pcb材料,阻抗控制以及叠层的DFM设计.pdf

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1、 DFM 设计设计 常用常用 FR4 材料简介材料简介：阻抗控制：阻抗控制：表面处理表面处理：叠层设计叠层设计：PDF created with pdfFactory Pro trial version 常用常用 FR4 材料简介：材料简介：由什么组成：由什么组成：不是一种材料名称，而是一种材料等级，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。板材的种类：如板材的种类：如 core，pp。各自的厚度参考表。各自的厚度参考表 我们设置的层叠，工厂是否可以不加改动

2、直接叠压出来，需要结合以下三张表格的数据：1、常用芯板（即我们常说的 CORE）厚度对照表(两位小数的代表介质厚度，一位小数的包括铜箔厚度)：芯板(标称值)mm 0.10 0.13 0.21 0.25 0.36 0.51 0.71 英制（mil）4 5 8 10 14 20 28 芯板(标称值)mm 0.8 1 1.2 1.6 2 2.4 2.5 英制（mil）31.5 38.98 45.28 61.02 76.77 92.52 96.46 2、三种常用半固化片（即我们常说的 PP）在不同条件下的厚度取值(mil)copper 代表 TOP 和 BOTTOM 层,gnd 代表电源或地层,sig

3、nal 代表信号层。0.5Oz 介质厚度 Copper/Gnd Gnd/Gnd Copper/Signal GND/signal Signal/Signal 1080 2.8 2.6 2.5 2.4 2.2 2116 4.6 4.4 4.2 4 3.8 7628 7.3 7 6.8 6.7 6.6 1Oz 介质厚度 Copper/Gnd Gnd/Gnd Copper/Signal GND/signal Signal/Signal 1080 2.8 2.6 2.5 2.4 2.2 2116 4.5 4.3 4.1 3.9 3.7 7628 7.1 6.8 6.6 6.5 6.4 PDF crea

4、ted with pdfFactory Pro trial version 3、工厂常用的标准铜厚参数对照表：标称基铜规格（um/OZ）18/0.5 35/1.0 70/2.0 内层计算铜厚（mil）0.6 1.2 2.6 外层计算铜厚（mil）1.9 2.56 3.94 PDF created with pdfFactory Pro trial version 阻抗控制：阻抗控制：阻抗受哪些因素影响阻抗受哪些因素影响 对于一个 pcb 微带线影响阻抗的主要是线宽、线路的厚度、到参考平面的距离和所使用的材料的介电常数。其它一些常被忽略的因素为蚀刻因子，信号的频率，温度的变化 信号脉冲的上升时间

5、影响信号脉冲的上升时间影响 pcb 的哪些方面？有怎样的影的哪些方面？有怎样的影响？响？信号的带宽由上升时间决定，带宽0.35/信号上升时间。我们可以对一个信号进行傅立叶分解，得到信号的频谱。对于周期信号，频谱是离散的，对于非周期信号，它的频谱是离散的。我们可以把 PCB 板的信号看做是周期的，它可以分解成信号的基频的 1 倍，3 倍，5 倍等奇频信号再乘以它的幅值之和一般来说，频率越高的幅值越小，即 f(x)=A1*coswx+A3cos3wx+A5*cos5wx+.,因为它有无穷多项，实际上带宽就是将无穷多项化成有限项。我们成上面的公式可以看出，它是由不断增加的频率的和组成，带宽就是这个和

6、式的上限频率，把高于它的频率的和式略掉。因为高与带宽的频率的幅值与 A1 相比很小。对于高速信号，频率越高，损耗越大。因此，我们把信号分解成不同频率的信号之和时，不同频率的信号损耗各不同，我们再将信号还原时，信号的高频部分被损耗掉了，必然造成信号的上升时间增加。观察信号的眼图时，会有眼图塌陷。因此，信号上升时间越小，损耗就越大。同时，由于信号的上升时间变长，信号之间的干扰(ISI)也会增加。因为前面的信号还在上升时，后面的信号就跟上来了，就会相互干扰。还有，信号的上升时间会影响信号之间的串扰(crosstalk),特别时远端串扰，它与上升时间成反比。常规常规 FR4 板材的介电常数列表板材的介

7、电常数列表 要使我们的阻抗计算结果更接近实际值，需要结合以下三张表格：1、线条梯形截面参数对照表：PDF created with pdfFactory Pro trial version 上线宽(mil)下线宽(mil)层别/线宽 基铜厚(um/OZ)(W)(W1)18/0.5 W1-0.5 W1 内层 35/1.0 W1-1 W1 18/0.5 W1-1 W1 外层 35/1.0 W1-0.8 W1-0.5 （注：W1=预设计线宽）阻抗计算要注意的事情：如线的剖面是一个梯形，计算的时候要注意 W1,W2 不一样的 2、半固化片组合的介电常数 介电常数值 半固化片型号 树脂含量(%)1MHZ

8、 1GHZ 7268 413 4.60.2 4.30.2 2116 523 4.40.2 4.00.2 1080 643 4.20.2 3.70.2 半固化片组合的介电常数为各半固化片的算术平均值,例如：1080+2116-（4.3+4.5）/2 7628+2116-(4.5+4.7)/2 3各种厚度芯板的介电常数及损耗角正切（测试条件为 C-40/23/50）厚 度（mm）0.13 0.15 0.21 0.25 0.36 0.51 0.71 0.79 1MHZ 4.40.2 4.20.2 4.60.2 4.40.2 4.60.2 4.50.2 4.60.2 4.50.2 介电常数 1GHZ

9、4.00.2 3.70.2 4.30.2 4.00.2 4.30.2 4.20.2 4.20.2 4.20.2 损耗角正切 tg 0.0035 0.0034 0.0035 0.0034 0.0035 0.0035 0.0035 0.0035 厚 度(mm)1 1.2 1.5 1.6 2 2.4 3 3.2 1MHZ 4.60.2 4.60.2 4.60.2 4.60.2 4.60.2 4.60.2 4.60.2 4.60.2 介电常数 1GHZ 4.20.2 4.20.2 4.20.2 4.20.2 4.20.2 4.20.2 4.30.2 4.30.2 损耗角正切 tg 0.0035 0.0

10、035 0.0035 0.0035 0.0035 0.0035 0.0035 0.0035 PDF created with pdfFactory Pro trial version 表面处理：表面处理：DFM 考虑：考虑：喷锡 沉金 渡金 无铅喷锡 PCb 沉锡工艺是为有利于 SMT 与芯片封装而特别设计的在铜面上以化学方式沉积锡金属镀层，是取代Pb-Sn 合金镀层制程的一种绿色环保新工艺，已广泛使用与电子产品（如线路板、电子器件）与五金件、装饰品等表面处理。一、沉锡工艺特点 1.在 155下烘烤 4 小时（即相当于存放一年），或经 8 天的高温高湿试验（45、相对湿度 93），或经三次回流

11、焊后仍具有优良的可焊性；2.沉锡层光滑、平整、致密，比电镀锡难形成铜锡金属互化物，无锡须；3.沉锡层厚度可达 0.8-1.5m，可耐多次无铅焊冲击；4.溶液稳定，工艺简单，可通过分析补充而连续使用，无需换缸；5.既适于垂直工艺也适用于水平工艺；6.沉锡成本远低于沉镍金，与热风整平相当；7.对于喷锡易短路的高密度板有明显的技术优势，适用于细线高密度 IC 封装的硬板和柔性板；8.适用于表面贴装（SMT）或压合（Press-fit）安装工艺；9.无铅无氟，对环境无污染，免费回收废液。二、沉锡工艺流程顺序：流程 序号 缸号 流程 时间 范围 最佳 时间 温度 过滤 1 1 除油 2-4min 3mi

12、n 30-40 2 2、3 两级水洗 1-2min 2min 室温 3 4 微蚀 60-90sec 60sec 室温 4 5、6 两级水洗 1-2min 2min 室温 5 7 浸酸 60-90sec 60sec 室温 6 8、9 DI水洗 60-90sec 60sec 室温 7 10 预浸 1-3min 2min 室温 8 11 沉锡 10-12min 12min 50-60 9 12 热 DI水洗 1-3min 2min 50-55 10 13、14 二级 DI水洗 1-3min 2min 室温 11 15、16 热 DI水洗 1-3min 2min 50-55 三、Final Surfa

13、ce Cleaner 表面除油：1.开缸成分：M401 酸性除油剂.100ml/L 浓 H2SO450ml/L DI水.其余 作 用：除去电路板表面油污，氧化层和手指印。此除油剂与目前市面上常见的所有阻焊油墨都兼容。2.操作参数：温度：30-40，最佳值：35 PDF created with pdfFactory Pro trial version 分析频率：除油剂，每天一次 控制：除油剂 80-120ml/L，最佳值：100ml/L 铜含量：小于 1.5g/L 补充：M401，增加 1含量需补充 10ml/L 过滤：20 滤芯连续过滤，换缸时换滤芯。寿命：铜含量超过 1.5g/L 或每升处

14、理量达到 500 呎。四、Microetch 微蚀：1.开缸成分：Na2S2O4.120g/L H2SO440ml/L DI水.其余 程序：向缸中注入 85的 DI水；加入计算好的化学纯 H2SO4，待冷却至室温；加入计算好的 Na2S2O4，搅拌至全溶解；补 DI水至标准位置。2.操作参数：温度：室温即可 分析频率：H2S04，每班一次 铜含量，每天一次 微蚀率，每天一次 控制：铜含量少于 50g/L 微蚀率：30-50，最佳值：40 补充：Na2S2O4，每补加 10g/L，增加 1%的含量 H2SO4，每补加 4ml/L，增加 1%的含量 寿命：铜含量超过 50g/L 时稀释至 15g/

15、L，并补充 Na2S2O4 和 H2SO4 五、Predip 预浸：1.开缸：10%M901 预浸液；其余：DI水 用途：在沉锡前湿润微蚀出的铜面，此预浸液对任何阻焊油墨都没有攻击性；2.操作参数：温度：室温 分析频率：酸当量，每天一次 铜含量：每周一次 补充：酸当量，每添加 100ml/LM901，增加 0.1 当量 液位：以 DI水补充 过滤：20 滤芯连续过滤 寿命：与沉锡缸同时更换 3.废水处理：与后处理废液中和后过滤出固体物质。六、Chemical Tin 沉锡：1.设备：预浸和化学锡缸均适用；缸体：PP 或 PVC 缸均可；摆动：PCB 架在缸内摆动，避免气体搅拌；过滤：10 滤芯

16、连续过滤；通风：建议 15MPM 通风量；加热器：钛氟龙或石英加热器；PDF created with pdfFactory Pro trial version 注意：不能有钢铁材料在缸内 2.开缸：100%Sn9O2 沉锡液开缸，此沉锡液对任何阻焊油墨都没有攻击性；3.操作参数：锡浓度：20-24g/L，最佳：22g/L 硫脲浓度：90-110g/L，最佳：100g/L 磺酸含量：90-110ml/L，最佳：100ml/L 铜离子浓度：最高 8g/L 时，必须冷却过滤；温度：70-75 时间：10-15 分钟 4.沉锡液的维护：沉锡液维护简单，主要成分可通过分析补充，使其保持在最佳工艺范围内

17、：每加入 12ml/L 沉锡液可提高 1g/L 的锡浓度，使锡浓度保持在 20-24g/L 之间；每加入 10ml/L 10硫脲溶液可提高硫脲 1g/L，使硫脲浓度保持在 90-110g/L 之间；按分析值补充有机磺酸的含量，使其保持在 90-110ml/L 之间；蒸发损失可用去离子水补充液位。5.成份分析：1)锡的分析：试剂：0.1N 碘溶液、30硫酸溶液、淀粉溶液 分析步骤：a)准确吸取 2ml 溶液到 250ml 烧瓶中；b)加入 15ml 30硫酸溶液；c)加入 100ml 去离子水；d)加入 2ml 淀粉溶液；e)用 0.1N 标准碘溶液滴定至兰紫色终点，记录毫升数 V；计算：锡含量

18、 Sn()(g/L)2.69V；2)有机磺酸的分析：试剂：a）10Mg EDTA溶液：加122.76g Na2EDTA 2H2O和39.6g MgSO4到800ml的去离子水中，用1N NaOH溶液调节 PH 值至 7，再加水至 1000ml；b）兰指示剂溶液或 0.1乙醇溶液；c）0.1N 标准 NaOH 溶液。分析步骤：a）准确吸取 1.0ml 沉锡液到 250ml 烧瓶中，加入 100ml 去离子水；b）加入 2ml Mg EDTA溶液及 5 滴溴酚兰指示剂溶液；c）用 0.1N 标准 NaOH 溶液滴定至溶液由黄色变为绿色终点(PH6.7)，记录毫升数 V；计算：有机磺酸(g/L)9.

19、61V 3)硫脲的分析：分析步骤：a）将沉锡槽内取出的样品溶液冷至室温，然后过滤，收取滤液；b）准确吸取 2ml 滤液至 200ml 容量瓶中，加去离子水至刻度，混匀；c）准确吸取 5ml 稀释液至 1000ml 容量瓶中，加去离子水至刻度，混匀（即总共稀释两万倍）；d）用紫外光光度计于 236nm 处，10mm 石英比色皿，以去离子水为参比，测定稀释液的消光值；计算：硫脲(g/L)128消光值 6.影响沉锡速率的因素：PDF created with pdfFactory Pro trial version 1)温度的影响：在 40至 80的区间，沉锡速率随温度的升高而加快；2)时间的影响：

20、锡层厚度随时间的延长而增加，但在 60下 20 分钟后厚度趋于稳定，因此生产上选择在 60下沉锡 10-12 分钟，可以得到 1.5m(60 微英寸)足够厚的锡层。3)锡浓度的影响：沉锡速度随着锡浓度的增加而上升，但沉锡层的外观幷不随着锡浓度的升高而有任何变化，因此增加锡浓度是提高沉锡速率的有效方法之一；4)有机磺酸浓度的影响：沉锡的速率随有机磺酸的浓度上升而加快，当有机磺酸的含量超过 110g/L 后，速率基本不变，但当有机磺酸浓度低于 50ml/L 时所形成的锡层会呈雾状；5)硫脲浓度的影响：沉锡速率随硫脲浓度的上升而加快，但硫脲浓度超过 250g/L 时，锡层外观变得粗糙、毛刺多。PCB

21、 设计时，为何要铺铜？设计时，为何要铺铜？一般铺铜有几个方面原因：，EMC 对于大面积的地或电源铺铜，会起到屏蔽作用，有些特殊地，如 PGND 起到防护作用。，PCB 工艺要求。一般为了保证电镀效果，或者层压不变形，对于布线较少的 PCB 板层铺铜。，信号完整性要求，给高频数字信号一个完整的回流路径，并减少直流网络的布线。当然还有散热，特殊器件安装要求铺铜等等原因。PDF created with pdfFactory Pro trial version 叠层设计：叠层设计：叠层要对称：对称的层的铜含量要对称叠层要对称：对称的层的铜含量要对称 为了将板子扭曲的几率减到最小，保证电镀效果，得到平

22、坦的完成板，多基板的分层应保持对称。即具有偶数铜层，并确保铜的厚度和板层的铜箔图形密度对称。通常层压桓使用的构造材料的径向(例如，玻璃纤维布)应该与层压板的边平行。因为粘接后层压板沿径向收缩，这会使电路板的布局发生扭曲，表现出易变的和低的空间稳定性。然而，通过改善设计可以使多基板的翘曲和扭曲达到最小。通过整个层面上铜箔的平均分布和确保多基板的结构对称，也就是保证预浸材料相同的分布和厚度，可达到减小翘曲和扭曲的目的。铜和碾压层应该从多基板的中心层开始制作，直到最外面的两层。规定在两个铜层之间的最小的距离(电介质厚度)是 0.080mm。由经验可知，两个铜层之间的最小距离，也就是粘接之后预浸材料的

23、最小厚度必须至少是被嵌入的铜层厚度的两倍。换一句话说，两个邻近的铜层，如果每一层厚度是 30m，则预浸材料的厚度至少是 2(2 x 30m)=120m，这可通过使用两层预浸材料实现(玻璃纤维。叠层的层间距厚度注意事项。因为三张叠层的层间距厚度注意事项。因为三张 pp 的厚度最大的厚度最大是？是？mil，所以层间厚度不能超过？，所以层间厚度不能超过？mil 线宽、间距和介电常数，就可以综合考虑 copper 厚度、core 的厚度、pp 的厚度等参数 PCB 生产厂家的 PCB 采用两种介质：芯材和半固化片，芯材和半固化片的交替叠加构成 PCB板.芯材是两面附有铜箔的介质，即一个简单的双面板。芯材有以下 10 几种规格：0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm、1.6mm、2.0mm、2.4mm。注意：在进行阻抗控制的时候，一定要考虑到芯材的厚度中是否包含了铜箔的厚度。半固化片有 1080、2116、7628 等三种规格，应至少选择两片以上的半固化片进行组合。由于半固化片在层压期间，会出现流稀的现象，使得介质的厚度变薄。应当注意计算阻抗时对于走线层铜箔层压时会嵌入介质中，平面层不受影响。PDF created with pdfFactory Pro trial version