PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識大盤點(diǎn)

PCB 基礎(chǔ)

PCB量測的單位

PCB設(shè)計(jì)起源于美國，所以其常用單位是英制， 而非公制

版子的大小通常使用英尺

介質(zhì)厚度&導(dǎo)體的長寬通常使用英尺及英寸

1 mil = 0.001inches

1 mil = .0254mm

導(dǎo)體的厚度常使用盎司(oz)

一平方英尺金屬的重量

典型值

– 0.5oz =17.5μm

– 1.0oz =35.0μm

– 2.0oz =70.0μm

– 3.0oz = 105.0μm

典型8層板的橫截面

一個(gè)PCB由不斷交錯(cuò)著的Prepreg和Core組成

材料：

Core:一片薄薄的固化的介質(zhì)（通常是FR4:玻璃纖維&環(huán)氧基樹脂）

Prepreg: preimpregnated的簡寫。一片薄薄的未固化的介質(zhì)（通常FR4：玻璃纖維-環(huán)氧基樹脂）當(dāng)被加熱或擠壓時(shí)，Prepreg會溶解在環(huán)氧基樹脂膠里，然后變成和Core具有相同介電常數(shù)的材料

銅箔：一片銅板，使用一環(huán)氧樹脂粘合在Core的兩邊

PCB的層數(shù)代表的是銅箔的層數(shù)

一個(gè)8層PCB包含8層銅箔

疊層根據(jù)板子在縱軸上的中心點(diǎn)對稱，以避免在熱循環(huán)中的機(jī)械應(yīng)力

PCB導(dǎo)體:Traces

銅是PCB中最常用的導(dǎo)體

走線或連接器一般通過鍍金來提供一個(gè)抗腐蝕的電傳導(dǎo)特性

走線的寬度和長度-由PCB布線工程師控制

在通常的制造工藝下，走線的寬度和之間的間距一般要≥5mil

走線厚度-制造工藝的變量

典型值 0.5oz– 3oz

趨勢 0.25oz

SITip:以上因素都會影響走線的電阻，電容，阻抗，在高速信號設(shè)計(jì)中都要被慎重的考慮。

電源平面

使用一個(gè)完整的銅箔平面來提供電源或地

一般會使用比信號層更厚的銅箔層來降低電阻

為什么需要？

為PCB上所有設(shè)備的電源地信號提供一個(gè)穩(wěn)定的，低阻抗的路徑

屏蔽層與層之間的信號以此來降低串?dāng)_

SI tip:通過在Core的兩邊加相對的電源與地可以最大化“板間電容”。同樣， 也可以減少PCB的翹曲

PCB基礎(chǔ)之PCB介質(zhì)

一般的介質(zhì)材料

FR-4（玻璃纖維和環(huán)氧基樹脂交織而成）

最常和最廣泛使用，相對成本較低

介電常數(shù)：最大4.7，4.35@500Mhz,4.34@1Ghz

可承受的最高信號頻率是2Ghz(超過這個(gè)值，損耗和串?dāng)_將會增加）

FR-2（酚醛樹脂棉紙）

非常廉價(jià)，使用在廉價(jià)的消費(fèi)設(shè)備上

容易破裂

介電常數(shù)：4.5@1Ghz

CEM-3(玻璃與環(huán)氧基樹脂編織物）

與FR4類似，在日本廣泛應(yīng)用

Polyimide

高頻的表現(xiàn)很好

FR&CEM

FR:FlameRetardant

CEM: Composite EpoxyMaterial

SITip:絕大多數(shù)的PCB絕緣材料會有一個(gè)可控的介電常數(shù)-對于維持傳輸線阻抗的穩(wěn)定來說這是非常重要的。

PCB基礎(chǔ)之Vias

Vias (platedholes)

連接不同層

通過鉆孔的方式來打通PCB的不同層，并在內(nèi)層電鍍

通常比信號線大

埋孔和盲孔

增加布線密度

增加PCB制造的成本-通常用在高密度的產(chǎn)品上

埋孔非常難以去調(diào)試

SITip:Vias會引進(jìn)容性分量并改變走線的特征阻抗

PCB 基礎(chǔ)之典型的PCB設(shè)計(jì)流程

PCB基礎(chǔ)之典型的PCB制造流程

從客戶手中拿到Gerber，Drill以及其它PCB相關(guān)文件

準(zhǔn)備PCB基片和薄片

銅箔的底片會被粘合在基材上

內(nèi)層圖像蝕刻

抗腐蝕的化學(xué)藥水會涂在需要保留的銅箔上（例如走線和過孔）

其他藥水會被洗掉

然后使用腐蝕劑（通常是FeCI或Ammonia)，未被標(biāo)記的銅箔就會被移除

溶劑會把固化的抗腐蝕劑洗掉

清洗掉PCB板的其他雜物

壓層

Drilling, cleaning & platingvias

這是建立不同層之間的連接關(guān)系

在需要Via的地方打一個(gè)貫穿所有層的洞

電鍍

外層圖像蝕刻

綠漆層

絲印層 (文本和圖像)