PCB

一、PCB是什么

1,什么是PCB

PCB( Printed Circuit Board),中文名称为印制电路板,又称印刷线路板,是重要的电子部件,是电子元器件的支撑体,是电子元器件电气连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的,故被称为“印刷”电路板。

PCB板

PCB板

2,什么是PCBA

PCBA是英文Printed Circuit Board +Assembly 的简称,也就是说PCB空板经过SMT上件,再经过DIP插件的整个制程,简称PCBA .这是国内常用的一种写法,而在欧美的标准写法是PCB’A,是加了斜点的。这被称之为官方习惯用语,我们同国外客户沟通或是推广的时候,他们时常会问PCBA是什么意思。

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二、PCB的作用

电子设备采用PCBA印制板后,由于同类印制板的一致性,从而避免了人工接线的差错,并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测,保证了电子设备的质量,提高了劳动生产率、降低了成本,并便于维修。

三、PCB的分类

根据电路层数分类:分为单面板、双面板和多层板。常见的多层板一般为4层板或6层板,复杂的多层板可达几十层。
PCB板有以下三种主要的划分类型:

PCB板的分类

PCB板的分类

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1,单面板(Single-Sided Boards)

在最基本的PCB上,零件集中在其中一面,导线则集中在另一面上(有贴片元件时和导线为同一面,插件器件再另一面)。因为导线只出现在其中一面,所以这种PCB叫作单面板(Single-sided)。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制(因为只有一面,布线间不能交叉而必须绕独自的路径),所以只有早期的电路才使用这类的板子。

2,双面板(Double-Sided Boards)

这种电路板的两面都有布线,不过要用上两面的导线,必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的“桥梁”叫做导孔(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。因为双面板的面积比单面板大了一倍,双面板解决了单面板中因为布线交错的难点(可以通过孔导通到另一面),它更适合用在比单面板更复杂的电路上。

3,多层板(Multi-Layer Boards)

为了增加可以布线的面积,多层板用上了更多单或双面的布线板。用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印刷线路板,通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板了,也称为多层印刷线路板。板子的层数并不代表有几层独立的布线层,在特殊情况下会加入空层来控制板厚,通常层数都是偶数,并且包含最外侧的两层。大部分的主机板都是4到8层的结构,不过技术上理论可以做到近100层的PCB板。大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板,不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替,超多层板已经渐渐不被使用了。因为PCB中的各层都紧密的结合,一般不太容易看出实际数目,不过如果仔细观察主机板,还是可以看出来。

PCB线路板的组成

PCB线路板的组成

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四、PCB线路板的组成

pcb由不同的元器件和多种复杂的工艺技术处理等制作而成,其中pcb线路板的结构有单层、双层、多层结构,不同的层次结构其制作方式是不同的。本文将详细介绍:pcb线路板组成的元件名称及对应用途,和pcb线路板单层、双层、多层结构的制作及多种类型工作层面的主要功能。

第一、PCB印刷电路板的组成

焊盘:用于焊接元器件引脚的金属孔。
过孔:用于连接各层之间元器件引脚的金属孔。
安装孔:用于固定印刷电路板。
导线:用于连接元器件引脚的电气网络铜膜。
接插件:用于电路板之间连接的元器件。
填充:用于地线网络的敷铜,可以有效的减小阻抗。
电气边界:用于确定电路板的尺寸,所有电路板上的元器件都不能超过该边界。

PCB印刷电路板

PCB印刷电路板

第二、PCB印刷电路板的板层结构

(1)单层板:
即只有一面敷铜而另一面没有敷铜的电路板。通常元器件放置在没有敷铜的一面,敷铜的一面主要用于布线和焊接。

(2) 双层板:
即两个面都敷铜的电路板,通常称一面为顶层(Top Layer),另一面为底层(Bottom Layer)。一般将顶层作为放置元器件面,底层作为元器件焊接面。

(3)多层板:
即包含多个工作层面的电路板,除了顶层和底层外还包含若干个中间层,通常中间层可作为导线层、信号层、电源层、接地层等。层与层之间相互绝缘,层与层的连接通常通过过孔来实现。

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第三、PCB印刷电路板的工作层

(1)信号层:
主要用来放置元器件或布线。Protel DXP通常包含30个中间层,即Mid Layer1~Mid Layer30,中间层用来布置信号线,顶层和底层用来放置元器件或敷铜。

(2)防护层:
主要用来确保电路板上不需要镀锡的地方不被镀锡,从而保证电路板运行的可靠性。其中Top Paste和Bottom Paste分别为顶层阻焊层和底层阻焊层;Top Solder和Bottom Solder分别为锡膏防护层和底层锡膏防护层。

(3)丝印层:
主要用来在印刷电路板上印上元器件的流水号、生产编号、公司名称等。

(4)内部层:
主要用来作为信号布线层,Protel DXP中共包含16个内部层。 (5)其他层:主要包括4种类型的层。

(5)其他层:
主要包括4种类型的层。

(6)钻孔层:
主要用于印刷电路板上钻孔的位置 Drill Guide(钻孔方位层)。

PCB的保存

PCB的保存

五、PCB的拆封及储存

1,拆封检查

a.在拆封前先检查真空包装密封是否完好,包装时间是否超过有效期(PCB板保质期为6个月),需检查湿度指示卡(HIC)是否超标(须≤40%),
b.使用前须检查PCB外观,不得出现划伤、分层起泡、焊盘氧化等明显外观缺陷。

2,拆封数量及时间管控:

a.拆封数量:首次拆封数量不可超过3小时的标准产能;例如:产线标准产能为400pcs/小时,首次拆封数量为:400pcs×3小时=1200pcs;第二次及后续每次拆封数量不可超过2小时的标准产能,具体根据产量及生产计划。
b.拆封时间:原则上第一次拆封在生产前1小时,后续每2小时拆封一次。

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3,拆封后的管控:

a. PCB在拆封后必须填写《湿敏元件管制标签》进行追踪PCB露空时间,车间环境下,在相对湿度≤60%RH PCB板露空时间不可超过48小时,在60%〈相对湿度≤75%RH PCB板露空时间不可超过24小时,半成品露空时间不可超过8小时,若因计划临时变更,必须将PCB进行真空包装,

b.所有的PCB必须按照各种不同的状态使用《产品标示卡》进行标示,用于追踪PCB的管控时间是否失效。

c.当出现露空时间超过管控范围时,OSP板退仓库返回PCB厂商重工,ENIG(化金)进行烘烤处理.

PCB印刷后

PCB印刷后

六、PCB印刷后的管控:

首件PCB及更换钢网后第一片PCB印刷需贴mylar(胶膜),以保证印刷质量,并减少洗板次数

1,印刷后的PCB:

印刷OK的PCB(包括半成品)必须在30分钟内投入下一工序生产,印刷不良的PCB必须在1小时内清洗OK,清洗OK的PCB必须在30分钟内再次投入印刷。PCB板清洗次数规定:OSP板清洗次数≤1次,ENIG(化金)板清洗次数≤2次.超过次数PCB板需报废处理。

2,已贴片OK,还没有过炉的PCB

贴片OK的PCB(包括半成品)必须在2小时内过炉,若因异常原因需要清洗的,必须在1小时内清洗完成,清洗OK的必须在30分钟内投入印刷;PCB板清洗次数规定:OSP板清洗次数≤1次,ENIG(化金)板清洗次数≤2次.超过次数PCB板需报废处理。

3,已经过炉的,只贴了一面的PCB(也称SMT半成品):

已经过炉的,只贴了一面的PCB必须在8小时(包含印刷、贴片、过炉时间)内投入第二面生产完成。因欠料等原因未投入生产的,必须放入防潮柜内,若因异常原因需要清洗的,必须在1小时内清洗完成,清洗OK的必须在30分钟内投入印刷;PCB板清洗次数规定:OSP板清洗次数≤1次,ENIG(化金)板清洗次数≤2次.超过次数PCB板需报废处理。

4,异常停电PCB及PCBA 处理办法

因异常停电,已印刷的PCB/PCBA时间超过30分钟未生产的,必须在1小时内洗板,半成品需用手洗,不可以使用超声波机清洗,光板可用超声波机清洗,清洗完后需作业员确认,并做好记录。确认方法:使用40X以上的放大镜或显微镜对所有金面、通孔及零件位进行检查,如发现有锡粉残留,需重新进行清洗,清洗OK后将PCB装入真空袋中或是放入防潮柜,恢复通电后立即投入生产。PCB板清洗次数规定:OSP板清洗次数≤1次,ENIG(化金)板清洗次数≤2次.超过次数PCB板需报废处理。

5,异常PCB的烘烤条件及时间

PCB的烘烤条件:
方案一:返回PCB厂商重工。
方案二:上线前烘板处理,烘板要求如下(OSP板不允许烘板,须返回PCB厂商重工) 110±5℃,2小时对流式烘箱,优选氮气烤箱。
烘板处理后的PCB必须在24小时内完成焊接生产

PCB设计要点

PCB设计要点

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七、PCB设计要点

1.PCB布线与布局隔离准则:强弱电流隔离、大小电压隔离,高低频率隔离、输入输出隔离、数字模拟隔离、输入输出隔离,分界标准为相差一个数量级。隔离方法包括:空间远离、地线隔开。
2.晶振要尽量靠近IC,且布线要较粗
3.晶振外壳接地
4.时钟布线经连接器输出时,连接器上的插针要在时钟线插针周围布满接地插针
5. 让模拟和数字电路分别拥有自己的电源和地线通路,在可能的情况下,应尽量加宽这两部分电路的电源与地线或采用分开的电源层与接地层,以便减小电源与地线回路的阻抗,减小任何可能在电源与地线回路中的干扰电压
6. 单独工作的PCB的模拟地和数字地可在系统接地点附近单点汇接,如电源电压一致,模拟和数字电路的电源在电源入口单点汇接,如电源电压不一致,在两电源较近处并一1~2nf的电容,给两电源间的信号返回电流提供通路
7. 如果PCB是插在母板上的,则母板的模拟和数字电路的电源和地也要分开,模拟地和数字地在母板的接地处接地,电源在系统接地点附近单点汇接,如电源电压一致,模拟和数字电路的电源在电源入口单点汇接,如电源电压不一致,在两电源较近处并一1~2nf的电容,给两电源间的信号返回电流提供通路
8. 当高速、中速和低速数字电路混用时,在印制板上要给它们分配不同的布局区域
9. 对低电平模拟电路和数字逻辑电路要尽可能地分离
10. 多层印制板设计时电源平面应靠近接地平面,并且安排在接地平面之下。
11. 多层印制板设计时布线层应安排与整块金属平面相邻
12. 多层印制板设计时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
13. 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
14. 注意长线传输过程中的波形畸变
15. 减小干扰源和敏感电路的环路面积,最好的办法是使用双绞线和屏蔽线,让信号线与接地线(或载流回路)扭绞在一起,以便使信号与接地线(或载流回路)之间的距离最近
16. 增大线间的距离,使得干扰源与受感应的线路之间的互感尽可能地小
17. 如有可能,使得干扰源的线路与受感应的线路呈直角(或接近直角)布线,这样可大大降低两线路间的耦合
18. 增大线路间的距离是减小电容耦合的最好办法
19. 在正式布线之前,首要的一点是将线路分类。主要的分类方法是按功率电平来进行,以每30dB功率电平分成若干组
20. 不同分类的导线应分别捆扎,分开敷设。对相邻类的导线,在采取屏蔽或扭绞等措施后也可归在一起。分类敷设的线束间的最小距离是50~75mm
21. 电阻布局时,放大器、上下拉和稳压整流电路的增益控制电阻、偏置电阻(上下拉)要尽可能靠近放大器、有源器件及其电源和地以减轻其去耦效应(改善瞬态响应时间)。
22. 旁路电容靠近电源输入处放置
23. 去耦电容置于电源输入处。尽可能靠近每个IC
24. “PCB基本特性 阻抗:由铜和横切面面积的质量决定。具体为:1盎司0.49毫欧/单位面积
25. 电容:C=EoErA/h,Eo:自由空间介电常数,Er:PCB基体介电常数,A:电流到达的范围,h:走线间距
26. 电感:平均分布在布线中,约为1nH/m
27. 盎司铜线来讲,在0.25mm(10mil)厚的FR4碾压下,位于地线层上方的)0.5mm宽,20mm长的线能产生9.8毫欧的阻抗,20nH的电感及与地之间1.66pF的耦合电容。”
28. PCB布线基本方针:增大走线间距以减少电容耦合的串扰;平行布设电源线和地线以使PCB电容达到最佳;将敏感高频线路布设在远离高噪声电源线的位置;加宽电源线和地线以减少电源线和地线的阻抗;
29. 分割:采用物理上的分割来减少不同类型信号线之间的耦合,尤其是电源与地线
30. 局部去耦:对于局部电源和IC进行去耦,在电源输入口与PCB之间用大容量旁路电容进行低频脉动滤波并满足突发功率要求,在每个IC的电源与地之间采用去耦电容,这些去耦电容要尽可能接近引脚。

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31. 布线分离:将PCB同一层内相邻线路之间的串扰和噪声耦合最小化。采用3W规范处理关键信号通路。
32. 保护与分流线路:对关键信号采用两面地线保护的措施,并保证保护线路两端都要接地
33. 单层PCB:地线至少保持1.5mm宽,跳线和地线宽度的改变应保持最低
34. 双层PCB:优先使用地格栅/点阵布线,宽度保持1.5mm以上。或者把地放在一边,信号电源放在另一边
35. 保护环:用地线围成一个环形,将保护逻辑围起来进行隔离
36. PCB电容:多层板上由于电源面和地面绝缘薄层产生了PCB电容。其优点是据有非常高的频率响应和均匀的分布在整个面或整条线上的低串连电感。等效于一个均匀分布在整板上的去耦电容。
37. “高速电路和低速电路:高速电路要使其接近接地面,低速电路要使其接近于电源面。
38. 地的铜填充:铜填充必须确保接地。”
39. 相邻层的走线方向成正交结构,避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向,以减少不必要的层间窜扰;当由于板结构限制(如某些背板)难以避免出现该情况,特别是信号速率较高时,应考虑用地平面隔离各布线层,用地信号线隔离各信号线;
40. 不允许出现一端浮空的布线,为避免“天线效应”。
41. 阻抗匹配检查规则:同一网格的布线宽度应保持一致,线宽的变化会造成线路特性阻抗的不均匀,当传输的速度较高时会产生反射,在设计中应避免这种情况。在某些条件下,可能无法避免线宽的变化,应该尽量减少中间不一致部分的有效长度。
42. 防止信号线在不同层间形成自环,自环将引起辐射干扰。
43. 短线规则:布线尽量短,特别是重要信号线,如时钟线,务必将其振荡器放在离器件很近的地方。
44. 倒角规则:PCB设计中应避免产生锐角和直角,产生不必要的辐射,同时工艺性能也不好,所有线与线的夹角应大于135度
45. 滤波电容焊盘到连接盘的线线应采用0.3mm的粗线连接,互连长度应≤1.27mm。
46. 一般情况下,将高频的部分设在接口部分,以减少布线长度。同时还要考虑到高/低频部分地平面的分割问题,通常采用将二者的地分割,再在接口处单点相接。
47. 对于导通孔密集的区域,要注意避免在电源和地层的挖空区域相互连接,形成对平面层的分割,从而破坏平面层的完整性,并进而导致信号线在地层的回路面积增大。
48. 电源层投影不重叠准则:两层板以上(含)的PCB板,不同电源层在空间上要避免重叠,主要是为了减少不同电源之间的干扰,特别是一些电压相差很大的电源之间,电源平面的重叠问题一定要设法避免,难以避免时可考虑中间隔地层。
49. 3W规则:为减少线间窜扰,应保证线间距足够大,当线中心距不少于3倍线宽时,则可保持70%的电场不互相干扰,如要达到98%的电场不互相干扰,可使用10W规则。
50. 20H准则:以一个H(电源和地之间的介质厚度)为单位,若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地边沿内,内缩 1000H则可以将98%的电场限制在内。
51. 五五准则:印制板层数选择规则,即时钟频率到5MHZ或脉冲上升时间小于5ns,则PCB板须采用多层板,如采用双层板,最好将印制板的一面做为一个完整的地平面
52. 混合信号PCB分区准则:1将PCB分区为独立的模拟部分和数字部分;2将A/D转换器跨分区放置;3不要对地进行分割,在电路板的模拟部分和数字部分下面设统一地;4在电路板的所有层中,数字信号只能在电路板的数字部分布线,模拟信号只能在电路板的模拟部分布线;5实现模拟电源和数字电源分割;6布线不能跨越分割电源面之间的间隙;7必须跨越分割电源之间间隙的信号线要位于紧邻大面积地的布线层上;8分析返回地电流实际流过的路径和方式;
53. 多层板是较好的板级EMC防护设计措施,推荐优选。
54. 信号电路与电源电路各自独立的接地线,最后在一点公共接地,二者不宜有公用的接地线。
55. 信号回流地线用独立的低阻抗接地回路,不可用底盘或结构架件作回路。
56. 在中短波工作的设备与大地连接时,接地线<1/4λ;如无法达到要求,接地线也不能为1/4λ的奇数倍。
57.一般设备中至少要有三个分开的地线:一条是低电平电路地线(称为信号地线),一条是继电器、电动机和高电平电路地线(称为干扰地线或噪声地线);另一条是设备使用交流电源时,则电源的安全地线应和机壳地线相连,机壳与插箱之间绝缘,但两者在一点相同,最后将所有的地线汇集一点接地。断电器电路在最大电流点单点接地。f<1MHz时,一点接地;f>10MHz时,多点接地;1MHz

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