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一、PCB基本规则

基本T1:对于某些敷铜过程,某些情况下,将会出现只连接了部分的情况,如下所示:

  1. 对于使用人工焊接的情况,这种敷铜方式可以采用,这是由于在人工焊接时,在焊盘上融化焊锡后,将元件安装之后,为了防止大面积铜散热太快导致虚焊,因此使用十字方式焊接能够保证焊接可靠性,当然在大电流负载情况还是使用全部覆盖的形式。

  2. 在使用回流焊机等自动化设备焊接时,直接进行全连接焊接即可,这样也能保证电流负载能力,也能保证焊接的可靠性。(过孔选择全连接,焊盘可以选择十字连接)你好

T2:什么是扇孔,有什么功能?

  1. 扇孔用来提前安排过孔等走线的位置,从而避免在后期需要打孔时,干扰其他走线,从而增加工作量。

  2. 对于存在信号回流的情况,应该尽量减少回流路径,这样能够提高信号的稳定性,从而避免信号被干扰。

T3:不同间距BGA的过孔及规则设置:

  1. 1.0mm BGA 过孔间过一条线,使用10-22的Via,线宽6mil,线到孔盘5.5mil

  2. 1.0mm BGA 过孔间过一条线,使用8-18的Via,线宽6mil,线到孔盘7.5mil

  3. 1.0mm BGA 过孔间过两条线,使用8-18的Via,线宽4mil,线到孔盘4.6mil(若是过差分线,线宽及其间距设置为4/4,出BGA之后再改为差分线宽及间距)

  4. 0.8mm BGA 过孔间一般只能过一条线,使用8-18的Via,线宽5mil,线到线4mil,线到孔盘4.24mil

  5. 0.65mm BGA 过孔间过一条线,使用8-16的Via,线宽4mil,线到孔壁5.3mil

  6. 0.65mm BGA 过孔间过一条线,使用8-14的Via,线宽3.5mil,线间距4mil,线到孔壁4mil(加工难度大)

T4:基本快捷键记录:

  1. Q:切换PCB单位(mil<->mm);

  2. T:复位DRC检查,开始DRC检查等;

  3. DR:Designer Rules设置;

  4. Ctrl+M:测量距离;

  5. Shift+S:显示单层|多层;

  6. Shift+C:Clear清理测量结果;

  7. M:移动元器件;

  8. 鼠标拖住+L:切换元器件层;

  9. `:调整蛇形线走线方式;

  10. L:显示层基本设置,选择显示不同的层,设定不同层透明度等;

  11. TGR:重新铺铜;

  12. PV:放置过孔;

  13. PT:放置PCB导线;

  14. TAA:批量对所有元器件进行编号;

  15. C+O选择Options:设置Net Lable为Global全局网络连接(在Net Identifier Scope选项选择Global)

  16. Ctrl+F:PCB板子整体旋转180度

  17. Shift+E:使能光标自动捕获焊盘中心位置

  18. Shift+H:开关PCB绘制界面右上角透明信息

  19. V+B:在PCB-3D情况下的正反面翻转

  20. Ctrl+鼠标选中移动导线或器件对象:不按照网格最小间隔移动导线,直接微小移动线段或者器件

  21. T+E:对导线进行泪滴放置

T5:铺铜快捷键:

在铺铜过程中,应该设置好死区大小,死区出线长度等,这样就能避免小区域的杂铜对电路造成影响,同时也不易加工,在完成铺铜区域的选择之后,通过快捷键(T+G+R)重新铺铜能大大提高铺铜速度。

T6:高速线走线相关规则设定:

  1. 一对差分线之间线长差距不超过5mil;

  2. DDR中,同一组DDR芯片的数据线线长差距不超过10mil;

  3. DDR中,所有DDR的控制线时钟线线长差距不超过200mil;

  4. 过孔Via的时间延迟很低,大约若干ps( 一个过孔可带来约0.5pf的分布电容,导致电路的延时明显增加,减少过孔数能显着提高速度);

  5. 差分线蛇形走线等基本走线规则需要满足3W准则,线宽为5mil,则线中心间距为10mil;

  6. 高速数据线或者时钟线一般规定要求只能存在两个过孔或不适用过孔,因此优先处理这些信号线;

  7. 注意平行线的串扰,保证高速线之间一定的耦合串扰距离,同时在信号层下采用大面积的铺地让信号大部分电磁场信号和地层耦合,降低串扰,提高信号稳定性,在相邻层内的信号线,尽量采用相互垂直的走线方向;

  8. 包地处理,一般用于高速信号的保护,也防止了信号的辐射导致EMI及EMC无法通过,在高速信号的同层周围增加一圈地线,同时增加地回流过孔,保证信号的稳定;

  9. 避免信号的分枝和树桩Stub,树桩对阻抗的影响很大,容易导致信号的反射以及过冲,因此通常要避免树桩和分枝,采用菊花链的方式布线,提高信号的稳定性;

  10. 信号线应该尽量走在内层,这样能够有效减少信号的电磁辐射前度,同时也能够减少外部电磁信号对信号产生的干扰;

  11. 如果空间允许,可以在高速信号线两侧进行包地处理,每隔150mil安放GND过孔保证信号噪声回流,包地线距离信号线满足3W规则即可;

T7:双面表贴PCB如何使用回流焊加工:

双面表贴SMT和单面过程类似,首先贴好单面的表贴器件之后,在对另一面进行回流处理。一般分为两种加工工艺,双面锡膏或一面锡膏一面红胶,由于经过回流后一层固化的锡膏或红胶的溶解温度都是大于回流焊的温度的,所以不会掉件,但是双面锡膏工艺是不能再过波峰焊的,但是红胶面可以再过波峰焊。

T8:回流焊基本原理:

T9:其他布线基本规则注意事项:

  1. BGA器件周围元器件应该在丝印边框5mm以外,在器件密度非常大时,至少需要1mm的间隔。

  2. 热敏元件(如电解电容、晶体振荡器),应当尽量远离高热器件。

  3. 晶振、时钟发生器等关键信号要远离接口电路,不要布局在板边(至少距板边10mm)。

  4. 对于需要波峰焊的插件器件,贴片焊盘距离通孔焊盘的距离大于或等于3mm。

  5. 差分信号、时钟信号等高速信号应尽量短,且具有完整的参考平面。

  6. 开关电源、时钟电路等噪声源原理板边,减少对外辐射。

  7. 退耦电容靠近电源引脚、储能电容分散摆放,发热量大的电路分开摆放。

  8. 信号走线最多打孔内层两次,避免此信号产生损耗。

  9. 电源应该避免形成环路,尤其是大的回环,这样容易造成干扰。

a. 电源回环 b. 信号过孔不超过2次

T10:PCB板材知识基础:

  1. 覆铜板(PCB板材):使用铜箔(皮),树脂(筋),玻璃纤维(骨-FR4)增强材料压制而成,一般将浸润过树脂的玻璃纤维成为pp片,在一面敷铜之后就是PCB制作的基本材料,称作芯板(Core)。

  2. 铜箔的定义:铜箔厚度是用oz(盎司)为单位,1oz铜箔的厚度表示1盎司(28.35克)的铜箔均匀平铺在1平方英尺的面积上的厚度,1oz=1.4mil=35um,1in=1000mil=25.4mm

  3. 基板材料:玻璃布基板FR-4、FR-5,环氧玻纤布覆铜板强度高,耐热性好,介电性好,基板通孔可金属化,实现双面和多层电路导通,是目前用途最广泛的一类。复合基板CEM-x,其基本性能高于纸基板FR-1、FR-2等,但是其性能低于FR-4,价格也稍低。CEM-3的性能整体很好,生产加工中方便,强度略低,过孔加工等钻头消耗低,冲孔加工中,CEM-3冲击强度小。

T11:层叠设置的基本原则:

  1. 元件面相邻的第二层为地平面、为器件提供屏蔽层,同时为顶层布线提供参考平面;

  2. 所有信号线尽可能与地平面相邻,以保证完整的回流通道;

  3. 尽量避免两个信号层直接相邻,以减少串扰,在信号层响铃的情况下,两层信号线之间的介质厚度应该在各信号层到参考平面层介质厚度的3倍以上,相邻层之间的走线要相互垂直,走线重叠的部分一定要错开走线,防止信号耦合造成串扰;

  4. 主电源尽可能的与其对应的地相邻,构成平面电容,从而为高速信号翻转等大功率电路提供瞬时大电流,并降低电源平面阻抗;

  5. 兼顾层压结构对称,利于值班生产是的翘曲控制;

  6. 层叠阻抗设计软件Si9000,具体内容参见Reference;

  7. 什么是参考平面,如何选择参考平面,具体参考博客

  8. Dk:材料的介电常数,只有降低DK才能提高信号的传播速度;

  9. Df:材料介质的损耗角,DF越小信号传播的损失越小;

  10. TG:玻璃态转化温度(影响过孔),玻璃态转化温度是聚合物特性,是树脂到软的变化温度,加工PCB的工序中,会超过FR4材料的TG范围,对成品造成一定影响;

  11. CAF:Conductive Anodic Filament,耐离子迁移,由于布线密集,线距减小,CAF要满足一定条件从而提高材料的绝缘特性,特别是在潮湿条件下,玻璃与树脂界面的结合处为最薄弱点;

  12. 嘉立创提供的几种PP材料的介电常数以及盖油介电常数+层叠结构(链接):image

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T12:电源相关规则处理:

  1. 电源供电是电流需求和走线宽度关系

    电流需求 走线宽度(mil) 其他说明
    1A~3A 60~80 尽量走成平面
    501mA~1A 40~60 -
    301mA~500mA 20~30 -
    101mA~300mA 10~12 -
    <100mA 6~8 -
  2. 要考虑电源层和地层的阻抗,动态阻抗可以仿真,电源静态阻抗预估:\(Z_0=120*PI*D/W/\sqrt{\beta}\). 电源平面要尽量与地平面靠近,以求减少电源的静态内阻;在满足工艺条件下,电源线和地线要尽量加宽;尽量把电源放置在地平面以下。

  3. 电源作为信号的参考平面这是由于对于高频信号,会选择感抗最小的路径进行回流,而对于低频信号的回路则选择电阻最小的路径。因此对于高速信号而言,参考平面就是低感抗的电源以及地平面。因此对于参考平面应该避免信号跨越电源地分割,保证信号的参考平面相对完整,这是考虑EMC设计的首要原则;层叠对称原则;元器件下尽量设置一个完整的地平面。

  4. 电源地20H准则,由于在地层的边缘,包括了不同层的地层,因此地层要比电源层和信号层多外延20H,H表示相邻电源层和地层之间的距离(边框位置的地层要大一点),同时在边框位置处信号层等高频信号周围进行打地过孔,从而降低辐射,满足EMC要求。

  5. 响铃电源分割位置处的压差不能过大,过大情况下应该增加隔离线的宽度。

T13:盲埋孔的定义:

  1. 通孔:L1-L8,穿透了整个PCB板;

  2. 盲孔(Blind vias):L5-L6,盲孔是将PCB内层走线与PCB表层走线相连的过孔类型,此孔不穿透整个板子;

  3. 埋孔(Buried vias):L2-L5,埋孔则只连接内层之间的走线的过孔类型,从PCB表面看不出来;

  4. 盲埋孔就是Layer1-Layer3的过孔,但没有穿透整个PCB,Layer1-Layer2为盲孔,Layer2-Layer3为埋孔;
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过孔类型

T14:泪滴是什么,有什么作用:

  1. 添加泪滴可以让电路在PCB板上的连接更加稳固,可靠性高;

  2. 避免电路板受到巨大外力的冲撞时,导线与焊盘或者导线与导孔的接触点断开,也可使PCB电路板显得更加美观;

  3. 焊接上,可以保护焊盘,避免多次焊接是焊盘的脱落,生产时可以避免蚀刻不搜索均,过孔偏位出现的裂缝等;

  4. 信号传输时平滑阻抗,减少阻抗的急剧跳变,避免高频信号传输时由于线宽突然变小而造成反射,可使走线与元件焊盘之间的连接趋于平稳过渡化;

T15:常用接口电路设计规范:

  1. 以太网口:网络变压器靠近以太网口放置,PHY芯片靠近网络变压器放置,含有ESD电路时,信号优先进入到ESD电路然后再输出,网络变压器的中心抽头的变容放置在引脚背面,机壳地通常采用磁珠与板内单点接地处理,磁珠尽量靠近机壳,集成了网络变压器的以太网口需要将除了信号线以外的引脚覆铜区域挖空,非集成网络变压器的以太网口需要将除了次级端以外的整个以太网口和网络变压器初级端铜皮挖空,机壳走线加粗到1mm,变压器中心抽头线需要加粗(有可能是POE供电线),RX与TX需要做等长处理,组内控制在2.5mil范围内,组间控制在10mil以内,以太网芯片端TX和RX最好分为不同层走线,如果同层走线,间距为4W,以太网芯片的发热量大,需要增加散热孔,并在背面开窗;
    (🌻注: 经过工程测试,RJ45与以太网变压器之间的差分对不需要做等长处理, 4对MDI信号(TX与RX信号线对)不需要做等长处理,为保险起见需要确认你的PHY是否具有差分对之间数据的自动对齐功能,以及PHY的FIFO有多深!最好是做成等长线!)

  2. JTAG接口:TMS为测试模式选择线、TCK为测试时钟线、TDI为测试数据输入、TDO为测试数据输出;摆放位置应该靠近CPU以及板边缘;布线尽量走同一层,时钟线与其他线的间距为4W以上;

  3. 串口线设计:靠近芯片布线,RX与TX线之间无需差分,无其他具体要求;

  4. 喇叭设计:按照正确的信号流向进行布线,ESD器件最靠近接口放置,模拟信号线线宽可选择12mil-20mil之间(根据板子尺寸减小线宽),信号线走差分线,对走线位置进行包地处理;

  5. SD卡设计:SD卡由于输入带点插拔的器件,故ESD器件靠近SD卡槽放置,信号先经过ESD器件再进入板内,滤波电容靠近电源放置(先大后小),特性阻抗控制在50欧姆,所有信号线走同一层(一定不能跨平面走线),保持信号的一致性,时钟线与其他走线拉开间距,间距在3W以上,所有信号线长度控制在2000mil以内,以时钟线为基准,误差控制在25mil以内;

  6. SATA接口:电容靠近接口端放置,特性阻抗控制在100欧姆,使用差分线布线,要具有完整的GND参考平面,原理高频器件,差分线等长控制在2.5mil以内,差分线之间的间距大于等于15mil,换层打孔位置需要增加回流地过孔;

  7. HDMI接口:特性阻抗为100欧姆,ESD器件靠近HDMI放置,共模电感靠近ESD器件,匹配电阻并排放置,差分对组内控制在5mil以内,组间控制在25mil以内,组与组之间间距至少20mil以上,使用立体包地处理(组与组之间包地&组内差分线包地),需要有完整的参考平面;

  8. USB接口:特性阻抗差分线90欧姆,ESD器件靠近USB接口,差分线换层时,50mil范围内需要有回流过孔,差分线对内误差5mil以内,USB电源线宽在30mil以上;

T16:快捷封装&3D模型的生成:

  1. 首先可以使用Altium Library Loader插件来完成封装的搜索和生成(https://www.samacsys.com/altium-designer-library-instructions/)

  2. 相关器件的封装文件可以在代理商如欧时电子RS以及贸泽电子上来获取.epw文件(https://rsonline.cn/web/home.html)

  3. 在使用插件的过程中需要注意关闭AD20的系统网络连接,如下所示:
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  4. 在生成PCB原理图和封装之前需要确保插件已经登录成功.(账号:547238541@qq.com 密码:xx-standard-xx+altium)

  5. 可以使用插件的直接搜索功能,这需要联网,而如果已经下载好epw文件,则可以直接使用插件打开进行转换。

T17:如何连接PCB电路参考地电平与机壳Earth-GND:

  1. PCB板卡置于金属机壳中,机壳一般接大地, PCB的GND与机壳之间经常使用一个电容并联一(1nF/1KV)个电阻(1M)连接;

  2. 电容的作用在于从EMS(电磁抗干扰度)角度来看,假设机壳PE良好接入大地情况下,可以有效的降低高频噪声信号对电路造成的影响,可以有效抑制电路和抗干扰源之间的瞬态共模电压,直接将PCB-GND与大地PE相连固然更好,但是不够安全,主要是由于220V交流电路经过整流桥之前的地不能连接PE端,因此可以使用电容通高频阻低频,这样就能很好的避免高频信号辐射出来,同时对于高频信号的外部干扰也可以由机壳吸收,通过机壳直接流向大地,从而避免PCB受到电磁干扰;

  3. 1M电阻的用来完成ESD(静电放电),这种电阻直接连接PE和PCB-GND(浮地系统),在做ESD测试的过程中,由于静电等情况,电荷不能够得到释放,在几ns的时间内对PCB电路板进行放电,进而对板载IC器件造成不可逆的损伤,同时用于静电积累,导致PCB-GND与PE之间的电平逐渐升高,在绝缘性薄弱的位置处进行击穿放电,从而造成损坏,因此可以使用1M欧姆的电阻对静电电荷进行缓慢的放电,从而保证PE和PCB-GND之间不存在电压差,即可保护电路;

  4. PE在大部分情况下是不可靠的, 因为他们的车间、厂房、办公室根本就没按照电工标准来修,压根就是没有接地线的;

  5. 雷电实际上属于直流电范畴;

T18:基本器件选型重点参数关注及阐述:

  1. 常见的在通信端口上增加TVS二极管的作用在于保护敏感器件免受ESD和EMI浪涌脉冲的影响,一般例如在芯片IC的IO端口上加上TVS保护管,防止过压击穿,对于TVS管的选型,具体如下:
    • 确定被保护电路IO的工作电压,最大工作电压要小于TVS的VRWM,如果工作电压大于VRWM,在正向工作是,TVS将会被击穿,导致电路无法工作,因此需要选择工作电压略小于VRWM即可;
    • 最大钳位电压VC,VC钳位电压应该略小于被保护电路允许承受的最大电压,脉冲持续较长,超过VC电压时,TVS二极管就会将电压钳位在VC值附近(相当于稳压电路VC输出);
    • 单极性和双极性TVS的使用场景不同,双向TVS二极管用在交流或者正负双向脉冲的场合,如果电路中只有单向脉冲信号,使用单向TVS二极管即可;
  2. 贴片式自恢复保险丝选型:
    • 保险丝的重要参数包括了额定电压,例如电路正常工作为12V情况下,选择12V即可;
    • 跳闸电流(Itrip)表示保险丝在这个电流下会直接触发动作,进行熔断保护电路;
    • 保持电流(Ihold)表示保险丝正常工作下的额定电流,例如电路中工作电流为2.5A,选择2.6A稍微大一点即可;
    • 当电流处在Ihold<I<Itrip之间时,保险丝将会出现发热情况,如果散热较慢,引起热量累积进而触发保险丝动作;
    • 一般情况下,Itrip与Ihold会随之温度的升高而降低,在选型时,需要考虑使用的场景,温度高时,应该适当提高Ihold的大小;

T19:基础设计规则:

  1. 全穿孔的焊盘外径大小一般是孔径大小的1.5~3倍,焊盘大小至少比孔径大0.4mm;

  2. 抄板过程中需要注意电源相关器件的尺寸需要重新根据电流功率的情况重新选型,从而缩小PCB的尺寸,优化电路;

  3. 电路中LVDS18和LVDS25等不同电平的兼容情况主要取决于LVDS信号的VCM(共模电平)以及VID(差模幅度)是否兼容,如果差模幅度以及共模电平能够兼容,则可以进行数据的通信;

  4. 在焊盘上过孔容易引起立碑现象!尽量不要再焊盘上过孔,如下路所示为立碑现象
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立碑现象基本示意图.

  1. 工艺边的添加流程:首先将PCB板切换到机械1层Mechainical1,在这层选择绘制工具直线,先在拼版的左右或者上下绘制两条和PCB边缘一样长的线条(绘制在左右还是上下取决于PCB长宽那个大,绘制在大的那一侧即可),绘制的这两根线距离PCB板卡边缘最小是20mil(5mm,一般常用7mm,再大可以10mm),两条工艺边对应的四条线都可以通过坐标来设置对应的起点,工艺边的倒角半径一般为5mm,绘制完倒角之后添加在直线对应的位置即可。V-Cut的添加可以在Mechainical1层,PCB板边缘添加一条2mm的线(一般VCut的槽宽为2mm)即可。如下为几种工艺边和V-Cut情况:

    具体工艺边规则参考Reference文档.
         Mark点有两部分,一个是中间的标记点,直径为1mm;另一个为圆点四周的圆形空旷区,圆心和中间的标记点的圆心重合,直径为3mm(也可以D=1mm). Mark点如果在板子空间允许条件下应直接 绘制在板子上并钻孔,同时不要对称的绘制四个MARK点,从而保证能够确定板子的安放顺序. 如果放置在工艺边上需要尽量确保MARK点到工艺边外边缘距离5mm,同时MARK点也不能太靠近V- Cut位置,容易导致V-Cut位置掰断时出现过多毛刺.

  2. Gerber等生产文件输出:

    • (1) Gerbera File:在PCB界面下->File->Fabrication Outputs->Gerber Files,需要设置四类(General默认,Layers选择(GTO,GTP,GTS,GTL,G1,G2,GBL,GBS,GBP,GBO,GM1)还需要勾选 Include unconnected mid-layer pads,Drill Drawing勾选上下两个Plot all used drill pairs,Apertures勾选Embedded apertures(RS274X),Advanced分别对X,Y,Border size设置增大10 倍),然后点击OK即可生成Gerber文件.
    • (2) NC Drill Files(钻孔文件):在PCB界面下->File->Fabrication Outputs->NC Drill Files,无需设置点击OK即可生成NC Drill Files文件.
    • (3) IPC网表:在PCB界面下->File->Fabrication Outputs->Test Point Report,在Report Formats选择IPC-D-356A,点击OK即可生成IPC网表文件.
    • (4) SMT贴片安装位置文件:在PCB界面下->File->Assembly Outputs->Generates pick and place files,在Output Setting中选择单位Metric,在Formats中选择Text格式,点击OK即可.

T20:PCB通孔中的PTH NPTH的区别:
     可以观察到电路板中有着许多大大小小的空洞,会发现是许多密密麻麻的小孔,每个孔洞都是有其目的而被设计出来的。 这些孔洞大体上可以分成 PTH(Plating Through Hole, 电镀通孔)及 NPTH(Non Plating Through Hole, 非电镀通孔)两种,这里说「通孔」是因为这种孔真的就是从电路板的一面贯穿到另外一面,其实电路板内除了通孔外,还有其他不是贯穿电路板的孔。

1、如何区分PTH与NPTH这两种通孔?
     看看孔壁有没有亮亮的电镀痕迹就可以判断了,有电镀痕迹的孔就是PTH,没有电镀痕迹的孔就是NPTH。如下图所示:
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2、NPTH有何用途?
     发现NPTH的孔径通常会比PTH来得大,因为NPTH绝大部分是用来作为锁螺丝用的,有的则是用于安装一些连结外面的连接器固定用。另外也有些会在板边用作测试治具的定位。

3、 PTH有何用途?
     一般在电路板的PTH孔有两种用途,一种是用来焊接传统DIP零件脚用的,这些孔的孔径必须比零件的焊接脚直径来得大一些,这样才能把零件插到孔中。
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Others:

TIP-1:在器件Datasheet最后器件装盒封装中的SPQ参数全拼为Standard Pack Quantity(标准包装数量),例如TPS563200DDCR,R表示SPQ为3000片,DDC为封装型号SOT-23-THIN


二、铝、铜、陶瓷基板目前设计工艺能力

1. PCB电路设计参数

板层数 最小线径 布线间距 过孔尺寸 铺铜厚度
2层(多层需要铝基板+FR4) \(0.15mm\) \(0.12mm\) \(0.25mm\) \(1-2oz\)
2层(多层需要铝基板+FR4) \(6mil\) \(5mil\) \(10mil\) \(1-2oz\)

2. 参数性能描述

  • 铝基板的加工工艺与铜基板一样,
  • 铜的导热系数是铝基板的3倍以上,一般可以做成热电分离的形式,铜基板仅提供散热功能,不参与电信号传输,而是通过绝缘导热层上方的铜箔进行信号功率传输
  • 陶瓷基板一般使用 \(120mm \times 120mm\) 面积的基板材料开始设计,陶瓷基板的材料分为 \(Al_2O_3\) 和氮化铝两种材质,\(Al_2O_3\) 的硬度强度更高但是相对与 氮化铝的导热性能差一些,加工工序如下:
flowchart LR 120x120mm基板采购-->钻孔-->整板化学沉积镀铜-->电路转印-->化学刻蚀浸泡-->检测-->层压&钻孔-->电镀和化学处理-->阻焊和丝网印刷-->激光,水刀切割分片-->出货 subgraph 电路转印 direction TB 干膜附着-->曝光和显影 end
  • 陶瓷基板的CTE热膨胀系数需要关注 CTE即热膨胀系数介绍:在高功率例如VCSEL灯珠等器件的散热应用过程中,要考虑芯片和基板的CTE膨胀系数的匹配程度,避免装配之后由于膨胀系数的不同,导致灯珠开裂等不稳定的问题,对于VCSEL器件基板都需要使用:VCSEL芯片-->陶瓷基板-->铜基板

加工流程专业术语解释 ✌️

  • 干膜附着:在铜板上贴上干膜,这是一种感光材料,对紫外线敏感。
  • 曝光和显影:根据设计图打印出带有电路的光眼膜,使用紫外线照射使干膜上的透明部分发生聚合反应并固化,然后使用显影溶液溶解不透明部分的干膜,暴露出铜面。
  • 蚀刻:将暴露出来的铜放入蚀刻溶液中溶解清洗掉,剩下来的就是被干膜覆盖的铜迹线。
  • 检测:使用自动光学检测仪检测电路是否完整无缺。
  • 层压和钻孔:多层电路板通过棕化铆盒叠加在一起,使用高温高压机器进行层压。然后进行钻孔,孔洞用于连接电子元件。
    • 过孔可以进行树脂塞孔或者铜浆灌孔,对于大功率电路可以选用铜浆灌孔
    • ⭐⭐⭐ 实际上对于大功率灯珠 ,VCSEL等器件的应用,一般使用电镀微孔的形式,在170W/(m.K) 材料上钻0.1mm的微孔,电镀填充全部 95%以上的填充率,过孔安全电流2A 实际3A
  • 电镀和化学处理:孔壁内部进行金属化处理,形成致密的铜层,实现层与层之间的连接。
  • 阻焊和丝网印刷:涂上阻焊油墨以保护电路板免受外部环境影响。丝网印刷用于在电路板上打印产品信息和元器件标志。

铜基板层压:

3. 陶瓷基板过孔加工工艺要求

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电镀塞孔需要保证 板厚:孔径=5:1 才能够使得电镀过程能够进入到过孔当中。

4. 基板选择方法

  1. 散热性能
         导热率的计算公式是Q=K⋅A⋅ΔT/dQ = K \cdot A \cdot \Delta T / dQ=K⋅A⋅ΔT/d,‌其中:‌

     QQQ 表示在单位时间内通过单位面积传递的热量,‌单位为瓦特(‌W)‌。‌
KKK 即为导热率,‌也称为热导率,‌是衡量材料导热能力的物理量,‌单位为瓦每米开尔文(‌W/(m·K))‌。‌
AAA 表示传热面积,‌单位为平方米(‌m²)‌。‌
ΔT\Delta TΔT 表示两个不同温度之间的温差,‌单位为开尔文(‌K)‌或摄氏度(‌°C)‌。‌
ddd 表示在导热方向上的厚度或距离,‌单位为米(‌m)‌。‌
这个公式直接反映了导热率的概念,‌即单位温度梯度下,‌单位时间内通过单位垂直面积的热量。‌导热率是材料的一种固有属性,‌与材料的成分、‌结构有关,‌而与材料的大小、‌形状、‌厚度无关。‌不同材料的导热率差异较大,‌因此在实际应用中,‌了解材料的导热率对于预测和控制热量传递过程至关重要
2. 热膨胀系数
     主流PCB基板,其CTE平均导热率在 \(14-17ppm/C\) ,而焊接到PCB上的硅芯片的 CTE\(6ppm/C\) ,氧化铝陶瓷基板的CTE是 \(4-5ppm/C\) ,和芯片的膨胀率更为接近,不会在温差过大、温度巨变时产生太大变形,能够有效的避免线路脱焊的问题。

5. 相关电路展示

  1. 铝基板

  2. 铜基板

  3. 陶瓷基板

陶瓷基板生产商

Reference:

1. BGA封装过孔等设置:

https://www.cnblogs.com/tureno/articles/8414299.html

2. 凡亿技术支持邮箱:

pcbqa@fany-eda.com 可以进行PCB审查

3. Si9000阻抗叠层仿真计算:

https://blog.csdn.net/xqhrs232/article/details/39716863
https://blog.csdn.net/rejoy_liu/article/details/72688819

4. 丝印反查网址:

http://www.smdmark.com
国内地址
TI芯片丝印查询
其他方法

5. Altium大学计划负责人:

胡表峰 139 0123 3108 Email:johnny.hu@altium.com

6. Altium培训及市场负责人:

凌燕 156 1859 6030 Email:lillian.ling@altium.com

7. Altium技术支持(工程师团队):

400 012 8266 Email:support.cn@altium.com

8. 凡亿PCB设计Demo资源下载:

http://e.fany-online.com/FY/FY037.rar (修改037即可下载不同的Demo)

9. 论文查询下载网站:

https://www.sci-hub.ren/

10. 器件选型网站:

  1. 通用器件选型:RS欧时器件代理商贸泽器件代理商Digi-Key得捷电子合众达findchip(元器件查询网站)日本高精度 I-PEX比一比

  2. 专业接插件公司:AmphenolTE Connectivitywuerth_elektronikMolex

  3. 激光光源&驱动:iC-NZNOSRAM欧司朗THORLAB无锡斯博睿科技激光器代理、日立、Panasonic

  4. 棱镜&镜头购买:THORLABEdmund OpticsLBTEK北京欧普特科技长富科技(北京)有限公司Optime光学仿真软件

  5. 工业相机购买:OPTO-Engineering德国Basler

  6. 专业电源选型:MORNSUN金升阳TI德州仪器MPS开关电源

  7. Camera Sensor选型:OmniVisioFlir红外光传感器

  8. 其他IC采购:赛特时脉-PLL时钟源电源驱动-RICHTEKADI-亚德诺半导体

  9. 电器&电机驱动:锐特科技、步科、MAXSON

  10. 仪器选购:USB频谱分析仪-Triarchy


Resource:

(1) PowerPAD Made Easy散热焊盘绘制标准:PowerPADThermallyEnhancedPackage.zip

(2) 工艺边添加规范:

(3) 绘制PCB平面螺旋电感,功率传输,前后端隔离方案
使用TI提供的网页设计工具对PCB螺旋电感进行设计:Coil Designer

posted on 2024-05-13 15:28  小淼博客  阅读(0)  评论(0)    收藏  举报

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