fēng)整平， hot air solder leveling，也就是我們常說的噴錫（Hasl）、有機(jī)涂覆（OSP）、化學(xué)鍍鎳/浸金（化學(xué)沉金）、浸銀（沉銀）、浸錫（沉錫）、電鍍鎳金、化學(xué)鍍鈀。

什么叫做熱風(fēng)整平？

答：熱風(fēng)整平又名熱風(fēng)焊料整平，它是在PCB表面涂覆熔融錫鉛焊料并用加熱壓縮空氣整（吹）平的工藝，使其形成一層既抗銅氧化，又可提供良好的可焊性的涂覆層。熱風(fēng)整平時(shí)焊料和銅在結(jié)合處形成銅錫金屬間化合物。保護(hù)銅面的焊料厚度大約有1-2mil。PCB進(jìn)行熱風(fēng)整平時(shí)要浸在熔融的焊料中；風(fēng)刀在焊料凝固之前吹平液態(tài)的焊料；風(fēng)刀能夠?qū)~面上焊料的彎月狀最小化和阻止焊料橋接。熱風(fēng)整平分為垂直式和水平式兩種，一般認(rèn)為水平式較好，主要是水平式熱風(fēng)整平鍍層比較均勻，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。熱風(fēng)整平工藝的一般流程為：微蝕→預(yù)熱→涂覆助焊劑→噴錫→清洗。

什么叫做有機(jī)涂覆（OSP）？

答：有機(jī)涂覆工藝不同于其他表面處理工藝，它是在銅和空氣間充當(dāng)阻隔層；有機(jī)涂覆工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，這使得它能夠在業(yè)界廣泛使用。早期的有機(jī)涂覆的分子是起防銹作用的咪唑和苯并三唑，最新的分子主要是苯并咪唑，它是化學(xué)鍵合氮功能團(tuán)到PCB上的銅。在后續(xù)的焊接過程中，如果銅面上只有一層的有機(jī)涂覆層是不行的，必須有很多層。這就是為什么化學(xué)槽中通常需要添加銅液。在涂覆第一層之后，涂覆層吸附銅；接著第二層的有機(jī)涂覆分子與銅結(jié)合，直至二十甚至上百次的有機(jī)涂覆分子集結(jié)在銅面，這樣可以保證進(jìn)行多次回流焊。試驗(yàn)表明：最新的有機(jī)涂覆工藝能夠在多次無鉛焊接過程中保持良好的性能。有機(jī)涂覆工藝的一般流程為：脫脂→微蝕→酸洗→純水清洗→有機(jī)涂覆→清洗，過程控制相對(duì)其他表面處理工藝較為容易。

什么是化學(xué)鍍鎳/浸金（化學(xué)沉金）工藝？

答：化學(xué)鍍鎳/浸金工藝不像有機(jī)涂覆那樣簡(jiǎn)單，化學(xué)鍍鎳/浸金好像給PCB穿上厚厚的盔甲；另外化學(xué)鍍鎳/浸金工藝也不像有機(jī)涂覆作為防銹阻隔層，它能夠在PCB長(zhǎng)期使用過程中有用并實(shí)現(xiàn)良好的電性能。因此，化學(xué)鍍鎳/浸金是在銅面上包裹一層厚厚的、電性良好的鎳金合金，這可以長(zhǎng)期保護(hù)PCB；另外它也具有其它表面處理工藝所不具備的對(duì)環(huán)境的忍耐性。鍍鎳的原因是由于金和銅間會(huì)相互擴(kuò)散，而鎳層能夠阻止金和銅間的擴(kuò)散；如果沒有鎳層，金將會(huì)在數(shù)小時(shí)內(nèi)擴(kuò)散到銅中去?；瘜W(xué)鍍鎳/浸金的另一個(gè)好處是鎳的強(qiáng)度，僅僅5微米厚度的鎳就可以限制高溫下Z方向的膨脹。此外化學(xué)鍍鎳/浸金也可以阻止銅的溶解，這將有益于無鉛組裝?；瘜W(xué)鍍鎳/浸金工藝的一般流程為：酸性清潔→微蝕→預(yù)浸→活化→化學(xué)鍍鎳→化學(xué)浸金，主要有6個(gè)化學(xué)槽，涉及到近100種化學(xué)品，因此過程控制比較困難。

什么是浸銀（沉銀）工藝？

答：浸銀工藝介于有機(jī)涂覆和化學(xué)鍍鎳/浸金之間，工藝比較簡(jiǎn)單、快速；不像化學(xué)鍍鎳/浸金那樣復(fù)雜，也不是給PCB穿上一層厚厚的盔甲，但是它仍然能夠提供好的電性能。銀是金的小兄弟，即使暴露在熱、濕和污染的環(huán)境中，銀仍然能夠保持良好的可焊性，但會(huì)失去光澤。浸銀不具備化學(xué)鍍鎳/浸金所具有的好的物理強(qiáng)度因?yàn)殂y層下面沒有鎳。浸銀是置換反應(yīng)，它幾乎是亞微米級(jí)的純銀涂覆。有時(shí)浸銀過程中還包含一些有機(jī)物，主要是防止銀腐蝕和消除銀遷移問題；一般很難測(cè)量出來這一薄層有機(jī)物，分析表明有機(jī)體的重量少于1％。

什么是浸錫（沉錫）工藝？

答：由于目前所有的焊料都是以錫為基礎(chǔ)的，所以錫層能與任何類型的焊料相匹配。從這一點(diǎn)來看，浸錫工藝極具有發(fā)展前景。但是以前的PCB經(jīng)浸錫工藝后出現(xiàn)錫須，在焊接過程中錫須和錫遷徙會(huì)帶來可靠性問題，因此浸錫工藝的采用受到限制。后來在浸錫溶液中加入了有機(jī)添加劑，可使得錫層結(jié)構(gòu)呈顆粒狀結(jié)構(gòu)，克服了以前的問題，而且還具有好的熱穩(wěn)定性和可焊性。浸錫工藝可以形成平坦的銅錫金屬間化合物，這個(gè)特性使得浸錫具有和熱風(fēng)整平一樣的好的可焊性而沒有熱風(fēng)整平令人頭痛的平坦性問題；浸錫也沒有化學(xué)鍍鎳/浸金金屬間的擴(kuò)散問題——銅錫金屬間化合物能夠穩(wěn)固的結(jié)合在一起。浸錫板不可存儲(chǔ)太久，組裝時(shí)必須根據(jù)浸錫的先后順序進(jìn)行。

什么是金手指，金手指的設(shè)計(jì)要求有哪些？

答：金手指（connecting finger）是電腦硬件如：（內(nèi)存條上與內(nèi)存插槽之間、顯卡與顯卡插槽等），所有的信號(hào)都是通過金手指進(jìn)行傳送的。金手指由眾多金黃色的導(dǎo)電觸片組成，因其表面鍍金而且導(dǎo)電觸片排列如手指狀，所以稱為“金手指”。金手指實(shí)際上是在覆銅板上通過特殊工藝再覆上一層金，因?yàn)榻鸬目寡趸詷O強(qiáng)，而且傳導(dǎo)性也很強(qiáng)，金手指的示意如如圖1-24所示，黃色的部分就是金手指，

圖1-24 金手指工藝

金手指的設(shè)計(jì)要求一般有如下幾點(diǎn)：

l 金手指上金的厚度一般是0.25-1.3um，金的厚度根據(jù)金手指的插拔次數(shù)而定；

l 金手指間的最小距離6mil；

l 金手指板卡的設(shè)計(jì)厚度是0.8-2.0mm；

l 金手指最大高度≤2inch；

l 金手指倒角的角度可以是20°、30°、45°、60°、90°；

l 沉錫、沉銀焊盤的距離離金手指頂端最小間距14mil；

l 金手指的倒角要求如圖1-25所示，除了插入邊要倒角以外，插板兩側(cè)板也應(yīng)該設(shè)計(jì)（1-1.5）45°的倒角或者R1-R1.5的圓角，方便插拔。

圖1-25 金手指倒角工藝

什么叫做阻焊，設(shè)置阻焊的目的是什么，常規(guī)的阻焊顏色有哪些？

答：第一，阻焊的概念，阻焊就是我們PCB里面所講到的SoldMask，是指印刷電路板子上要上綠油的部分。因?yàn)檫@阻焊層使用的是負(fù)片輸出，所以在阻焊層的形狀映射到板子上以后，并不是上了綠油阻焊，反而是露出了銅皮。所以我們通常的理解就是，有阻焊的地方，就是不蓋綠油的地方。

第二，阻焊的的作用，阻焊層主要目的是防止氧化、防止焊接時(shí)橋連現(xiàn)象的發(fā)生，并起到絕緣的作用。

第三，阻焊的顏色，常規(guī)的阻焊的顏色有：綠、黃、黑、藍(lán)、紅、白、綠色亞光等。
編輯：lyn