CB技术设计的基本特点

PCB技术简介1PCB设计室议题简介历史沿革PCB的分类各种PCB特点介绍PCB设计简介高速PCB设计的挑战发展趋势2简介PCB（printedcircuitboard），即印制电路板是在绝缘基材上，按预定设计，制成印制线路，印制元件或由两者组合而成的导电图形后制成的板。它作为元器件的支撑，并且提供系统电路工作所需要的电气连接，是实现电子产品小型化、轻量化、装配机械化和自动化的重要基础部件，在电子工业中有广泛应用。本讲义主要介绍手机PCB的应用特点。3历史沿革PCB诞生于上世纪四、五十年代,发展于上世纪八、九十年代。伴随半导体技术和计算机技术的进步，印刷电路板向着高密度,细导线,更多层数的方向发展，其设计技术也从最初的手工绘制发展到计算机辅助设计（CAD)和电子设计自动化（EDA).4手机PCB的分类按所用基材的机械特性。可以分为刚性电路板(RigidPCB）、柔性电路板（FlexPCB）以及刚性柔性结合的电路板(Flex－RigidPCB)按导体图形的层数可分为单面/双面和多层印制板。手机中的电路板多为高密度互连多层电路板（highdensityintegratedboard)。5刚性PCB介绍刚性PCB的通常使用纸质基材或玻璃布基材覆铜板制成，装配和使用过程不可弯曲。手机中使用的刚性板多为多层板。手机中用到的刚性多层板又可分为普通多层板，带有激光孔的多层板和特殊结构多层板如（ALIVH等）刚性板的特点是可靠性高，成本较低，但应用的灵活性差6普通多层板结构图普通多层板一般指只带有机械孔的多层板7普通多层板介绍机械钻孔可以贯穿所有线路层（通孔）或只贯穿部分线路层（盲，埋孔）线宽线距最小0.1mm。机械钻孔一般孔径大于0.2mm优点：成本低，加工周期短缺点：钻孔较大，布线密度比较低适用于比较简单的电路，目前应用787方案二lcd板、WCDMA项目lcd板等8带有激光孔的多层板示例一RCClayerlayer2-3,4-59结构示例二RCClayerCore10结构构示示例例三三RCClayerCore11结构构示示例例四四12激光光孔孔的的多多层层板板小小结结激光光钻钻孔孔精精度度高高，，电电镀镀后后性性能能可可靠靠钻孔孔直直径径可可小小于于0.1mm，，节节省省pcb的的表表面面安安装装面面积积，，走走线线密密度度较较高高目前前能能够够加加工工的的厂厂家家比比较较多多。。根据据电电路路的的复复杂杂程程度度可可以以选选择择不不同同的的叠叠层层结结构构，，易易于于控控制制成成本本目前前机机型型：：C2198、、C389、、C399、、CP389、、C668、、C797lcd板板、、CM-3、、CM-4等等13Alivh结结构构AnyLayerInterstitialViaHole全全层层填填隙隙式式通通路路孔孔结结构构14Alivh特特性性（（优优点点））孔径径0.2mm或或更更小小，，但但是是使使用用铜铜粉粉塞塞孔孔后后可可大大量量节节省省表表面面积积导通通孔孔上上焊焊盘盘，，部部品品安安装装盘盘可可以以与与导导通通孔孔共共用用任意意过过孔孔、、任任意意走走线线，，设设计计自自由由灵灵活活，，开开发发周周期期短短走线密度度大，有有利于设设备的小小型化，，目前应应用机型型C3698系系列、C777系列、、SP－－1、WCDMA15Alivh特性性（缺点点）海外采购购、成本本较高专利技术术掌握在在少数厂厂家手里里，供应应商比较较少目前能够够生产的的只有日日本的几几家大公公司，如如松下、、CMK、日立立等16柔性板简简介柔性板（（fpc）是使使用可挠挠性基材材制成的的电路板板，成品品可以立立体组装装甚至动动态应用用柔性板加加工工序序复杂，，周期较较长柔性板的的优势在在于应用用的灵活活，但是是其布线线密度仍仍然无法法和刚性性板相比比柔性板的的主要成成本取决决于其材材料成本本目前应用用的机型型有C2198、C777、、C797等17柔性板的的材料（（一）由铜箔+胶+基材组合合而成也也有无胶胶基材即即仅铜箔箔+基材，其其价格较较高，在在目前应应用较少少18柔性板的的材料（（二）Copperfoil铜箔箔分为压压延铜和和电解铜铜两种，，压延铜铜在弯折折特性方方面有较较好的特特性，厚厚度一般般在0.5到2OZ。。（1Oz＝35微米米）Basefilm（（基材））Coverlay（（覆盖模模）的材材料一般般为PI，是一一种耐热热的树脂脂材料其他材料料还有胶胶、油墨墨、银浆浆等19单层柔性性板结构构20双层柔性性板结构构21多层柔性性板结构构22柔性板设设计要点点单面铜箔箔的弯折折特性强强于双面面铜箔，，在弯折折特性要要求较高高的情况况下使用用单面铜铜箔多层板动动态弯折折区域要要各层分分开，使使各层板板之间应应力最小小电路设计计与机械械设计紧紧密结合合，外形形设计是是柔性板板设计的的关键23软硬结合合板介绍绍（一））刚挠多层层印制板板（flex-rigidmultilayerprintedboard）作作为一种种特殊的的互连技技术，能能够减少少电子产产品的组组装尺寸寸、重量量，实现现不同装装配条件件下的三三维组装装，以及及具有轻轻、薄、、短、小小的特点点，但刚刚挠印制制板也存存在工艺艺复杂，，制作成成本高以以及不易易更改和和修复等等缺点24软硬结合合板介绍绍（二））刚挠印制制板是在在挠性印印制板上上再粘结结两个（（或两个个以上））刚性层层，刚性性层上的的电路与与挠性层层上的电电路通过过金属化化孔相互互连通。。每块刚刚挠性印印制板有有一个或或多个刚刚性区和和一个或或多个挠挠性区25软硬结合合板介绍绍（C3698）26C3698的设设计特点点四层板，，柔性部部分二层层单面板板，动态态区域为为分开的的两层刚性层夹夹在两层层柔性板板中间，，材料为为普通FR4线宽线距距为0.1mm，通孔孔结构弯折次数数8万次次以上27软硬结合合板介绍绍（C777））28C777的的设计计特点点复杂的的立体体组装装要求求导致致超长长的开开发周周期软硬结结合板板与带带有激激光孔孔的HDI的结结合软板部部分分分别为为四层层和二二层的的互相相分离离的单单面板板硬板部部分为为带有有激光光盲孔孔的六六层结结构弯折次次数达达到8万次次以上上超复杂杂的设设计导导致极极高的的加工工成本本29软硬结结合板板小结结软硬结结合板板拥有有柔性性板在在3D组装装和动动态应应用方方面的的优势势，又又有刚刚性PCB布线线密度度高，，可靠靠性高高等特特点但是由由于软软硬结结合板板的材材料和和生产产工艺艺技术术都掌掌握在在少数数日本本企业业手中中，导导致采采购成成本极极高软硬板板在使使用硬硬板、、FPC和和连接接器代代替后后成本本大幅幅下降降，同同时可可靠性性和灵灵活性性方面面也有有损失失软硬结结合板板代表表柔性性电路路的发发展方方向30PCB的设设计印制板板的设设计决决定印印制板板的固固有特特性，，在一一定程程度上上也决决定了了印制制板的的制造造、安安装和和维修修的难难易程程度，，同时时也影影响印印制板板的可可靠性性和成成本。。所以以在设设计时时应遵遵循以以下基基本原原则，，综合合考虑虑各项项要素素，才才能取取得较较好的的设计计效果果。31PCB设计计的原原则电气连连接的的准确确性电路板板的可可测试试性可靠性性和环环境适适应性性工艺性性(可可制造造性)经济性性等32PCB设计计流程程（一一）建立元元器件件封装装库原理图图输入入网表生生成PCB叠层层结构构设计计、材材料工工艺选选择PCB外形形设计计器件布布局布线设设计规则检检查33PCB设计计流程程（二二）工艺性性设计计拼板设设计CAM数据据输出出·················34高速设计的的挑战战随着系系统设设计复复杂性性和集集成度度的大大规模模提高高，电子子系统统的工工作频频率已已经达达到百百兆甚甚至千千兆的的数量量级。。当系统统工作作在50MHz时，，将产产生传传输线线效应应和信信号的的完整整性问问题；；而当当系统统时钟钟达到到120MHz时，，除非非使用用高速速电路路设计计知识识，否否则基基于传传统方方法设设计的的PCB将将无法法工作作。35什么是是高速速电路路通常认为如果果数字逻辑电电路的频率达达到或者超过过45MHZ~50MHZ，而且工工作在这个频频率之上的电电路已经占到到了整个电子子系统一定的的份量（比如如说１／３）），就称为高高速电路。实际上，信号号边沿的谐波波频率比信号号本身的频率率高，是信号号快速变化的的上升沿与下下降沿（或称称信号的跳变变）引发了信信号传输的非非预期结果。。因此，通常常约定如果线线传播延时大大于1/2数数字信号驱动动端的上升时时间，则认为为此类信号是是高速信号并并产生传输线线效应。36电源完整性电源完整性（（PowerIntegrity，简称PI）当大量芯片内内的电路输出出级同时动作作时，会产生生较大的瞬态态电流，这时时由于供电线线路上的电阻阻电感的影响响，电源线上上和地线上电电压就会波动动和变化良好的电源分分配网络设计计是电源完整整性的保证37电源完整性设设计使用电源平面面代替电源线线，降低供电电线路上的电电感和电阻电源平面和地地平面相邻，，电源和地紧紧密耦合放置旁路电容容下，1μF~10μF电容放置在电电路板的电源源输入上，而而0.01μF~0.1μF电容则放置在在电路板的每每个有源器件件的电源引脚脚和接地引脚脚上。保证大电流器器件电源的回回流路径畅通通无阻38信号完整性信号完整性（（SignalIntegrity,简称SI）是指在在信号线上的的信号质量。。高速电路的的传输线效应应导致信号完完整性下降，，会出现数据据丢失、判断断出错等问题题信号完整性是是高速电路设设计和仿真的的热点，但是是其中许多问问题尚无定论论39信号完整性问问题反射信号Reflectedsignals延时和时序错错误Delay&Timingerrors过冲与下冲Overshoot/Undershoot串扰InducedNoise(orcrosstalk)电磁辐射EMIradiation40信号的反射与与震铃传输线没有被被正确终端匹匹配，来自驱驱动端的信号号在接收端被被反射，引发发不预期效应应，使信号轮轮廓失真。如如果驱动端的的阻抗与传输输线不匹配，，反射信号被被反射到接收收端，这样循循环就会发生生震铃现象反射信号的强强度按照如下下公式，其大大小取决于阻阻抗的不连续续程度41信号反射的预预防措施严格控制关键键网线的走线线长度，减小小传输线效应应通过合理的终终端匹配避免免阻抗的不连连续分布通过调整走线线宽度，介质质厚度等控制制走线的特征征阻抗42信号的延时和和时序错误传输线信号延延时和时序错错误表现为：：信号在逻辑辑电平的高、、低之间保持持一段时间不不跳变，造成成器件的逻辑辑误动多数情况下一一个网络有一一个驱动端和和多个接收端端，必须严格格控制各个接接收端信号到到达的有效的的时间差（skew），，确保在最坏坏的情况下能能构正常工作作43过冲和欠冲过冲是指信号号的电平超过过逻辑门的最最大工作阈值值或小于逻辑辑门最小工作作阈值；欠冲是指信号号的电平小于于逻辑门的最最大工作阈值值或大于逻辑辑门的最小工工作阈值过冲和欠冲会会造成多次逻逻辑误动的错错误出现钳位电路改善善过冲欠冲，，但是在高速速的情况下很很难实现，但但是良好的阻阻抗匹配可以以有效的解决决过冲欠冲问问题44逻辑开关的错错误翻转示意意45串扰当一个网络上上有信号通过过时，由于电电磁耦合的作作用会在相邻邻的网络上感感应出相关的的信号的现象象成为串扰由于串绕是电电磁耦合形成成的，故又可可分为感性耦耦合和容性耦耦合干扰源电流变变化引起的磁磁场变化耦合合到被干扰对对象上产生感感应电压干扰源电压变变化引起的电电场变化耦合合到被干扰对对象上产生感感应电流46串绕影响最小小化的方法电容和电感的的串扰随负载载阻抗的增加加而增加，因因此所有易受受串扰影响的的线路都应当当端接线路阻阻抗。分离信号线路路，可以减少少信号线路间间电容性耦合合的能量。利用地线分离离信号线路，，可以减少电电容的耦合。。为了提高有有效性，地线线应每隔λ/4与地层连接。。解决电感的串串扰问题，应应当尽可能地地减小环路的的大小，可能能情况下，应应消除环路。。避免信号返回回线路共享共共同的路径，，也可以减少少电感串扰。。47EMC与EMIEMI(Electro-MagneticInterference)即电电磁干扰，EMC(Electro-MagneticCompatibility)即即电磁兼容当数字系统加加电运行时，，会对周围环环境辐射电磁磁波，这种电电磁波会对系系统的其他电电路或者其他他系统产生干干扰电磁兼容是对对电子系统电电磁干扰特性性方面的要求求：不干扰其其他系统；对对其他系统的的电磁发射不不敏感；对系系统本身不产产生感干扰减小EMI的的方法有：屏屏蔽、滤波、、消除电流环环路，可能时时降低器件速速度。48EMI的抑制制方法避免人造环路路，确保各信信号线路上任任意两点之间间只有一个路路径。尽可能情况下下采用电源层层方