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1、PCB基础知识及布局、布线设计,目录,一、PCB基础知识 二、PCB多层板制作流程 三、PCB布局设计 四、PCB布线设计,PCB基础知识,PCB基础知识,HDI-高密度内部互连板 HDI的定义 凡非机械钻孔所得孔径在0.15mm(6mil)以下大部分为盲孔孔环(Annular Ring or Pad or Land)之环径在0.25mm(10mil)以下者特称为Microvia微导孔或微孔 凡PCB具有微孔且接点Connection)密度在130点/寸2以上布线密度设峡宽Channel为50mil者在117寸/寸2以上者称为HDI类PCB其线宽/间距为3mil/3mil或更细更窄,一阶板 二

2、阶板,一阶也叫一次压合, 二阶也叫二次压合. 以6层板为例, 如果只有1-2和5-6的盲孔, 则只需压合一次, 最后打激光孔. 若有1-2,2-3的盲孔,则需压合二次, 先压合2-5, 然后打激光孔2-3, 再整板压合, 然后打激光孔1-2. 通常6层板，1-2，3-4，5-6，就是3个双面板叠合起来的，1-2（3-4，5-6）之间是基板介质，2-3（4-5）之间是粘合物 每个双面板之间的过孔就是一阶（1-2，3-4，5-6），叠层之间的过孔就是二阶的（2-3，4-5），后者工艺复杂，应避免；同理，更应该避免出现1-3,1-4,1-5,2-4，2-5，2-6,3-5,3-6之间过孔,接地的过孔

3、尽量做通孔（1-6） 所以，最理想（可加工）的过孔形式是1-2，3-4，5-6（7-8，8层板），与1-6（1-8，8层板）1-2，5-6叫埋孔（表面看的到，不打穿整个PCB），3-4叫盲孔（表面看不到，夹心孔），1-6叫通孔（打透PCB）,PCB基础知识-基板,印刷电路板是以铜箔基板 Copper-clad Laminate 简称CCL 做为原料而制造的电器或电子的重要机构组件,故从事电路板之上下游业者必须对基板有所了解:有哪些种类的基板,它们是如何制造出来的,使用于何种产品, 它们各有那些优劣点,如此才能选择适当的基板. 基板工业是一种材料的基础工业 是由介电层树脂 Resin 玻璃纤维

4、Glass fiber 及高纯度的导体 (铜箔Copper foil )二者所构成的复合材料 Composite material。,PCB基础知识-FR-4,美国电子制造业协会(NEMA-National Electrical Manufacturers Association) 将不同的组合冠以不同的编号代字而为业者所广用, 现将酚醛树脂之各产品代字列表如下： 纸质基板代字的第一个 “X” 是表示机械性用途第二个 “X” 是表示可用电性用途第三个 “X” 是表示可用有无线电波及高湿度的场所 “P” 表示需要加热才能冲板子 Punch able 否则材料会破裂 “C” 表示可以冷冲加工 co

5、ld punch able “FR” 表示树脂中加有不易着火的物质使基板有难燃 (Flame Retardent) 或抗燃(Flame resistance) 性。 用于基板之环氧树脂之单体一向都是Bisphenol A 及Epichlorohydrin 用 dicy 做为架桥剂所形成的聚合物为了通过燃性试验(Flammability test), 将上述仍在液态的树脂再与Tetrabromo-Bisphenol A 反应而成为最熟知FR-4 传统环氧树脂,PCB基础知识-FR-4,FR-4是一种耐燃材料等级的代号，所代表的意思是树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄 灭的一种材料规格，它不是一种

6、材料名称，而是一种材料等级，因此目前一般电路板所用的FR-4等级材料就有非常多的种类，但是多数都是以所谓的四功能(Tera-Function)的环氧树脂加上填充剂(Filler)以及玻璃纤维所做出的复合材料。 FR-4环氧玻璃布层压板，根据使用的用途不同，行业一般称为：FR-4 Epoxy Glass Cloth,绝缘板，环氧板，环氧树脂板，溴化环氧树脂板，FR-4，玻璃纤维板，玻纤板，FR-4补强板，FPC补强板，柔性线路板补强板，FR-4环氧树脂板，阻燃绝缘板，FR-4积层板，环氧板，FR-4光板，FR-4玻纤板，环氧玻璃布板，环氧玻璃布层压板，线路板钻孔垫板。主要技术技术特点及应用：电绝

7、缘性能稳定，平整度好，表面光滑，无凹坑，厚度公差标准，适合应用于高性能电子绝缘要求的产品，如FPC补强板，PCB钻孔垫板，玻纤介子，电位器碳膜印刷玻璃纤维板，精密游星齿轮(晶片研磨)，精密测试板材，电气（电器）设备绝缘撑条隔板，绝缘垫板，变压器绝缘板，电机绝缘件，研磨齿轮，电子开关绝缘板等。,颜色、材料分类介绍 FR-4环氧玻璃布层压板表面颜色有： 黄色FR-4、白色FR-4、黑色FR-4、篮色FR-4等. FR-4是PCB使用的基板，是板料的一种类别。板料按增强材料不同，主要分类为以下四种： 1）FR-4：玻璃布基板 2）FR-1、FR-2等：纸基板 3）CEM系列：复合基板 4）特殊材料基

8、板（陶瓷、金属基等）FR-4由专用电子布浸以环氧酚醛树脂等材料经高温高压热压而成的板状层压制品。 特点：具有较高的机 械性能和介电性能，较好的耐热性和耐潮性 并有良好的机械加工性。,PCB基础知识-玻璃纤维,玻璃纤维(Fiberglass)在PCB基板中的功用是作为补强材料基板的补强材料尚有其它种如纸质基板的纸材 Kelvar(Polyamide聚醯胺)纤维以及石英(Quartz)纤维。 玻璃(Glass)本身是一种混合物其组成见表它是一些无机物经高温融熔合而成再经抽丝冷却而成一种非结晶结构的坚硬物体此物质的使用已有数千年的历史做成纤维状使用则可追溯至17世纪真正大量做商用产品则是由Owen-

9、Illinois及Corning Glass Works两家公司其共同的研究努力后组合成Owens-Corning Fiberglas Corporation于1939年正式生产制造。 玻璃纤维的制成可分两种一种是连续式(Continuous)的纤维另一种则是不连续式 (discontinuous)的纤维前者即用于织成玻璃布(Fabric)后者则做成片状之玻璃席(Mat)FR4等基材即是使用前者CEM3基材则采用后者玻璃席。,玻璃纤维的特性： 原始融熔态玻璃的组成成份不同会影响玻璃纤维的特性不同组成所呈现的差异表中有详细的区别而且各有独特及不同应用之处按组成的不同(见表)玻璃的等级可分四种商品

10、：A级为高碱性、C级为抗化性、E级为电子用途、S级为高强度。电路板中所用的就是E级玻璃主要是其介电性质优于其它三种。 a.高强度和其它纺织用纤维比较玻璃有极高强度在某些应用上其强度/重量比甚至超过铁丝 b.抗热与火玻璃纤维为无机物因此不会燃烧 c.抗化性可耐大部份的化学品也不为霉菌细菌的渗入及昆虫的功击 d.防潮玻璃并不吸水即使在很潮湿的环境依然保持它的机械强度,e.热性质玻纤有很低的熬线性膨胀系数及高的热导系数因此在高温环境下有极佳的表现 f.电性由于玻璃纤维的不导电性是一个很好的绝缘物质的选择 PCB基材所选择使用的E级玻璃最主要的是其非常优秀的抗水性，因此在非常潮湿恶劣的环境下仍然保有非

11、常好的电性及物性-如尺寸稳定度,1. 内层THIN CORE,2. 内层线路板制作(压膜),典型多层板制作流程,4. 内层线路板制作(显影),3. 内层线路制作(曝光),典型多层板制作流程,5.内层线路板制作(蚀刻),6.内层线路板制作(去膜),典型多层板制作流程,7. 压板,8. 压合,典型多层板制作流程,9. 钻孔,10. 黑孔,典型多层板制作流程,11. 外层线路压膜,12. 外层线路曝光,典型多层板制作流程,13. 外层线路制作(显影),14.镀二次铜及锡铅,典型多层板制作流程,15. 去干膜,16. 蚀铜(碱性蚀刻液),典型多层板制作流程,17. 剥锡铅,18. 防焊(绿漆)制作,典

12、型多层板制作流程,15. 浸金(喷锡)制作,典型多层板制作流程,干 膜 制 作 流 程,典型之多层板迭板及压合结构,. . .,1.下料裁板(Panel Size),2.内层板压干膜(光阻剂),3.曝光,4.曝光后,5.内层板显影,6.酸性蚀刻(Power/Ground或Signal),8.黑化(Oxide Coating),7.去干膜 ( Strip Resist),9.迭板,Layer 1,Layer 2,Layer 3,Layer 4,Copper Foil,Copper Foil,Inner Layer,Prepreg(胶片),Prepreg(胶片),10.压合(Lamination)

13、,11.钻孔(P.T.H.或盲孔Via)(Drill & Deburr),12.黑孔,13.外层压膜(干膜Tenting),14.外层曝光(pattern plating),15.曝光后(pattern plating),16.外层显影,17.线路镀铜及锡铅,18.去 膜,19.蚀 铜 (碱性蚀刻),20.剥锡铅,21.喷涂(液状绿漆),22.,23.绿漆显影,S/M A/W,24.印文字,25.喷锡(浸金),38,PRE-BAKING,BURIED VIA LAY-UP,A = THROUGH VIA HOLE (导通孔),B = BURIED VIA HOLE (埋孔),C = BLIND

14、 VIA HOLE (盲孔 ),D = BLIND HOLE MLB VIA (多层盲孔),BLIND VIA LAY-UP,BLIND VIA SEQUENTIAL LAY-UP,A,B,B,A,C,C,A,RESIN,B-STAGE,BLIND AND BURIED VIA OPTION (盲 埋 孔 之 选 择 ),D,整体布局规则 电源和LDO输出线上的电容尽量靠近相应管脚 晶振须放在离芯片最近地方，但不要放在靠近板边位置 BGA封装器件放在PCB中间位置 大功率器件放在通风散热良好的位置 电源平面分割要合理，不要出现长条 高速时钟，地址，数据信号应有相同参考平面，不要有 跨分割现象

15、数字地和模拟地连接时候采用点对点连接,PCB布局设计,PCB布局设计,天线附近或下方有receiver、speaker、LED灯、按键焊盘等器件注意在走线上预留串联电感的位置 SIM卡尽量远离天线，在天线附近若屏蔽不好可能会对天线灵敏度和TRP有干扰，而且不好解决 电池连接器在天线附近的注意电源脚多预留几个滤波电容的位置，以后有可能会出现耦合相位误差或频率误差超标的情况，通过调节电容的值可易解决电源被天线干扰的问题,PCB布局设计,某项目电池连接器离天线很近，耦合测试时，发现低频相位误差会超标，最大相位误差达到20几度，超出标准20度较多，通过调试电源的滤波电容，由原来的6PF改为12PF，可

16、以将相位误差调到最大78度的程度，符合要求,PCB布局设计,某项目天线发现低频频率误差超标，同时GSM二次、三次谐波超标，三次谐波特别明显，查找原因，将天线附近的结构件和电路逐一去掉，发现当BAT ID电路去掉或者接地后，改善明显，频率误差正常，谐波也可符合要求，从而判断BAT ID走线对天线形成了干扰，从天线走线上看，天线走线正好走在了电池连接器下方，也就是离BAT ID线特别近，从而形成了干扰,PCB布局设计,对于触摸屏项目，触摸屏的4PIN连接器如果在天线附近注意在触摸屏连接器引脚预留串联磁珠的位置，可能会出现耦合频率误差的问题；也可能产生RSE谐波过大的问题 对于屏的DC-DC电路，千

17、万不可放在屏蔽罩外面靠近天线处，否则耦合灵敏度会受影响较大 对于屏的DC-DC电路，千万不可放在屏蔽罩外面靠近天线处，否则耦合灵敏度会受影响较大,PCB布局设计,某项目测试天线时发现耦合灵敏度只有-95左右，而天线TRP正常，从而判断天线收到干扰，同时发现一旦去掉LCD，耦合灵敏度会提高很多，实验发现，通过用导电布和铜皮将DC-DC电路包好，耦合灵敏度也可提高一些，从而判断DC-DC电路对天线形成干扰，通过调试滤波电路等无法改善，最终改版将DC-DC电路移出天线附近并放在屏蔽罩内侧，解决了该问题,PCB布局设计,MIC在天线附近的项目注意尽量避开天线净空区域，如果无法避开尽量在天线调试初期对天

18、线厂家提出走线部分避开MIC的要求，即使部分避开也有好处，以免产生通话电流声的问题,PCB布局设计,第一幅图为厂家样品示意，圆圈处为MIC，天线走线有一小段投影到MIC上方，测试发现，在弱场下通话会有比较明显电流声，通过将厂家提供的天线隔掉一个小脚，如第二幅图所示，将投影到MIC上方天线走线割掉一个小斜角，测试发现，电流声改善明显，弱场下基本不会有电流声，再让天线厂家根据试验调整，发现天线基本也不受影响,PCB布局设计,结构件上悬浮金属注意预留充分接地的位置，但有时比较小的金属如果接地反而会出现耦合频率误差被干扰超标的现象，调试中出现这种情况可以考虑将金属接地去掉试验,数模混合电路分区布局,P

19、CB布局设计,数字电路根据高、中、低速、I/O电路分区布局,PCB布局设计,高频高速电路和敏感电路内部布局尽量紧凑 敏感信号回路面积最小化，并远离其它高频高速电路和敏感电路,时钟电路和高速电路远离I/O电路区域,高频高速电路和敏感电路远离PCB边缘，尽量大于5mm，最小不得小于2.5mm,PCB布局设计,浪涌保护器件尽可能靠近其连接器放置,PCB布局设计,芯片保护电路尽可能靠近被保护芯片,PCB布局设计,PCB布局设计,I/O滤波器与变压器尽量靠近与其相连连接器放置,大电流器件靠近其电源放置，远离I/O电路区域,元器件去耦电容靠近元器件电源和地管脚,PCB布局设计,串联端接电阻尽量靠近驱动器驱

20、动管脚放置,与传输线匹配上拉、下拉、上下拉电阻和RC网络靠近接收器件放置,PCB布局设计,安排连接器时，避免I/O信号贯穿PCB长边方向,PCB布局设计,同一单板上数字电路和模拟电路分区布局 如果数模电路间无信号联系，将数字地与模拟地分割，并在插座处单点连接,如果分区的模电路间有少量信号线联系，则在分割开的数字地与模拟地间搭桥，实现二地单点连接 桥位置在信号线下方，保证所有信号线在跨越二区时都从桥上面走线,PCB布局设计,如果分区的数模电路间有很多信号线联系，且这些信号线很难集中走线，则数字地与模拟地间不进行分割，二地为一个完整地层 除了联系二区的信号线可跨区外，各区内部信号线严禁跨区走线,先

21、确定元器件在板上位置，然后布置地、电源线，再安排高速信号线，最后考虑低速信号线,PCB布局设计,对于特敏感线路或特高频线路，要采用接地桥与周围线路隔离，同时又可保证参考电平一致,PCB布局设计,3.3V信号的返回电流通过3.3电源平面 5V信号返回电流通过5V电源平面 3.3V和5V之间信号返回电流通过1-2nF电容,PCB布局设计,PCB布局设计,避免不同类型电路的参考平面交叠,禁止在PCB板上有一条密集的、连续信号过孔，导致在PCB上形成连续的长缝,如上图所示。器件管脚和过孔形成平面缝隙，迫使信号回流不得不“背井离乡，绕路前进”，人为增大了信号和回流间包围面积，不仅影响信号完整性，好会破坏

22、抗静电能力和提高辐射发射,PCB布局设计,电源平面应尽量与地平面相邻且尽可能相互靠近，放置在中间,尽可能对称。当出现地层-电源层-电源层-地层的分层结构时,电源平面应该尽可能分开较大大的距离并以工艺极限靠近各自相邻的地平面。电源平面若无相邻地平面，与其相邻的信号层上应该铺地。若因成本原因紧靠BOT层的平面是电源平面，则BOT必须尽量减少走线并铺地。层间距推荐4-6mil,PCB布局设计,滤波、去耦电容：所有滤波、去耦电容与平面层的连接线应该以工艺极限降低到最短，环路面积降低到工艺极限最小，连接线尽可能短而粗。单板电源滤波电路要求器件排放次序成一线，没有明显弯曲、迂回的现象，避免输入输出相互耦合

23、及平行交错，滤波电路要求就近放于干扰源附近,PCB布局设计,20H规则,PCB布局设计,20H规则应用,PCB布局设计,20H规则应用,PCB布局设计,对于没有电源、地平面的PCB，电源和地线尽量宽，有足够电流承载能力，最小化电源和地线电感和电阻,有电源、地平面的PCB，电源和地线直接从IC脚引出并就近接电源和地平面，且线宽不小于0.2mm（或8mil） 优先采用电源、地引脚通过单独过孔接到平面，尽量避免多个电源、地引脚共用一个过孔接到平面,PCB布线设计,PCB去耦电容配置,小于10个输出小规模集成电路，工作频率50MHz时，至少配置一个0.1uF去耦电容 工作频率50MHz时，至少配置一个

24、0.1uF和一个0.01uF去耦电容,对于无有源器件的PCB区域，每6cm2至少配置一个0.1uF和一个0.01uF去耦电容,PCB布线设计,对于中大规模集成电路，每个电源引脚配一个0.1uF或一个0.01uF去耦电容，0.1uF和0.01uF去耦电容数量应各占百分之五十 对电源引脚冗余量大电路，每5个输出引脚配一个0.1uF或一个0.01uF去耦电容，0.1uF和0.01uF去耦电容数量应各占百分之五十,对于主频大于50MHz系统，每5只高频小容量去耦电容至少配一个10uF低频大容量去耦电容,PCB布线设计,每5只10uF低频大容量去耦电容至少配2只47uF低频大容量去耦电容,PCB上每10

25、0 cm2区域至少配1只220uF低频大容量去耦电容,每个DCDC模块电源出口周围至少配置2只220uF低频大容量去耦电容,PCB布线设计,PCB去耦电容的位置,a) 典型位置 b) 推荐位置,PCB布线设计,去耦电容用大孔径（0.2mm或8mil）过孔接电源、地平面。在工艺允许情况下去耦电容电源、地线短而粗,PCB布线设计,去耦电容局限性,当f100MHz后,去耦电容引线电感有几个nH, 在较高频率发生谐振,严重破坏了去耦电容对I噪声抑制作用,当f100MHz后,采用减小电源面与地面间距、减小相对介电常数和减小电路板尺寸方法,PCB布线设计,PCB布线设计,尽量不要在电源、地平面上走线,PC

26、B布线设计,PCB上的同一网络信号线的阻抗和差分阻抗在各信号层保持一致，设计阻抗值控制在基准值5%范围内,根据器件的仿真模型和SI工具分析来定量控制端接电路的布线,PCB布线设计,串阻：源端与串阻间连线尽量短，对时钟电路，源端与串阻间连线不要超过18 mm（或700mil）,PCB布线设计,上拉下拉电阻：接收端与上下拉电阻间连线尽量短，即：接收端与上下拉电阻分叉点（Stub）及分叉点到上下拉电阻间连线（Stub-T）尽量短,PCB布线设计,Stub和Stub-T的长度无法很短时，则采用过终端（Fly-by）布线,PCB布线设计,Thevenin 端接分叉点（Stub）尽量短，分叉点到上下拉电阻

27、间连线（Stub-T）也尽量短，Stub和Stub-T长度无法很短时，则采用过终端（Fly-by）布线,PCB布线设计,RC端接分叉点（Stub）尽量短，分叉点到上下拉电阻间连线（Stub-T）也尽量短，Stub和Stub-T长度无法很短时，则采用过终端（Fly-by）布线,PCB布线设计,差分对端接电阻分叉点（Stub）尽量短，分叉点到电阻间连线（Stub-T）也尽量短，Stub和Stub-T长度无法很短时，则采用过终端（Fly-by）布线,PCB布线设计,延时线不能用直角，使用135度斜角，最好用圆弧走线，线自身间距S满足 S3H （H为线离参考平面的高度）,PCB布线设计,高速信号线和敏

28、感信号线远离PCB板边缘，与相邻参考平面边缘距离大于5mm,PCB布线设计,高速和敏感信号线有完整参考平面，参考平面在高速和敏感信号线区域没有分割带,PCB布线设计,使用桥接（包括跨线桥接和电容桥接）减少跨越被分割参考平面的信号回路面积,高速和敏感信号线满足3W原则，尽量满足4W原则,PCB布线设计,蛇形走线 主要目的：调节延时，满足系统时序设计要求 反面作用：会破坏信号质量，改变传输延时 其关键参数是平行耦合长度（Lp）和耦合距离（S） 信号在蛇形走线上传输时，相互平行的线段间会 发生耦合，呈现差模形式，S越小，Lp越大，则耦 合程度也越大，可能会导致传输延时减小及由于串 扰而大大降低信号质

29、量,PCB布线设计,处理蛇形线建议 尽量增加平行线段的距离S，至少大于3H（H是 信号走线到参考平面的距离），绕大弯走线， 只要S足够大，几乎可完全避免相互耦合效应 减小耦合长度Lp,当两倍的Lp延时接近或超过信 号上升时间时，产生的串扰将达到饱和,PCB布线设计,差分对按阻抗要求控制线宽、线间距，平行、等长、均匀走线。差分对尽量拉大与其它信号线间距，避免与其它信号线长距离平行走线,没有电源地平面的PCB，对高速或敏感信号加保护线，保护线尽量宽，最好敷铜，保护线与被保护信号尽量近（在68mil），保护线多点接地，信号以电源参考时，保护线接电源,PCB布线设计,有电源、地平面的多层板，高速或敏感

30、信号线间及与其它信号线间，在满足4W原则时不加保护线，在空间允许时用大面积接地（者电源）的铜皮,PCB布线设计,除有屏蔽盒射频板外，高频信号尽量安排在内层。当走线长度大于信号频率波长（）的1/20时须走内层；100MHz /20 为150mm,高速信号线减少换层次数，尽量少用过孔，在芯片引脚处就近换层，否则在换层处附近加接地过孔或放置约0.01u去耦电容，特别是时钟线,PCB布线设计,PCB布线设计,敏感信号尽量安排在内层并紧靠完整参考平面,I/O信号走线避开高频高速信号等干扰源,不要直接（没有参考平面相隔）在晶振下面走线 ，晶振下面覆接工作地的铜皮，晶振金属壳体与此铜皮相连,在PCB的信号线区域内，不要有不连接任何网络的敷铜（俗称“死铜”）,PCB布线设计,单面或双面板电源线和地线尽可能靠近，最好是电源线布在印制板一面，而地线布在印制板另一面，上下重合；整块印制板上电源和地线呈“井”字分布，使布线电流达到均衡,IC电源管脚要加旁路电容（一般104）到地；如有可能，在PCB接口处加RC低通滤波器或EMI抑制元件（如磁珠、信号滤波器等）