PCB的概念及基础知识讲解

中信华

　　PCB的概念及基础知识讲解
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　　1)PCB计量单位
　　PCB计量单位PCB的计量单位通常是英制单位，而不是公制单位。
　　PCB外形尺寸单位通常是in。
7 q: T) ], Y1 Z9 {　　介质厚度、导体长度和宽度的单位通常是in或mil。1mil=0.001in1mil=0.0254mm
+ F- O0 `8 W% u2 N7 r' ^- e, s　　导体厚度的单位为盎司（oz,金属导体的质量是指1in2材料的质量），常用厚度为0.5oz=17.5μm1.0oz=35.0μm2.0oz=70.0μm3.0oz=105.0μm
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　　2)PCB传输线物理特征
　　PCB传输线物理特性在PCB中，铜是作为传输导体的最常用材料，传输线或连接器在电镀后，可能覆上一层金来防止腐蚀。如图1-2-12所示，传输线的长度L和宽度W通常由PCB布局工程师设定。传输线的宽度和间距一般不小于5mil;传输线的厚度H因制作工艺不同而不同，通常是0.5~3oz,发展趋势为0.25oz。

图1-2-12PCB传输线的阻抗

　　提示：上述因素会影响到电阻、电容及传输线的阻抗，必须完全理解才能有助于高速PCB设计。
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5 b& h4 l+ O( w+ f/ ^% H　　3)示波器
　　示波器是在高速PCB设计分析中的基本工具，因为高速数字信号是方波，方波含有高能量及大量的奇次谐波，而且随着技术的升级，波长减小，上升时间和下降时间随之降低，会包含更多的谐波。如图1-2-15所示的波形，低成本的示波器可能不能完成测量验证功能。示波器的性能会影响PCB的分析，一般要考虚示波器的带宽和采样频率。低成本、低性能的示波器可能不会显示高速PCB设计分析中的一些重要信息，如信号干扰、下冲、过冲、供电噪声等。
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　　4)典型PCB制作流程
" A9 k/ \. y( x  {* ?0 y) `) j　　(1)从顾客手中得到Gerber文件、Drill文件和其他PCB属性的文件。如DXP，pads，99SE文件。
; {9 n, ?2 o7 r2 l　　(2)准备PCB基板和层压（重点）。
　　铜膜附着到基板材料（如FR-4)。
　　(3)内层图像传输。
; Y( K1 T2 [/ z$ p　　①将抗蚀刻的化学制剂粘贴在需要保留的铜（如传输线和过孔）上并使其固化。
( Y. Q! z% Y! Q% p! h　　②洗掉没有固化的化学制剂。
2 y6 M% _3 S. ]( x# j( i: ~　　③对铜膜进行蚀刻（通常是氯化铁或氨），将没有粘贴化学制剂的铜腐蚀掉。
　　④溶解去除固化的用于抗蚀刻的制剂。
　　⑤清洗PCB,洗去残渣。
. }5 |/ @$ _% g1 y" e- m2 k　　(4)碾压层。
　　(5)钻孔、清洗和对过孔电镀。
　　①层间的连接线路就在此时制作。
　　②钻出的孔堆栈在一起形成过孔。
/ m: e4 m( U0 k1 _　　③将PCB浸泡在电镀溶液中，形成一层薄薄的铜内孔。
　　④电渡后沉淀1mil的铜。
　　(6)外层图像传输。
　　(7)进行阻悍配制。
　　(8)丝印或曝光（文本和图形）。

　　5)电源/地平面层
9 p& w4 a+ {9 e　　电源平面层或地平面层是指一个提供电源和地信号的固定的铜层，通常比信号层的厚度大以减小其电阻。如图1-2-13所示，在高速PCB中使用电源/地平面层可以为PCB上的电源和地信号提供一个稳定的、低阻抗的传输路径，可以屏蔽层与层之间的信号，这样能尽量减少串扰；提供散热途径；大幅度地増加"平面间电容"；也可以对防止PCB的变形起到有效的作用。（注意：在低频时，电流将沿电阻最小的路径传输；在高频时，电流将沿电感最小的路径传输。）
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( c# |+ t; D& j% q　　6)电介质/绝缘体
7 q0 y9 D5 v# @0 ]　　大多数PCB绝缘材料可以采用相对电介质，这对维持传输线的恒定阻抗很重要。
' Q* K3 p+ s# x- d6 C　　常用的电介质材有如下6种。
　　FR-4 (玻璃纤维和环氧树脂）：最常用，应用广泛，成本相对较低；介电常数最大为4.70,500MHz时为4.35,1GHz时为4.34。可以接收的信号频率最大不超过2GHz (超过这个频率时损失和串扰将増加）。

图1-2-13电源/地平面层结构

　　FR-2 (酚醛棉纸）：成本非常低，在低价消费产品中使用；易开裂；介电常数（1GHz时）为4.5。
　　CEM-3 (玻璃纤维和环氧树脂）：与FR-4非常相似，在曰本被广泛使用。
+ s0 Q1 B: O8 R+ X& `0 Y  i: t　　Polyimide (聚铣亚胺）：高频时性能良好。
6 L. u) o9 Z5 N7 F　　FR:阻燃。
　　CEM:环氧树脂复合材料。
　　常见电介质/绝缘材料与介电常数见表1 -2-2。表1-2-2常见电介质/绝缘材料与介电常数
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　　7)过孔
: \; r$ U. \$ w' O$ {5 P' A. m& s　　过孔在高速PCB中会引入电容，并改变传输线的阻抗。过孔基本可分为3种，其切面如图1-2-14所示。

图1-2-14过孔的几种不同形式

　　通孔（镀孔）：用于连接层；生成钻孔文件，在PCB上打孔并在孔内电镀；通常远远大于信号线。
; m" O! H0 ]6 @  O& l) y: \# c　　盲孔或埋孔：提供更大的配线密度；増加PCB制造成本，通常只用在高容量电路中；埋孔难以调试。
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传输线的宽度和间距一般不小于5mil;传输线的厚度H因制作工艺不同而不同，通常是0.5~3oz,发展趋势为0.25oz。