高精密PCB

深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年，公司由多名电路板行业的级人士创建，是国内的HDI PCB/软硬结合板服务商之一。

线路板中无论刚性、挠性、刚挠结合多层板,以及用于IC封装基板的模组基板,为电子设备做出贡献。线路板行业在电子互连技术中占有重要地位。

HDI板,是指High Density Interconnect,即高密度互连板,是PCB行业在20世纪末发展起来的一门较新的技术。就是采用增层法及微盲埋孔所制造的多层板。

微孔：在PCB中,直径小于6mil（150um）的孔被称为微孔。

埋孔：BuriedViaHole,埋在内层的孔,在成品看不到,主要用于内层线路的导通,可以减少信号受干扰的几率,保持传输线特性阻抗的连续性。由于埋孔不占PCB的表面积,所以可在PCB表面放置更多元器件。

盲孔：Blind Via,连接表层和内层而不贯通整版的导通孔。

传统的PCB板的钻孔由于受到钻刀影响,当钻孔孔径达到0.15mm时,成本已经非常高,且很难再次改进。而HDI板的钻孔不再依赖于传统的机械钻孔,而是利用激光钻孔技术（所以有时又被称为镭射板。）

HDI板的钻孔孔径一般为3-5mil(0.076-0.127mm),线路宽度一般为3-4mil(0.076-0.10mm),焊盘的尺寸可以大幅度的减小所以单位面积内可以得到更多的线路分布,高密度互连由此而来。

HDI技术的出现,适应并推进了FPC/PCB行业的发展。使得在HDI板内可以排列上更加密集的BGA、QFP等。目前HDI技术已经得到广泛地运用,其中1阶的HDI已经广泛运用于拥有0.5PITCH的BGA的PCB制作中。

HDI技术的发展推动着芯片技术的发展,芯片技术的发展也反过来推动HDI技术的提高与进步。

材料的分类
1、铜箔：导电图形构成的基本材料
2、芯板(CORE)：线路板的骨架,双面覆铜的板子,即可用于内层制作的双面板。
3、半固化片(Prepreg):多层板制作不可缺少的材料,芯板与芯板之间的粘合剂,同时起到绝缘的作用。
4、阻焊油墨：对板子起到防焊、绝缘、防腐蚀等作用。
5、字符油墨：标示作用。
6、表面处理材料：包括铅锡合金、镍金合金、银、OSP等等。

当前对应HDI多层板技术进步的基板材料及所用环氧树脂的发展课题。HDI多层板技术发展在未来几年内的发展是：导电电路宽度/间距更细化、导通孔更小化、基板的绝缘层更加薄型化。

这一发展趋势给基板材料制造业提出了以下两大方面的重要课题：如何在HDI多层板的窄间距、微孔化不断深入发展的情况下,它的基板绝缘可靠性、通孔可靠性；如何实现CCL的更加薄型化。

方面课题归结为基板材料的可靠性问题,它由CCL基本性能(包括耐热性、耐离子迁移性、耐湿性、耐TCP性、介电性等)与基板加工性(微孔加工性、电镀加工性)两方面性能的综合体现,而所提及的CCL各方面具体性能都是与CCL用树脂性能相关。

所谓与树脂的相关性,就是环氧树脂应达到3个层的要求：要实现对树脂所需的性能指标；要在一些条件变化下确保这些性能的稳定；要有与其它树脂的共存性好(即互溶性、或反应性、或聚合物合金性好)。


实现CCL薄型化中对其所用的环氧树脂性能要求的技术含量较高。CCL薄型化技术主要是要解决板的刚性提高(便于工艺操作性,机械强度等)、翘曲变形减小的问题,薄型化CCL在工艺研发中,除了在半固化片加工工艺上需要有所改进、创新外,于树脂组成和增强材料技术也是十分关键的方面。

如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHZ~50MHZ,而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量(比如说1/3),通常就称为高频电路。高频电路设计是一个非常复杂的设计过程,其布线对整个设计至关重要!



【招】多层板布线



高频电路往往集成度较高,布线密度大,采用多层板既是布线所,也是降低干扰的有效手段。在PCB Layout阶段,合理的选择一定层数的印制板尺寸,能充分利用中间层来设置屏蔽,更好地实现就近接地,并有效地降低寄生电感和缩短信号的传输长度,同时还能大幅度地降低信号的交叉干扰等,所有这些方法都对高频电路的可靠性有利。



有资料显示,同种材料时,四层板要比双面板的噪声低20dB。但是,同时也存在一个问题,PCB半层数越高,制造工艺越复杂,单位成本也就越高,这就要求我们在进行PCB Layout时,除了选择合适的层数的PCB板,还需要进行合理的元器件布局规划,并采用正确的布线规则来完成设计。


【第二招】高速电子器件管脚间的引线弯折越少越好

高频电路布线的引线好采用全直线,需要转折,可用45度折线或者圆弧转折,这种要求在低频电路中仅仅用于提高铜箔的固着强度,而在高频电路中,满足这一要求却可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。


【第三招】高频电路器件管脚间的引线越短越好

信号的辐射强度是和信号线的走线长度成正比的,高频的信号引线越长,它就越容易耦合到靠近它的元器件上去,所以对于诸如信号的时钟、晶振、DDR的数据、LVDS线、USB线、HDMI线等高频信号线都是要求尽可能的走线越短越好。


【第四招】高频电路器件管脚间的引线层间交替越少越好

所谓“引线的层间交替越少越好”是指元件连接过程中所用的过孔(Via)越少越好。据侧,一个过孔可带来约0.5pF的分布电容,减少过孔数能显著提高速度和减少数据出错的可能性。


【第五招】注意信号线近距离平行走线引入的“串扰”

高频电路布线要注意信号线近距离平行走线所引入的“串扰”,串扰是指没有直接连接的信号线之间的耦合现象。由于高频信号沿着传输线是以电磁波的形式传输的,信号线会起到天线的作用,电磁场的能量会在传输线的周围发射,信号之间由于电磁场的相互耦合而产生的不期望的噪声信号称为串扰(Crosstalk)。



PCB板层的参数、信号线的间距、驱动端和接收端的电气特性以及信号线端接方式对串扰都有一定的影响。所以为了减少高频信号的串扰,在布线的时候要求尽可能的做到以下几点：


在布线空间允许的条件下,在串扰较严重的两条线之间插入一条地线或地平面,可以起到隔离的作用而减少串扰。


当信号线周围的空间本身就存在时变的电磁场时,若无法避免平行分布,可在平行信号线的反面布置大面积“地”来大幅减少干扰。


在布线空间许可的前提下,加大相邻信号线间的间距,减小信号线的平行长度,时钟线尽量与关键信号线垂直而不要平行。


如果同一层内的平行走线几乎无法避免,在相邻两个层,走线的方向务必却为相互垂直。


在数字电路中,通常的时钟信号都是边沿变化快的信号,对外串扰大。所以在设计中,时钟线宜用地线包围起来并多打地线孔来减少分布电容,从而减少串扰。


对高频信号时钟尽量使用低电压差分时钟信号并包地方式,需要注意包地打孔的完整性。


闲置不用的输入端不要悬空,而是将其接地或接电源(电源在高频信号回路中也是地),因为悬空的线有可能等效于发射天线,接地就能抑制发射。实践证明,用这种办法消除串扰有时能立即见效。


【第六招】集成电路块的电源引脚增加高频退藕电容

每个集成电路块的电源引脚就近增一个高频退藕电容。增加电源引脚的高频退藕电容,可以有效地抑制电源引脚上的高频谐波形成干扰。


【第七招】高频数字信号的地线和模拟信号地线做隔离

模拟地线、数字地线等接往公共地线时要用高频扼流磁珠连接或者直接隔离并选择合适的地方单点互联。高频数字信号的地线的地电位一般是不一致的,两者直接常常存在一定的电压差,而且,高频数字信号的地线还常常带有非常丰富的高频信号的谐波分量,当直接连接数字信号地线和模拟信号地线时,高频信号的谐波就会通过地线耦合的方式对模拟信号进行干扰。



所以通常情况下,对高频数字信号的地线和模拟信号的地线是要做隔离的,可以采用在合适位置单点互联的方式,或者采用高频扼流磁珠互联的方式。


【第八招】避免走线形成的环路

各类高频信号走线尽量不要形成环路,若无法避免则应使环路面积尽量小。


【第九招】良好的信号阻抗匹配

信号在传输的过程中,当阻抗不匹配的时候,信号就会在传输通道中发生信号的反射,反射会使合成信号形成过冲,导致信号在逻辑门限附近波动。


消除反射的根本办法是使传输信号的阻抗良好匹配,由于负载阻抗与传输线的特性阻抗相差越大反射也越大,所以应尽可能使信号传输线的特性阻抗与负载阻抗相等。同时还要注意PCB上的传输线不能出现突变或拐角,尽量保持传输线各点阻抗连续,否则在传输线各段之间也将会出现反射。这就要求在进行高速PCB布线时,要遵守以下布线规则：


USB布线规则：要求USB信号差分走线,线宽10mil,线距6mil,地线和信号线距6mil。


HDMI布线规则：要求HDMI信号差分走线,线宽10mil,线距6mil,每两组HDMI差分信号对的间距超过20mil。


LVDS布线规则要求LVDS信号差分走线,线宽7mil,线距6mil,目的是控制HDMI的差分信号对阻抗为100+-15%欧姆DDR布线规则。DDR1走线要求信号尽量不走过孔,信号线等宽,线与线等距,走线满足2W原则,以减少信号间的串扰,对DDR2及以上的高速器件,还要求高频数据走线等长,以信号的阻抗匹配。


【第十招】保持信号传输的完整性

保持信号传输的完整性,防止由于地线分割引起的“地弹现象”。


   深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年，公司由多名电路板行业的级人士创建，是国内的PCB/FPC快件服务商之一。公司成立以来，一直专注样品，中小批量领域。快速的交付以及过硬的产品品质赢得了国内外客户的信任。公司是广东电路板行业协会会员企业，是深圳高新技术认证企业。拥有完善的质量管理体系，先后通过了ISO9001、ISO14000、TS16949、UL、RoHS认证。公司目前拥有员工300余人，厂房面积9000平米，月出货品种6000种以上，年生产能力为150000平方米。

软硬结合板的涨缩问题：
涨缩产生的根源由材料的特性所决定，要解决软硬结合板涨缩的问题，先对挠性板的材料聚酰亚胺（Polyimide）做个介绍：

（1）聚酰亚胺具有优良的散热性能，可承受无铅焊接高温处理时的热冲击；

（2）对于需要更强调讯号完整性的小型装置，大部份设备制造商都趋向于使用挠性电路；

（3）聚酰亚胺具有较高的玻璃转移温度与高熔点的特性，一般情况下要在350 ℃以上进行加工；

（4）在有机溶解方面，聚酰亚胺不溶解于一般的有机溶剂。
挠性板材料的涨缩主要跟基体材料PI和胶有关系，也就是与PI的亚胺化有很大关系，亚胺化程度越高，涨缩的可控性就越强。

按照正常的生产规律，挠性板在开料后，在图形线路形成，以及软硬结合压合的过程中均会产生不同程度的涨缩，在图形线路蚀刻后，线路的密集程度与走向，会导致整个板面应力重新取向，终导致板面出现一般规律性的涨缩变化；在软硬结合压合的过程中，由于表面覆盖膜与基体材料PI的涨缩系数不一致，也会在一定范围内产生一定程度的涨缩。

从本质原因上说，任何材料的涨缩都是受温度的影响所导致的，在PCB冗长的制作过程中，材料经过诸多 热湿制程后，涨缩值都会有不同程度的细微变化，但就长期的实际生产经验来看，变化还是有规律的。


如何控制与改善？


从严格意义上说，每一卷材料的内应力都是不同的，每一批生产板的过程控制也不会是完全相同的，因此，材料涨缩系数的把握是建立在大量的实验基础之上的，过程管控与数据统计分析就显得尤为重要了。具体到实际操作中，挠性板的涨缩是分阶段的：

是从开料到烘烤板，此阶段涨缩主要是受温度影响所引起的：

要烘烤板所引起的涨缩稳定，要过程控制的一致性，在材料统一的前提下，每次烘烤板升温与降 温的操作一致化，不可因为一味的追求效率，而将烤完的板放在空气中进行散热。只有这样，才能大程度的消除材料的内部应力引起的涨缩。

第二个阶段发生在图形转移的过程中，此阶段的涨缩主要是受材料内部应力取向改变所引起的。

要线路转移过程的涨缩稳定，所有烘烤好的板就不能进行磨板操作，直接通过化学清洗线进行表面前处理，压膜后表面须平整，曝光前后板面静置时间须充分，在完成线路转移以后，由于应力取向的改变，挠性板都会呈现出不同程度的卷曲与收缩，因此线路菲林补偿的控制关系到软硬结合精度的控制，同时，挠性板的涨缩值范围的确定，是生产其配套刚性板的数据依据。

第三个阶段的涨缩发生在软硬板压合的过程中，此阶段的涨缩主要压合参数和材料特性所决定。

此阶段的涨缩影响因素包含压合的升温速率，压力参数设置以及芯板的残铜率和厚度几个方面。总的来说，残铜率越小，涨缩值越大；芯板越薄，涨缩值越大。但是，从大到小，是一个逐渐变化的过程，因此，菲林补偿就显得尤为重要。另外，由于挠性板和刚性板材料本质的不同，其补偿是需要额外考虑的一个因素。