培训教材-PCB专业知识

3.3.2 布线
布线的原则如下： 1. 输入输出端的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免 发生反馈藕合。 2 .印制导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过 它们的电流值决定。在条件允许的情况下，走线应尽可能宽，尤其是 电源线和地线。
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3 .在PCB板上于控制线的入口处加接R-C去耦，以便消除传输中可能
§ 2 按结构分类 :
单面板 非金属化孔 双面板
{金属化孔
银（碳）浆贯孔 四层板 常规多层板 六层板
{
多层板
{
埋/盲孔多层板 积层多层板
……
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1.2 PCB工艺流程
§1 单面板生产工艺流程
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§2 双面板生产工艺流程
CAD和CAM CCL开料/磨边 ↓ ↓ —————————————————————→NC钻孔 │ ↓ │ 孔金属化 │ （图形电镀）↓ ↓（全板电镀） │ 干膜或湿膜法 掩孔或堵孔 —————————————————→（负片图形） （正片图形） ↓ ↓ 电镀铜/锡铅 图形转移 ↓ ↓ 去膜、蚀刻 蚀刻 ↓ ↓ 退锡铅、镀插头 去膜、清洁 ↓ ↓ 印刷阻焊几剂/字符 ↓ 热风整平或OSP ↓ 铣/冲切外形 ↓ 检验/测试 ↓ 包装/成品
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讲座内容提要
• 第一节 PCB 概述
— 1.1 PCB分类 — 1.2 PCB工艺流程
• 第二节 PCB设计基础知识 • 第三节 PCB设计的 EMC考虑
— 3.1 电磁兼容术语 — 3.2 干扰源与耦合途径 — 3.3 PCB的电磁兼容设计
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1.1 PCB分类
可按PCB用途、基材类型、结构等来分类
原因：减小电源电流回路面积。
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在双层板中，电源走线附近必须有地线与其平行或在背面紧邻。
原因：减小电源电流回路面积。
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在多层板中，尽量避免布线层相邻
原因：相邻布线层上的平行信号走线会导致信号串扰。
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在单面板和双面板中，滤波电容的走线应先经滤波电容 滤波，再到器件管脚。
§ 1 按基材分类:
刚性覆铜板（CCL）材料
FR1,FR2纸基酚醛树脂 FR3纸基环氧树脂 FR4玻纤环氧树脂 CEM-1材料（芯料为纤维纸，面料为玻纤布） CEM-3材料。（芯料为玻纤纸半固化片、面料为玻纤布半固化片） RCC（涂树脂铜箔）材料
挠性覆铜板材料
聚脂薄膜 聚酰亚胺薄膜 氟化乙丙烯薄膜
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2. PCB设计基础知识 接地方式种类
信号接地方式
单点接地
多点接地
混合接地
串联单点接地
并联单点接地
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§1 单点接地
1
I1 R1 A I2 R2 B R3 C
2
3
I3 I1 A
1
I2
2
B
3
C I3
串联单点接地 优点：简单 缺点：公共阻抗耦合
并联单点接地 优点：无公共阻抗耦合 缺点：接地线过多
滤波器/滤波电路下方不要有其他无关信号走线。
原因：分布电容会削弱滤波器的滤波效果。
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滤波器（滤波电路）的输入、输出信号线不能相互平行、 交叉走线。
原因：避免滤波前后的走线直接噪声耦合。
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3 PCB设计的 EMC考虑
电磁兼容（electromagnetic compatibility） (EMC)： 设备或 系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事 物构成不能承受的电磁骚扰的能力。
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§2 多点接地
电路1 R1 L1
电路2 R2 L2
电路3 R3 L3
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PCB的载流能力
PCB的载流能力取决与以下因素：线宽、线厚（铜箔厚 度）、容许温升。
上式中：I = 最大电流 （单位： A） K= 额定值的下降常数 （内层为0.024 ，外层为0.048 ） T = 最大容许温升 （单位：°C ） A = 截面面积 （单位：平方mils）
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B .）以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。 元器件应均匀、 整齐、紧凑地排列在PCB上．尽量减少和缩短各 元器件之间的引线和连接。一般电路应尽可能使元器件平行排列。 这样，不但美观．而且装焊容易．易于批量生产。 C.）位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。 电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3：2成4：3。电路板面尺寸 大于200x150mm时．应考虑电路板所受的机械强度。 2 . 尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参 数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近， 输入和输出元件应尽量远离。 3 . 某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之 间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布 置在调试时手不易触及的地方。
PCB布局
PCB布局设计时，应充分遵守沿信号流向直线放置的 设计原则，尽量避免来回环绕。
原因：避免信号直接耦合，影响信号质量。
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混合电路在同一PCB上放置时，数字电路与模拟电路，高速 与低速电路应分开布局。
原因：避免各电路之间的互相干扰。
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PCB上同时存在高、中、低速电路时，应该遵从低 到高的布局原则。
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关键信号线（时钟，同步，RGB等）两侧包地，包地线 每隔3000mil以过孔接地。
原因：防止与邻近元件或走线间产生串扰及共模RF耦合； 保证包地线上各点电位相等。
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时钟线上尽量减少过孔。
原因：过孔会使走线的阻抗增加，可能引起功能不正常 或EMI辐射。
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出现的干扰因素。 4 .PCB走线宽度不要突变，导线不要突然拐角。
5 .根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电
阻。同时，使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有 助于增强抗噪声能力。 6 .地线的设计：A）数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电 路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单 点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电 路宜采用多点串联接地，地线应短而租，高频元件周围尽量用栅格 状大面积地箔。B）接地线应尽量加粗。若接地线用很细的线条，则 接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线 加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线 应在2~3mm以上。C）接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制
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板，其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。
7 .去藕电容配置
PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的 退藕电容。退藕电容的一般配置原则是： A）电源输入端跨接10 ~100uf的电解电容器。如有可能，接 100uF以上的更好。 B）原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容， 如遇印制板空隙不够，可每4~8个芯片布置一个1 ~ 10pF的但电容。 C）对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如 RAM、 ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入去藕电容。 D）电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。
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§3 PCB表面涂（镀）覆技术
HAL OSP 电镀Ni/Au 化学镀Ni/Au 化学镀镍/金 化学镀银 化学镀锡
1. 热风整平（HAL） ： 把PCB浸入熔融的低共熔点Sn/Pb合金中，然后拉出经热风吹去多余 的Sn/Pb合金，得到所要求组成和厚度的Sn/Pb合金层。其优点是有极好 的保护性、可焊性和可靠性。 缺点是：1 熔融锡/铅合金的表面张力太大 2 在高温下产生锡/铜金属 间化合物 3 在HAL过程中PCB受到高温（230∽250℃）的热冲击 。 2. 有机可焊性保护剂（OSP） ： 通过将裸铜印刷线路板浸入一种水溶液中，通过化学反应在铜表面 上形成一层厚度0.2~0.5um的憎水性有机保护膜 。其优点是： 1 好的平 整度（共面性） 2 工艺简单，便于操作和维护，操作环境好，污染少， 易于自动化； 3 成本低廉。 不足之处是所形成的保护膜极薄，易于划伤（或擦伤） ；经过多次高 温焊接过程的OSP膜会发生变色或裂缝，影响可焊性和可靠性。
3.2 EMC的两个基本原则
第一个原则是尽可能减小电流环路的面积； 如果信号不能通过尽可能小的环路返回，就可能形成 一个大的环状天线 第二个原则是系统只采用一个参考面。 如果系统存在多个参考面，就可能形成一个偶极天线。
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3.3 PCB的电磁兼容设计
印制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件,它提供电 路元件和器件之间的电气连接, PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大。 因此，在进行PCB设计时．必须遵守PCB设计的一般原则，并应符合抗 干扰设计的要求。要使电子电路获得最佳性能，元器件的布且及导线的 布设是很重要的。为了设计质量好、造价低的PCB．应遵循以下一般原 则： 3.3.1 布局 1 .首先，要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻 抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线 条易受干扰。在确定PCB尺寸后．再确定特殊元件的位置。最后，根据 电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。 A .）按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信 号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。
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4 . 体积大而重、发热量多的元器件，应考虑散热问题，最好能装
在整机的机箱底板上。热敏元件应远离发热元件。
5 . 对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元