1、 图21高频时印制导线的等效电路1图31(a)表面微带结构图31(b)嵌入式微带结构 传输线绝缘介质接地平面覆盖层WtH 87 ln 5.98h0.8 w t WHt图32a单带状线 图32b双带状线d604(2ht )2.1(0.8w+t)1.9(2h+t)0.8w+th4(h+d+t)804.3设计方法设计方法网络表输入设计规则设置布线元器件布局复查（人工预或仿真）DRC检查输出 从表中可以看出相同的材料在不同的频率下测量的结果是不同的，在高频时采用时域反射计（DTR）,测量信号在线路中的实际时延可以确定r的精确值。所以在高频电路中计算线路的特性阻抗采用100MHz下测量的r值更为准确。（
2、1）选择基材的依据是：1）根据PCB的使用条件和机械、电气性能要求从有关标准中选择材料的型号和规格。2）高频和微波电路应选择介电常数适合(或按需要选择)和低介质损耗的基材。对特性阻抗要求严格的板，更应注意材料的介质损耗，并在频率、温度、湿度的环境变化时应能保持稳定。根据计算选择相应介电常数和低介质损耗的材料。3）根据预计的印制板结构确定基材的覆铜箔面数（不同规格的单面、双面覆铜箔板或多层板用薄板）；4）根据印制板的尺寸、单位面积承载元器件重量，确定基材板的厚度。多层板应根据导电层数 和层间绝缘层厚度要求确定薄型的覆铜板及粘接片的数量和总厚度。5）满足电子产品有关环保规定（“废旧家电及电子产品回
3、收处理体系”和“电子信息产品污染防治管理办法”），选择基材的要求还应考虑：用PBB和 PBDE等含卤素类化合物作为阻燃剂的板材就不能选用；应选无卤素类阻燃剂的板材（目前已有含磷含氮或含硼类化合物的阻燃剂但成本高）。据溴科学与环境论坛（BSEF）认为目前FR-4板材中使用的四溴双酚A阻燃剂不在禁令之内,不属于PBB一类有害物质。目前已有既不含卤素也不含锑和磷的基材，如S1155/1165。6）满足无铅焊接和加工工艺要求无铅焊料应用的基材，因为无铅焊料焊接温度高，应选用热稳定性好或耐热性好的材料，具体体现在材料的如下几项参数：Tg：树脂的玻璃化转变温度，应当150；CTE：基材的热膨胀系数相对要小
4、(XY、Z向)；Td：（de compocition）板材中树脂材料的最高热分解温度应当高。在此温度下材料的一些物理、化学性能降低，产生不可逆的变化，应通过一些热应力试验后的树脂状态变化和机电性能变化来反映。对于FR-4板材热失重5时的热分解温度340。T288：热分层时间,表示基材的耐热性能。IPC对无铅焊用板材的方案中规定FR-4板材的T28830min。通常用在288下耐热应力试验的时间来考核（在规定的时间10秒内板材不起泡、不分层、铜箔的抗剥力符合规定的要求等）。含铅焊料焊接时间大于60秒，用无铅焊料应大于5分钟。但是过高的Tg不易机械加工。目前改进的FR4、FR5、PI和BT树脂等基
5、材，对采用无铅焊接工艺基本上可以满足要求，但还需要开发耐温性更好的基材。不同类型材料的成本相差很大，不能越高越好。选用的基本原则是：满足产品使用的电气、机械和物理要求，切勿宁高勿低，或以低代高。（2）高速电路印制板采用的基材一般工作频率在300MHz以下的印制板根据频率的高低和介质损耗要求，分别可以采用FR-4覆铜箔板(EP)、BT树脂覆铜箔板、聚酰亚胺覆铜箔板(PI)或氰酸酯覆铜板（CE）和聚苯醚（PPE）等。这些材料的介电特性排序为：PTFECEPPE BT PI 改性EP EP微波是波长小于1m或频率高于300MHz电磁波（IPC-316标准中将频率在100MHz30GHz视为微波电路）
6、微波电路板通常采用较低介电常数的聚四氟乙烯覆铜板（PTFE）。通过添加陶瓷粉等填料可以改变基材的介电常数，以适应不同介电常数的基材需要。微波印制板用的材料与一般的高速电路印制板用的材料不同，材料的介电常数范围更宽，从2.1510.0，种类繁多，大部分由欧美和日本的供应商提供；我国泰州旺灵绝缘材料厂和生益西安绝缘材料研究所可以提供介电常数2.5以上的部分材料。聚四氟乙烯基材亲水性差，镀液不易润湿难于制作金属化孔，必须先对基材进行活化处理（用等离子或钠萘处理），提高亲水性后再金属化孔。所以用聚四氟乙烯基材的微波印制板多数是单、双面板，随着微波器件的发展和新型微波材料的开发，微波用多层印制板的应用逐
7、渐增多。微波用印制板是一种特殊的高速电路板从选材到制造工艺和验收都有特殊的要求，不在本文讨论的高速电路用印制板的范围，不再详细介绍。6.1印制板的结构根据布线密度要求，整机给予印制板的空间尺寸和机械、电气性能要求决定。高速电路根据需要可以选择双面板、多层板或挠性板或刚挠性板。在双面板布线密度很高的情况下，与其采用双面板还不如采用布线密度较低的多层板。因为低层次、低密度的多层板的可靠性和可制造性要优于高密度的双面板。双面板和多层板，可以通过金属化孔实现各导电层间的连接，能缩短信号传输的路径，提高传输速度，并且容易制作为微带线和带状线的结构，有利于保持信号的完整性。从电磁兼容考虑，当时钟电路的频率
8、超过5MHz时或者器件的上升时间小于5ns时，增加采用多层板的可能性。（即5/5规则）6.2外形：PCB的外形是由在整机中的安装尺寸和布线密度要求决定的，原则上可以是任意的，但是考虑到美观和加工的难易，在满足整机空间布局要求的前提下，外形力求简单，一般为尺寸不大、长宽比例不太悬殊的长方形。也允许有圆形和其他异形，但是长宽比例较大或面积较大的印制板，容易产生翘曲变形，需要增加板的厚度或采取增加支撑点和边框加固等措施,并且大尺寸板走线距离长，对高速电路容易引起信号完整性的问题。6.2.1外形尺寸公差：因为印制板的基材是树脂型，所以其机械加工的公差应按塑料加工的公差，不能像金属加工的公差那样严格。6
9、.2.2 板厚度：PCB的厚度应根据对板的机械强度要求和与之相匹配的连接器的规格尺寸，以及PCB上单位面积承受的元器件重量，从相关基材的厚度标准尺寸系列中，选取合适厚度的基材。一般不要选非标准厚度的基材，这样会增加成本；在能满足安全使用的前提下，不要选择过厚的基材，以减轻产品重量和降低成本。一般不要选非标准厚度的基材，这样会增加成本；在能满足安全使用的前提下，不要选择过厚的基材，以减轻产品重量和降低成本。6.2.3 印制板的总厚度：应根据使用时对板的机械强度要求及有边缘连接器时与连接器匹配需要而定,对于多层板还应考虑各层间绝缘层厚度匹配的需要。在满足上述条件的前提下，尽量选择较薄的厚度，使作为
10、过孔的导通孔有较小的深度，即有利于制造有可以减少寄生电容，便于高速信号的传输。多层板中间层的绝缘材料厚度 应根据其电气性能要求（耐压、绝缘电阻、特性阻抗的要求）来决定；在两相邻导电层之间，一般至少应有0.09mm厚的绝缘层（HDI板层间厚度0.03mm），并且其粘结片不少于两片，在所有的粘结层中最好使用同一种厚度的粘结片。对微波电路用的多层板，其层间介质层的厚度应根据电路特性阻抗要求，需要严格计算而确定。挠性板厚度：用其挠曲功能的板，应选择较薄的基材，有利于挠曲。当使用附加镀（涂）覆层、覆盖层或胶粘剂时，板的总厚度会大于挠性覆铜箔基材的厚度(基材、覆盖层厚度通常都为0.025mm)，所以对其尺
11、寸公差应尽可能宽松。6.3坐标网格与定位基准 为了确定孔和导电图形的位置，应采用GB1360（印制电路坐标网格）规定的网格系统，基本格子为2.54mm，辅助格子为1.27mm 和0.635mm或者更小。（公制尺寸元器件用2.5mm格子，节距小于0.635mm用公制格子，即0.5、0.4等）。为在制造和检查导电图形时定位用，建议使用参考基准。它是两条正交的基准直线，交点为坐标原点，在同一块板上有几个图形时，所有的图形都应使用相同的参考基准。参考基准设置在板内或板外由设计者决定，并且标出印制板的边缘到基准线的尺寸和公差。对于SMT用印制板，在具有自动光学定位系统的 高精度表面安装设备上安装时，应在
12、印制板元件面的两角或三个角上各设置一个1.6mm的圆形或边长为2.0mm 的方形光学定位标志作为基准，在大尺寸或细节距的IC 焊盘图形的对角线或中心位置上各设置一个基准标志，标志上面不允许有阻焊膜覆盖,以作为安装器件时定位。对器件节距更小的印制板，可以用网印器件外形并作引脚的位号标志。(见下图)6.4 印制导线宽度 和间距6.4.1导线宽度 印制导线的宽度由导线的负载电流、允许的温升和铜箔的附着力及特性阻抗匹配决定。导线宽度与载流能力见图61，从可制造性和可靠性考虑一般印制板的导线最宽度不小于0.10mm（3级板0.13mm）可以承载0.5A的电流。SMT 印制板的导线宽度根据布线密度需要可小
13、于0.2mm，高密度板（HDI）的导线宽度可小于0.1mm，导线越细其加工难度越大，所以在布线空间允许的条件下，应适当选择宽一些的导线。导线的尺寸精度取决于导电图形的设计精度、生产底版的精度、制造工艺（成像、镀覆、蚀刻的方法和质量）及导体厚度的均匀性等因素，所以只规定最小导线宽度。对于高速电路导线宽度102030(A)35.030.025.020.015.012.010.08.07.06.05.04.03.02.01.51.00.750.50.250.125457510060(S)0 1 5 10 2030 50 70 100 150 200 250 300 400 500 600 700 1
14、0535701825 0 1 5 10 2030 50 70 100 150 200 250 300 400 500 600 700 00.0250.1250.250.3750.5000.7501.251.752.503.755.006.257.508.7510.00导线截面积（6.45104 mm2）W公差通常为线宽的2015；微波电路的导线宽度及公差应有严格要求一般取0.030.08、0.05mm 的公差或线宽的10。6.4.2 印制导线间距 印制导线的间距，由导线之间的绝缘电阻、耐电压要求、电磁兼容考虑、基材的特性和加工的极限决定。1）导线之间的绝缘电阻 印制板表层导线间的绝缘电阻是由导
15、线间距、相邻导线平行段的长度、绝缘介质（包括基材和空气）印制板的加工工艺质量、温度、湿度和表面的污染等因素所决定。一般绝缘电阻和耐电压要求越高，其导线间距就应适当加宽。小于0.15mm的导线间距也难以加工，所以设计时在布线空间允许的条件下，应适当加大导线间距。两相邻导线间的绝缘电阻要求严格时，可采用下列 公式来估算：Ris160RmatW/L 式中：W导线间距，mm；Ris导线之间预计的最小绝缘电阻M；Rmat规定温度下基材的最小绝缘电阻，M；L导线平行段长度，mm。实际上导线的间距设计可能是不均匀的，此时W/L的平均值按下式计算：式中：W1，W2,W n各平行段导线的标称间距；L1，L2Ln
16、各平行段导线的长度。内层绝缘电阻也可以用以上公式估算；层间绝缘电阻是绝缘层的体积电阻，它受外界条件影响小，主要受材料绝缘电阻和介质层厚度影响。对环氧玻璃布层压板基材，其表面绝缘电阻1010。2)导线间耐电压印制导线之间的耐电压值，与板基材的绝缘介质种类、导线间距、导线边缘的齐整性、表面污染程度、表面涂覆层、布线情况和周围环境条件等因素有关。印制导线之间的局部放电电压很高，对以环氧玻璃布为基材的印制板，导线间的耐电压值：在正常大气条件下，大于1200V/mm，在低气压条件下（0.1332.66KPa），其耐电压值要下降2/3左右。在设计低气压条件下工作的印制板时，应注意这一特性。为了安全起见，在
17、设计导线的间距时，一般取最大耐电压值（局部放电电压）的940作为允许工作电压。设计时考虑导线的间距，使用电压必须大于最小电气间距，尤其是设计表面导线的间距，尽量保持较大的间距。线间耐电压与大气压有关，在海拔03050m高度最小导线电气间距见下表：最小导线电气间距 单位：mm较大的导线间距有利于降低信号串扰（相邻导线间距大于线宽的2倍即2W原则，信号串扰会明显降低）。最小导线电气间距应满足耐电压要求。差分信号传输线（有两个输入端信号分别在两相邻传输线上传输的走线，抑制共模能力强）信号线应相互靠近平行，间距尽可能最小（等于线宽或不小于工艺极限）；两差分线的走线间距不应变化，长度相等或近似相等；当计
18、算阻抗时，通过改变导线宽度优化阻抗；两相邻的差分线对之间间距，仍按2W原则。2WWswS工艺极限；当S=3h时反射阻抗最小6.6 孔与连接盘6.6.1 孔：印制板上的孔，基本上可归为四类：机械安装孔、元件孔、隔离孔和导通孔。各类孔的设计要求不同,尤其是高速电路印制板上的过孔，对电路特性有明显的影响。1）机械安装孔：应与机械安装件的位置尺寸、安装尺寸及位置公差相匹配。孔与孔的边缘及孔边缘到板边缘的距离应大于板的厚度，以保证孔壁的机械强度。2）元件孔：孔径应大于所安装的元器件引线（或插针）直径0.20.3mm，孔中心的位置应在坐标网格（或辅助格）的交点上，并且与元器件引线（引脚）的位置相匹配（不允
19、许一孔安装两根引线），如果元器件的引线为非直线排列，则至少有一个点的孔中心位于网格的交点上。此类孔的孔直径一般是指金属化后的镀覆孔的直径。3)隔离孔：在多层板中将某层导电图形与通过该层的镀覆孔（金属化孔）进行绝缘隔离，孔径应大于同轴的金属化孔壁外径0.20.3mm，在布线空间允许时应适当加大绝缘间隙。0.1mm隔离环金属化孔电、地面图64隔离环相切图63隔离环有距离4)导通孔：又称为过孔，分为通孔、盲孔和埋孔三种形式。其孔径的大小和孔位由布线空间大小酌情调整，不作严格规定，为了提高布线密度一般其孔径设计得比元件孔小，但是最小板厚度与孔径的比一般不大于5：1，过大的比例在孔金属化时，工艺难度加大
20、成本上升，如需要较大的厚、径比，应与制造方协商。在布线空间允许的情况下，此孔一般不设计在元件体的下面（多层板的埋孔除外），防止波峰焊时焊料通过孔造成贴板安装的元器件损坏或下面短路，并便于检查和维修。SMT板布线密度较高，允许将过孔设置在器件下面，但是必须用阻焊剂覆盖或封堵孔。大功率器件的导热孔也允许设置在器件下面。导通孔的三种类型：通孔、埋孔和盲孔,其中埋孔和盲孔孔径更小，通常采用激光或等离子体技术加工。最小钻孔孔径见表埋孔层厚1级孔径2级孔径3级孔径0.50.150.150.20盲孔层厚1级2级3级0.250.200.300.4 表61 埋孔、盲孔孔径 与孔深度的可制造限度 mm埋孔通孔盲孔
21、导电胶填充埋孔图65 导通孔的类型 5）导热孔（又称散热孔）：在某些大功率的器件（QFN）下面有散热孔，相应的印制板部位应设置导热孔与器件的散热孔对应，以利于散热。其排布形式见下图（未布线局部图）图67导热孔排布形式散热孔6.6.2 连接盘：印制板上的连接盘(Land)，用于表层进行焊接的称为焊盘。一般为圆形与孔同心环绕在孔周围，最小的环宽应0.1mm，在空间位置允许的条件下，应适当加宽连接盘的环宽。表层的焊盘面积应稍大些有利于焊接，其形状一般也是圆形的，也有采用切割圆形、矩形、正方形或卵圆形等，根据布线的密度来确定。扁平封装和表面安装元器件的焊盘，通常为矩形或条状（长宽比例按引脚尺寸）。BG
22、A器件的焊盘是圆的并与元器件的引脚位置相匹配，具体的形状、尺寸随元器件的型号不同而异，同一元器件的焊盘尺寸应一致，防止因焊盘的热容量不一致而影响再流焊质量。SMT焊盘图形设计是影响焊接质量的重要因素，应根据元器件的接线端子的形式不同，元器件的引脚尺寸和公差、节距及加工误差和形成可靠焊缝要求等因素，按相关的标准(GJB324398、IPC7351等)进行合理的设计。片式电阻、电容焊盘：一般为长方形或方形；QFP器件：一般其节距与器件相同的长方形焊盘；BGA类的器件：节距与器件的球形接线端子相同而直径略小于（约小10）器件附连的焊料球直径的圆形焊盘。在各种焊盘上都不允许直接设置导通孔，防止焊接时，
23、焊料流失。（见图6-6）连接盘与孔匹配关系的最低要求应按下式计算：连接盘最小直径Dd 2RC 式中：d成品孔的最大直径，mm；R 最小环宽要求，mm；C 印制板加工的标准工艺允差，（一般为0.10.2mm）。标准工艺允差是指印制板加工中的图形定位、钻孔和多板层的压层、凹蚀处理等加工允许的累计误差。它是随着工艺的改进和发展而变化。成品孔的最小环宽可根据设计引用的验收标准要求确定。3级板表面层最小焊盘直径至少应比孔径大0.26mm。孔与连接盘的错位，不应使连接盘的环宽小于规定的最小环宽值，焊盘上不应有孔以防焊料流失。SMT用连接盘形状如下：电阻、电容元件 SOP/SOJ QFP BGA 图6-6
24、焊盘图形的形状6.7 接插区和印制插头6.7.1 接插区：印制与外部连接器连接的区域为接插区，该区域在布局时，尽量靠近工作频率较高的区域，以减少高速信号进入印制板I/O端的走线距离，可以降低辐射和电磁干扰。6.7.2印制插头：印制板的外界连接器，有插针插孔式、插头插座式等多种方式。印制插头是通过印制板上的接触片与连接插座对外连接的一种方式，其插头接触片的设计，应根据与其相配合的插座的相关尺寸及公差和装配要求进行设计。印制插头接触片的宽度一般为插座两相邻簧片中心距的0.55倍，印制接触片的插入端最好设计成半圆形，其圆弧的半径为接触片宽度的一半，接触片的长度应能保证插入插座后，簧片能完全接触。双面
25、印制插头，正反两面接触片的相对位置，应与相匹配的插座的对应簧片位置及公差相一致。插头与插座的定位基准应保持一致。6.7.3 工艺导线：在每个接触片的顶端引出0.2mm宽的工艺导线在靠近板的边线外侧用0.3mm的导线将其短路，作为汇总的工艺导线，为生产中插头接触片电镀金/镍时使用。汇总工艺线 工艺线6.8 槽和缺口印制板上的槽和缺口是用于印制板、接插件和特殊元件的安装。它的形状与尺寸应与安装件的尺寸相匹配，原则上可以是任意的，但是应满足加工工艺要求，并且尽量减少异形槽、孔，以方便加工、降低成本。板内的 槽、口一般为矩形，在无镀覆的情况下推荐的长度、宽度的偏差为0.1mm。印制插头上的定位槽或缺口
26、的尺寸及公差要求很高，需按所采用的插座的尺寸及公差进行设计，以保证与相应插座的匹配。TD1D2D18.印制板的热设计和涂镀层8.1印制板的热设计随着高速印制板上元器件组装密度的提高，单位面积上的功率加大，产生的热量是可观的，若不能及时有效地散热，将会影响电路的工作参数，甚至热量过大会使元器件失效或PCB基板变形。所以对印制板的散热问题，设计时必须认真考虑。在设计之前应对印制板上的功率和热量的分布状态及边界条件建模进行热分析，必要时以试验来确定，以便有针对性地进行设计和采取散热措施。8.1.1热设计包含的内容：印制板的热设计通常至少包含以下几方面内容：8.1.1热设计的具体方法：1）印制板上功率
27、元件（如果有接地或贴板安装要求）应加大接地面铜箔面积或厚度。2）布局时将热敏元件远离大功率或发热元件；元器件的排列方向有利于通风。3）发热量大的元器件不贴板安装，或外加散热器并采取强制冷却措施。4）对多层板的内层地线应设计靠近板的边缘。5）选择阻燃或耐热型的板材（根据不同耐温需要可选FR4、FR5、GPY或覆铜箔BT树脂基材）；对于采用无铅焊料的板应选用耐温高、热膨胀系数低的基材（Tg、CTE、Td、t288）。6）对功率很大的印制板，应选择与元器件载体材料热膨胀系数相匹配的基材，或做成金属芯印制板并与机壳相连加大散热面积。或者利用热管技术给元器件体散热。7）对于面积较大的焊盘和大面积铜箔上的
28、焊点，应设计焊盘隔热环（花盘），以防焊接时起泡和分层。隔热电气连接线总宽度为散热区直径的60%。尤其是采用无铅焊料焊接时，与大的接地或电源线相连的焊接孔，更应注意隔热环设计，否则将因热容量大而引起焊接的质量问题。钻孔前 钻孔后图81地、电面和大导电面积上的隔热环电连接通道隔热环8)印制板的表面焊盘对同一元器件焊盘组的焊盘面积尺寸应一致，保持其热容量的一致。9)与宽导线或大面积导体相连的SMT焊盘，应在焊盘与导线或导体相连部位采用“缩径”，用以保证在焊接时，防止焊膏的流失引起焊接不良。采用无铅焊料时更应考虑焊盘的热容量，尽量减少焊接热量的散失。10)SMT元器件焊盘若与多层板内层的大面积的地线层
29、、电源层或屏蔽层有电气连接，应用焊盘旁边与焊盘连接的过孔，不能在焊盘上有过孔，以防增大焊盘的热容量。图82 焊盘连接处的“缩径”（防热过孔）过孔8.2 印制板表面涂、镀层8.2.1表面涂、镀层的分类和用途1）印制板表面涂（镀）层分类：有机涂层和金属镀层两大类。2)用途：用于保护PCB的可焊、防焊性能。提高对基材及导电图形的防护能力，延长板的使用寿命。改善印制导线的导电性能。8.2.2有机涂层有机涂层主要有：助焊剂、阻焊剂和敷形涂层（包括丙烯酸树脂、环氧树脂、硅树脂、聚胺酯树脂和二甲苯等）。1)助焊剂：用于暂时保护焊盘的可焊性并帮助焊接，焊后应除去；根据焊剂活性分为：R型、RMA型和RA型三类。
30、RA型活性最强,用于可焊性差的板,该助焊剂含有卤素，清洗不净对导线有腐蚀，3级印制板一般不允许采用。2)阻焊剂：有热固和光固两种类型，用于印制板上在焊接时保护非焊接部分涂不上焊料，焊后不除去。3)敷形涂层：用于印制板组装件起三防作用（微波电路一般不采用敷形涂层），延长板的使用寿命。3）有机防氧化可焊性保焊剂OSP（Organic Solder bility Preservatives）：保焊剂是咪唑类化合物，它的有机分子与清洁的铜表面形成鳌合物膜，保护铜不被氧化。用于表面贴装印制板的焊盘上，保护焊盘的可焊性，并有助焊作用。其涂层薄、平面性好，能防止焊盘氧化利于焊接，在焊接温度下涂层自行分解。缺
31、点是二次焊接可焊性下降，涂层薄并且透明涂覆的质量难于检查。目前已开发出第6代产品，可以耐3次以上焊接。8.2.3 金属镀层1）铜镀层：印制导线和金属化孔内电镀一层半光亮铜层，该镀层需要与助焊剂或OSP配合使用，可焊性、导电性、平面性好，金属化孔内镀铜层厚度25m；(1、2级板为20m；低板厚孔径比的盲孔为12m；埋孔芯板1级板13m，2、3级板15m)2）锡铅合金：需要热熔，可焊性好，对印制导线有电化学保护作用，镀层厚度为711m；3）焊料涂层：熔融的焊料通过热风整平涂覆在焊盘上，保护焊盘可焊性，可焊性好，厚度7m；4）电镀金/镍：在印制板的铜层上镀一层低应力镍作底层，再在镍上镀金，该镀层的特
32、点是：防氧化性、耐磨性好，接触电阻小，用于印制插头或印制接触点（镀硬金），金层厚度1.3m，镍层厚度为57m，但是金能与焊料中的锡形成金锡间共价化合物（AuSn4），在焊点的焊料中金的含量超过3%会使焊点变脆，所以一般厚的镀金层虽然可焊性好，也不能用作锡焊接镀层。用于锡焊接的金层厚度一般应小于0.45m，并且是纯金（软金）。厚镀金层只适用于热压焊（bonding)，更薄的金层（0.3 m）适用于超声波压焊。5）化学镀金/镍：用化学方法在印制板的铜层上先镀镍，然后再用化学还原法或置换法镀金（置换法镀金/镍又称ENIG)。该镀层的特点是：耐氧化性、可焊性好，镀层表面平整适合用于SMT板。金镀层厚度
33、一般0.1m。ENIG法的金层最薄0.05m，通常为0.0750.125m。微波导线上应镀软金厚度一般为12m。还原法镀层是在ENIG法的金层上再用还原剂还原镀金，镀层可以更厚一些（0.1m)。锡焊时，厚度优选值为0.0750.3m，薄的镀金层能在焊接时迅速溶于焊料中，并与镍层形成锡镍共价化合物，使焊点更牢固，少量的金溶于锡中不会引起焊点变脆，金层只起保护镍层不被氧化的作用。但是过薄的金层孔隙率大，长期储存底层氧化可焊性下降,严重时焊点会出现“黑盘”，影响焊接的可靠性。化学镀镍采用此磷酸盐还原法，镀层中含磷（69）少量的磷可提高镍层的耐腐蚀性，含磷量过高会影响可焊性。6）浸银（Immersio
34、n silver 简称 I Ag）：新镀层可焊性好、共平面性好，接触电阻低，可以经受34次再流焊循环。但是镀层薄，长时间在高温下会有铜迁移到表面形成氧化物，使可焊性下降。在大气条件下易变色，储存期相对较短。7）浸锡（Immersion tin简称 I-Sn）：新镀层可焊性好类似于Ni/Au,但是高温、高湿度下容易氧化，使可焊性下降；经2次再流焊循环（因合金化和蒸发而消耗），润湿性明显下降甚至不可焊，长期储存可焊性下降并会产生枝晶。PCB图设计包括：布设总图导电图形设计（布局、布线）非导电图形设计机械加工图设计印制板装配图设计9.1PCB图设计的内容印制板图是印制电路设计与生产的桥梁，它的质量直
35、接影响PCB制造和安装的质量，应认真做好印制板图设计。在综合考虑了上述设计因素后，可以进行印制板图的设计。印制板图是根据电原理图、逻辑图、导线表、布局布线规则和印制板使用的特殊要求而设计的一系列图纸和文件资料。印制板图通常要包括以下几种图纸或数据资料：a.布线图形（照相底图或CAD产生的图形数据形式的原版图形）；标记字符图；b.阻焊图；c.机械加工图（包括钻孔图）；d.装配图（含安装图和SMT的网印焊膏图）。采用CAD设计时，以上资料都可由CAD数据直接提取。CAD和人工进行印制板图设计的流程如下：9.2布设总图：是根据电原理图或逻辑图要求，标出印制板上所有要素尺寸范围和网格位置的一个文件。它
36、包括导电图形和非导电图形的布置，元器件尺寸，孔的位置及制造印制板必须说明的资料，它可以用一张或多张图表明。一般情况下尽可能用一张布设总图，对图形复杂的双面板和多层板可采用多张布设总图，其中第一张图设计印制板的形状、尺寸、所有孔位，并注明孔径、公差等要求；其他各张布设总图用于确定每一层导电图形的形状和位置，并标明导线的层次，应以元件面为第一层依次往下顺序排列，最后的一层为焊接面，如果元件面没有印制导线和焊盘，则其下一层为第一层。采用CAD设计是用数据形式的电子文件表示。布设总图可以采用人工设计，也可以采用计算机辅助设计（CAD）。人工设计的图形质量不高，又费工费时，只适用于简单的或非正式的试验板
37、图形。采用CAD 设计可以不用单独设计布设总图，只要将印制板的结构要素参数和设计规则输入计算机，并利用预先建立的元件图形和字符图形库，计算机按这些指令自动完成布局、布线、图形编制、网表产生、设计规则检查等功能，直接产生印制板的原版图形（导电图形、阻焊图形、字符图形）、机械加工图和装配图的数据资料（一般给出数据软盘），再用这些数据资料驱动光绘或笔绘机，就能生成印制板生产所需的照相原版和其他生产用的图纸资料 9.3 PCB图形设计导电图形的设计是印制板设计的关键，许多机械性能、电气性能都体现在导电图形上。必须认真进行设计。导电图形设计主要指布局和布线。在进行布局、布线之前，应先根据所设计的印制板外
38、形尺寸要求，设定布线区，印制板的图号和层面标志一般设置在布线区边缘的右上角，在印制板外形线以内。图形设计的顺序是先布局后布线，再人工干预精细布局和调整布线，以达到最佳布局和布线。布局和布线见第10章。9.4 非导电图形非导电图形是与印制板导电图形相对应的不导电的图形，它包括阻焊图形和标记字符图形，是需要涂覆阻焊层和印制标记字符必须的图形。9.4.1 阻焊图形：用于制作阻焊膜（绿油）图形，它是与焊盘的位置相对应并与孔同心的实心圆盘，目的是防止焊接时焊料流到不该焊接的部位，保持焊点大小均匀一致，帮助提高焊点的质量，并能保护印制板的电性能。阻焊上的焊接窗口直径，应略大于焊盘直径0.10.2mm，但是
39、其直径最大不能包容邻近的印制导线。整个板上的圆焊盘直径尽量一致，保持整板的美观。表面安装的矩形焊盘上阻焊膜应开窗口，矩形或其他形状的无孔焊盘，应采用矩形或圆形阻焊图形，尺寸应略大于焊盘尺寸（一般大0.1mm）；避免采用直径过小的阻焊盘，以防阻焊剂涂覆到焊盘上而影响焊接；通常不需焊接的过孔不留阻焊窗口。为了保证焊盘有足够的附着强度，将焊盘设计的较大一些，而将阻焊盘设计得小于焊盘直径，此时阻焊剂允许涂覆到焊盘上，焊盘中心留出适当尺寸的焊接窗口，这种阻焊图形又称为阻焊坝，在SMT印制板上的BGA 封装芯片常用这种阻焊图形。对于节距较小的SMT焊盘允许设计成将整组焊盘露出的阻焊图形。9.4.2 标记字
40、符图：它包括板的图号或名称、元器件的符号、标志和位号等，为元器件的安装和印制板的调试、维修提供方便。它是通过印刷的方法或蚀刻法印在印制板的元件面，标明印制板的图号、代号、安装元器件的名称代号、方向及其位置等。表示元器件的字符应与电原理图要求一致，其位置应与安装元器件的焊盘相对应，布置在各元件孔的中间无焊盘的位置，不允许落在焊接面的焊盘上。字符的线宽一般不小于0.15mm,字高可根据空间位置和字形的美观程度决定。9.5机械加工图设计机械加工图是印制板生产中进行机械加工的依据，它至少应表明以下要求：a 导电图形与印制板外形的相对位置及公差；b 所有的孔、槽加工尺寸和位置精度要求；c 印制板的外形和
41、印制插头的尺寸与公差；d 板的厚度、多层板的层次结构、层间绝缘层距离、验收标准和等级等其他加工要求。e 机械加工图应按有关规定编制标题栏，栏内应有印制板的名称、图号、材料名称、规格以及设计、审核、工艺、更改等会签栏目。装配图是为在印制板上安装、焊接元器件所用的图形资料。采用的图形符号应与印制板字符图对相应，应注明安装的元器件位置、名称或代号、安装方式，图中标明的的安装孔位置应与导电图形相对应的孔位一致。图纸的编制方式按电气安装图绘制的有关规定。SMT板印制焊膏的丝网图应与印制板上的焊盘对应一致 当采用CAD 进行设计时，该图都可以直接从印制板的CAD 设计数据中提取。对高可靠要求的3级印制板，
42、尤其是多层板应在印制板图上靠近板边缘的外侧，根据测试的需要布设测试图形，用于印制板的质量一致性追踪检验和可靠性试验。其图形可根据电路测试需要专门设计或参照有关标准规定的图形选取。标志附连测试图形单件印制板标志在制板图91 在制板上的附连测试图形设置 显微剖切 重合度 剥离强度试验 可焊性测试 绝缘电阻和耐电压测试图92 部分附连测试图形10.布局和布线10.1布局是按照电气性能、电磁兼容性和工艺性等要求和元器件的外形几何尺寸，将元器件的位置均匀整齐地布置在布线区内。布局合理与否不仅影响PCB组装件和整机的性能和可靠性，而且也影响PCB 及其组装件加工和维修的难易程度。在布局时尽量做到以下要求：
43、1 元器件分布均匀、排列整齐美观，尽量使元器件的质量重心位于板的中心；2 同一电路单元的元器件应相对集中排列，以便于调试和维修；3 有相互连线的元器件应相对靠近排列，以有利于提高布线密度和走线距离最短；4 对热敏感的元器件，应远离发热量大的元器件布置；5相互可能有电磁干扰的元器件，应采取屏蔽或隔离措施；6质量过重的器件（大功率变压器、继电器等），不应布设在板上；7 布局应能满足整机的机械和电气性能要求。8考虑电磁兼容要求进行以下设计：a 模拟电路与数字电路应分开相互远离布设；可能相互影响和干扰的元器件（如CMOS、ETL等）相互远离布置，必要时采用屏蔽或局部接地措施。b 按电路单元布设元器件，
44、相互有连接关系的元器件尽量靠近布设，即利于最短走线原则，又可以减少导线的电磁辐射。c 同一块印制板上如果有不同速度或频率的电路，应按高速、高频器件靠近板的边缘连接器（I/O端）布设，中频、中速逻辑电路和低频、低速逻辑电路依次远离连接器，以减少走线上电流对相邻电路的影响（见图101）。低频低速区中频中速区高频高速区高速信号接插低速信号接插图101 印制板布局的分区d 将IC器件的电源和接地引脚尽量靠近电源线或接地线，或采用多层板设置电源层和接地层，以利于最小的走线环路（如图122）ICIC电地ICIC电地ICIC图102 布局对环路面积的影响地电信号层布线是按照电原理图或逻辑图和导线表以及需要的
45、导线宽度与间距，布设印制导线。布线合理与否会影响印制板的电气性能、电磁兼容性、板的翘曲度和可制造性及制造成本。布线一般应遵守如下规则：1 布线顺序a 在满足使用要求的前提下，选择布线层的顺序为：单层、双层和多层布线。b 布线的顺序是：地线电源线信号线（先高频后低频）。c 信号线的布线顺序为：模拟小信号线、对电磁干扰敏感的信号线、系统时钟信号线、对传输时延要求高的线、一般信号线、静态电位线、辅助线。2.布线层分配1）四层板导线层分配 2)六层板导线层分配：信号层（SIG）SIG 接地层(GND)GND 电源层(VCC)SIG 信号层(SIG)GND(SIG)VCC SIG 3）八层板导线层分配
46、SIG GND VCC SIG SIG GND VCC(GND)SIG 图103 布线层分配示例3.布线规则 1）考虑电磁兼容的要求电路中的环路面积应保持最小，避免环形布线，导线间距尽量加宽。2）两个连接盘之间的导线布设尽量短,特别是晶体管的基极和高频信号导线要短距离布线，模拟电路的输入线旁应布设接地线屏蔽；3）同一层导线的布设应分布均匀，各导线层上的导电面积要相对均衡，多层板的层数最好是偶数层，铜较多的导电层应以板厚度的中心对称，以防由于金属导体分布不均衡形成内应 力使板子翘曲，而损坏印制板的镀覆孔和焊点。4）不同频率的信号线不要相互靠近平行布设，以免引起信号串扰。一般应使这类导线的间距大于
47、其导线宽度的2倍（即2W原则），会使干扰降低至互不影响的程度。在布线空间允许的情况下，应适当放宽印制导线的间距，并尽量减少其平行走线的长度。5）同一信号线的回线应相互靠近平行布设，利于磁场抵消，降低共模电流减少RF能量。6）当传输信号需要通过噪声环境或的电压传输时，最好采用差分走线方式。（线宽和间距见4.5.3）7）相邻两层的信号导线要相互垂直布设，或斜交叉、弯曲走线，尽量避免较长距离的平行布线。以免引起信号的窜扰。8）高频、高速信号线，应根据其RF能量的大小在其信号线的一侧或两侧布设地线，或者采用双面和多层板布设接地层，用地线或接地面屏蔽（见图105）。上层导线下层导线图104 相邻层信号线
48、交叉走线信号线 接地线a.同侧屏蔽 b.同层两侧屏蔽 c.对面屏蔽带状线接地层电源层多层板地电层屏蔽图105屏蔽方式9）导线的拐弯处应为直角或钝角，如果拐弯的角度小于90O时，导线拐弯处的外缘要做成圆弧形，避免尖角使应力集中导线容易起翘和尖端放电，同时也有利于电磁兼容。图106 导线的拐弯处形状 推荐 不采用10）高频、高速电路应尽量设计成双面板或多层板，既可以增大布线空间又有利于布设地线层提高板的电磁兼容性。11）多层板中一般应把电源面与接地面分别布设在两层，最好是相邻的两面成镜像平面，相邻的铜箔面积构成大的平板电容器，有利于消除电源和接地面产生的噪声对电路造成影响；在信号线层的地线和电源线
49、也应相互靠近布设。12)时钟、高频电路和振荡器电路的传输线是主要的骚扰源和辐射源，对其应单独布设。将其远离模拟电路和其他对电磁敏感电路的传输线；在空间允许的条件下，将其布设在大的地线面积中间隔离起来，或者在多层板中紧靠地线层的上面布设。13）同一信号导线的宽度应均匀，细而长的导线阻抗大，易产生RF 辐射。14）高频高速信号传输线尽量布设得短，以减少电磁发射；最长的电长走线应小于相对应于频率的波长的1/20;晶体管的基极和放大电路输入端的导线也应尽量短以减少干扰。15）布线密度较低时，应适当加宽导线的间距，在低气压条件下使用的印制板，其导线间距也应加宽。16）高频信号传输导线上尽量减少树枝式分支
50、，最好采用菊花链型的拓扑结构，时钟信号线尽量布设在同一导线层上，减少过孔，可以采用星型布线结构。17）装有高频变压器、大功率继电器等能产生较强磁场的PCB，应对电路器件进行屏蔽或远离易被干扰的元器件安装，并且使这些产生磁场的器件与相连接的印制导线的走线方向尽量减少磁力线相切。a.菊花型、星型结构 b.树枝型（不采用）图107 布线的拓扑结构18）考虑到焊接效果，需要正确选择导电图形和连接盘（焊盘）。分离元件应参照图108中a.14形式。表面安装（SMT）板应参照图中的56形式。SMT用印制板上的焊盘，其导线应从焊盘中部引出。焊盘与较大面积导电区相连接时，应采用长度不小0.64mm的细导线（缩径
