PCB设计基础知识大盘点

PCB 基础

PCB量测的单位

PCB设计起源于美国，所以其常用单位是英制， 而非公制

版子的大小通常使用英尺

介质厚度&导体的长宽通常使用英尺及英寸

1 mil = 0.001inches

1 mil = .0254mm

导体的厚度常使用盎司(oz)

一平方英尺金属的重量

典型值

–  0.5oz =17.5μm

–  1.0oz =35.0μm

–  2.0oz =70.0μm

– 3.0oz = 105.0μm

典型8层板的横截面

一个PCB由不断交错着的Prepreg和Core组成

材料：

Core:一片薄薄的固化的介质（通常是FR4:玻璃纤维&环氧基树脂）

Prepreg: preimpregnated的简写。一片薄薄的未固化的介质（通常FR4：玻璃纤维-环氧基树脂）当被加热或挤压时，Prepreg会溶解在环氧基树脂胶里，然后变成和Core具有相同介电常数的材料

铜箔：一片铜板，使用一环氧树脂粘合在Core的两边

PCB的层数代表的是铜箔的层数

一个8层PCB包含8层铜箔

叠层根据板子在纵轴上的中心点对称，以避免在热循环中的机械应力

PCB导体:Traces

铜是PCB中最常用的导体

走线或连接器一般通过镀金来提供一个抗腐蚀的电传导特性

走线的宽度和长度-由PCB布线工程师控制

在通常的制造工艺下，走线的宽度和之间的间距一般要≥5mil

走线厚度-制造工艺的变量

典型值 0.5oz – 3oz

趋势 0.25oz

SITip:以上因素都会影响走线的电阻，电容，阻抗，在高速信号设计中都要被慎重的考虑。

电源平面

使用一个完整的铜箔平面来提供电源或地

一般会使用比信号层更厚的铜箔层来降低电阻

为什么需要？

为PCB上所有设备的电源地信号提供一个稳定的，低阻抗的路径

屏蔽层与层之间的信号以此来降低串扰

SI tip:通过在Core的两边加相对的电源与地可以最大化“板间电容”。同样， 也可以减少PCB的翘曲

PCB基础之PCB介质

一般的介质材料 

FR-4（玻璃纤维和环氧基树脂交织而成）

最常和最广泛使用，相对成本较低

介电常数：最大4.7，4.35@500Mhz,4.34@1Ghz

可承受的最高信号频率是2Ghz(超过这个值，损耗和串扰将会增加）

FR-2（酚醛树脂棉纸）

非常廉价，使用在廉价的消费设备上

容易破裂

介电常数：4.5@1Ghz

CEM-3 (玻璃与环氧基树脂编织物）

与FR4类似，在日本广泛应用

Polyimide

高频的表现很好

FR&CEM

FR:FlameRetardant

CEM: Composite EpoxyMaterial

SITip:绝大多数的PCB绝缘材料会有一个可控的介电常数-对于维持传输线阻抗的稳定来说这是非常重要的。

PCB基础之Vias

Vias (platedholes)

连接不同层

通过钻孔的方式来打通PCB的不同层，并在内层电镀

通常比信号线大

埋孔和盲孔

增加布线密度

增加PCB制造的成本-通常用在高密度的产品上

埋孔非常难以去调试

SITip:Vias会引进容性分量并改变走线的特征阻抗

PCB 基础之典型的PCB设计流程

PCB基础之典型的PCB制造流程

从客户手中拿到Gerber，Drill以及其它PCB相关文件

准备PCB基片和薄片

铜箔的底片会被粘合在基材上

内层图像蚀刻

抗腐蚀的化学药水会涂在需要保留的铜箔上（例如走线和过孔）

其他药水会被洗掉

然后使用腐蚀剂（通常是FeCI或Ammonia)，未被标记的铜箔就会被移除

溶剂会把固化的抗腐蚀剂洗掉

清洗掉PCB板的其他杂物

压层

Drilling, cleaning & platingvias

这是建立不同层之间的连接关系

在需要Via的地方打一个贯穿所有层的洞

电镀

外层图像蚀刻

绿漆层

丝印层 (文本和图像)