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从设计上了解主板PCB层数的选择,了解其优缺点! |
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PCB板就是Printed Circuit Board,即印制电路板,供电子组件安插,有线路的基版。通过使用印刷方式将镀铜的基版印上防蚀线路,并加以蚀刻冲洗出线路。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔,原本铜箔是覆盖在整个板子上的,而在制造过程中部份被蚀刻处理掉,留下来的部份就变成网状的细小线路了。 这些线路被称作导线(conductor pattern)或称布线,并用来提供PCB上零件的电路连接。通常PCB的颜色都是绿色或是棕色,这是阻焊漆(solder mask)的颜色。是绝缘的防护层,可以保护铜线,也可以防止零件被焊到不正确的地方。 现在主板和显卡上都采用多层板,大大增加了可以布线的面积。多层板用上了更多单或双面的布线板,并在每层板间放进一层绝缘层后压合。PCB板的层数就代表了有几层独立的布线层,通常层数都是偶数,并且包含最外侧的两层,常见的PCB板一般是4~8层的结构。很多PCB板的层数可以通过观看PCB板的切面看出来。但实际上,没有人能有这么好的眼力。 现在一般正规的厂家会在基板边角上做上层数的标识。 之前有报导介绍过另一种分别方法: 将主板或显示卡对着光源,如果导孔的位置能透光,就说明是4层板;反之就是6/8层板。 这种盲孔检测方法现在已不适用。现在大多4层板上是没法看到透光孔的。因为设计上面已很小采用穿透整个板子的盲孔了。 PCB板可以分为单层板、双层板和多层板。各种电子元件都是被集成在PCB板上的,在最基本的单层PCB上,零件都集中在一面,导线则都集中在另一面。这么一来我们就需要在板子上打洞,这样接脚才能穿过板子到另一面,所以零件的接脚是焊在另一面上的。因为如此,这样的PCB的正反面分别被称为零件面(ComponentSide)与焊接面(SolderSide)。双层板可以看作把两个单层板相对粘合在一起组成,板的两面都有电子元件和走线。有时候需要把一面的单线连接到板的另一面,这就要通过导孔(via)。导孔是在PCB上,充满或涂上金属的小洞,它可以与两面的导线相连接。现在很多电脑主板都在用4层和6层PCB板,在多层PCB板上也会遇到连接各个层之间线路的问题,也可以通过导孔来实现。由于是多层PCB板,所以有时候导孔不需要穿透整个PCB板,这样的导孔叫做埋孔(Buriedvias)和盲孔(Blindvias),因为它们只穿透其中几层。盲孔是将几层内部PCB与表面PCB连接,不须穿透整个板子。埋孔则只连接内部的PCB,所以光是从表面是看不出来的。在多层板PCB中,我们将各层分类为信号层(Signal),电源层(Power)或是地线层(Ground)。如果PCB上的零件需要不同的电源供应,通常这类PCB会有两层以上的电源与电线层。采用的PCB板层数越多,成本也就越高。当然,采用更多层的PCB板对提供信号的稳定性很有帮助。 专业的PCB板制作过程相当复杂,拿4层PCB板为例。主板的PCB大都是4层的。制造的时候是先将中间两层各自碾压、裁剪、蚀刻、氧化电镀后,这4层分别是元器件面、电源层、地层和焊锡压层。再将这4层放在一起碾压成一块主板的PCB。接着打孔、做过孔。洗净之后,将外面两层的线路印上、敷铜、蚀刻、测试、阻焊层、丝印。最后将整版PCB(含许多块主板)冲压成一块块主板的PCB,再通过测试后进行真空包装。如果PCB制作过程中铜皮敷着得不好,会有粘贴不牢现象,容易隐含短路或电容效应(容易产生干扰)。PCB上的过孔也是必须注意的。如果孔打得不是在正中间,而是偏向一边,就会产生不均匀匹配,或者容易与中间的电源层或地层接触,从而产生潜在短路或接地不良因素。 PCB板的种类很多,多层的一般有4、6层的用的比较多。 而4层PCB板厚度有正负公差的区分,通常情况下用的是负公差也就是1.5-1.6mm之间,而正公差是1.6-1.7mm之间。正公差的PCB就被很多人识别为6层PCB了,其实质量上完全一样,而且都是标准的4层PCB。真正6层的PCB也有做成1.5-1.6厚度的。从PCB板的结构强度上考虑,已不再主重简单依据其厚度,而是依据其基板的材质。电路的电性能则与设计师选用何种材质的基板(介电常数多少)有密切的关系。一般可用1.0、0.8的,甚至有用0.3的(对工作频率在10GHz以上)。 从电路的可靠性和成本上来讲,电路板的层数越少越好(如果有一层的线很少,宁可使用0欧姆电阻和跳线而减去一层),过孔的数也是越少越好(过孔尽可能地利用元件的焊点)。而从抗干扰性能上讲一般6层的比4层的要强。 PCB设计的一般原则 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: 1. 布局 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。 2.布线 布线的原则如下: (1)输入输出端用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)印制摄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。当铜箔厚度为 0.05mm、宽度为 1 ~ 15mm 时.通过 2A的电流,温度不会高于3℃,因此.导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路,尤其是数字电路,通常选0.02~0.3mm导线宽度。当然,只要允许,还是尽可能用宽线.尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路,尤其是数字电路,只要工艺允许,可使间距小至5~8mm。 (3)印制导线拐弯处一般取圆弧形,而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外,尽量避免使用大面积铜箔,否则.长时间受热时,易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时,最好用栅格状.这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。 3.焊盘 焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm,其中d为引线孔径。对高密度的数字电路,焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。 如何确定PCB的层数 电路板尺寸和布线层数需要在设计初期确定。如果设计要求使用高密度球栅数组(BGA)组件,就必须考虑这些器件布线所需要的最少布线层数。布线层的数量以及层叠(stack-up)方式会直接影响到印制线的布线和阻抗。板的大小有助于确定层叠方式和印制线宽度,实现期望的设计效果。 多年来,人们总是认为电路板层数越少成本就越低,但是影响电路板的制造成本还有许多其它因素。近几年来,多层板之间的成本差别已经大大减小。 多层板层设计的几个原则: 1-每个信号层都与平面相邻 2-信号层与与相邻平面成对 3-电源层和地层相邻并成对 4-高速信号埋伏在平面层中间,减少辐射 5-使用多个底层,减少地阻抗和共模辐射 多层印制板设计要决定选用的多层印制板的层数。多层印制板的层间安排随着电路而变,但有以下几条共同原则。 (1) 电源平面应靠近接地平面,并且安排在接地平面之下。这样可以利用两金属平板间的电容作电源的平滑电容,同时接地平面还对电源平面上分布的辐射电流起到屏蔽作用。 (2) 布线层应安排与整块金属平面相邻。这样的安排是为了产生通量对消作用。 (3) 把数字电路和模拟电路分开,有条件时将数字电路和模拟电路安排在不同层内。如果一定要安排在同层;可采用开沟、加接地线条、分隔等方法补救。模拟的和数字的地、电源都要分开,不能混用。数字信号有很宽的频谱,是产生干扰的主要来源。 (4) 在中间层的印制线条形成平面波导,在表面形成微带线,两者传输特性不同。 (5) 时钟电路和高频电路是主要的干扰和辐射源,一定要单独安排、远离敏感电路。 (6) 不同层所含的杂散电流和高频辐射电流不同,布线时不能同等看待。 3.3 多层PCB的典型布层安排如下: 可参考 http://www.dz158.com/Article_Show.asp?ArticleID=1091 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2层 S1,G S2,P 4层 S1 G P S2 6层 S1 G S2 S3 P S4 差 6层 S1 S2 G P S3 S4 一般 6层 S1 G S2 P G S3 好 8层 S1 S2 G S3 S4 P S5 S6 差 8层 S1 G S2 S3 G P S4 S5 一般 8层 S1 G S2 G P S3 G S4 好 10层 S1 G S2 S3 G P S4 S5 G S6 |
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