PCB制板基础知识汇总，你看懂了吗？

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一、PCB概念/ h, g8 D1 O: u- s
$ x4 `* b6 c, E1 L) [PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、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提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。
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: ~1 f% h6 ^6 r  y. k6 N0 a# q二、PCB在各种电子设备中作用和功能/ @! T  }2 F. N. C6 l2 G! r$ X3 [
. Z4 |- m) o: P. k% @, ?  w1.焊盘：提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑。　
' S- s. b/ }  g) s. v1 y& ]+ y2.走线：实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接（信号传输）或电绝缘。提供所要求的电气特性，如特性阻抗等。　$ x9 t1 p5 a. J- w
+ d1 Y* G/ s/ {; L: {5 V- ^3.绿油和丝印：为自动装配提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。
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8 ]  U$ \4 Z' w: y- ]6 D三、PCB技术发展概要从1903年至今,若以PCB组装技术的应用和发展角度来看,可分为三个阶段1、通孔插装技术(THT)阶段PCB
0 C+ u1 N5 G+ b1.金属化孔的作用：( |& N5 c$ A* k  y+ f
& u; t3 k3 W0 t9 v1 s( d& r(1).电气互连---信号传输: z7 W9 I8 |: \+ p, u
(2).支撑元器件---引脚尺寸限制通孔尺寸的缩小  V9 R, l" j  k2 ^7 ~
a.引脚的刚性# G( @, I/ y* u$ W- C
b.自动化插装的要求
, K& n6 i! y7 K5 d8 f6 X2 H( Y' U( R  V* U8 s2 U7 ]5 E& {
2.提高密度的途径, B! H, D& X$ o" X/ w5 {6 k
$ b/ a# K5 N& l' I2 [. B- `(1)减小器件孔的尺寸，但受到元件引脚的刚性及插装精度的限制，孔径≥0.8mm
$ y$ m) y& U" N(2)缩小线宽/间距：0.3mm—0.2mm—0.15mm—0.1mm" N! a& h( V" q; n# U
: [+ q, I3 a4 o! a  T5 Z9 E(3)增加层数：单面—双面—4层—6层—8层—10层—12层—64层
5 _; E% a+ i/ n/ _9 c" w+ j8 F2、表面安装技术（SMT）阶段PCB
/ n6 o7 s3 v3 ^1 ]( T; g8 n1.导通孔的作用：仅起到电气互连的作用，孔径可以尽可能的小，堵上孔也可以。9 j9 R( Q( o2 s$ X
2.提高密度的主要途径
( u8 V% c! k' f/ Y) K$ O+ n4 G( T6 M(1).过孔尺寸急剧减小：0.8mm—0.5mm—0.4mm—0.3mm—0.25mm
(2).过孔的结构发生本质变化：, N4 R2 L$ I1 o+ ^+ g. c7 O
a.埋盲孔结构优点：提高布线密度1/3以上、减小PCB尺寸或减少层数、提高可靠性、改善了特性阻抗控制，减小了串扰、噪声或失真（因线短，孔小）1 s5 [1 r. D) J" _& _2 {
8 F5 I, A/ C* fb.盘内孔（hole in pad）消除了中继孔及连线$ P/ d! s0 a& E) o- j6 O1 X
(3)薄型化：双面板：1.6mm—1.0mm—0.8mm—0.5mm
(4)PCB平整度：
a.概念：PCB板基板翘曲度和PCB板面上连接盘表面的共面性。
9 F& z4 Y7 G  T' c5 [( x& Y. U& Db.PCB翘曲度是由于热、机械引起残留应力的综合结果( ^$ \# k: K; P8 `
2 X2 s2 Q& X3 o4 V/ V( m! _c.连接盘的表面涂层：HASL、化学镀NI/AU、电镀NI/AU…5 u0 r1 Q: c9 j
2 `+ C  S; G4 _' L3 芯片级封装(CSP)阶段PCB
CSP开始进入急剧的变革于发展之中,推动PCB技术不断向前发展，PCB工业将走向激光时代和纳米时代。; k. s' j8 |6 D
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四、PCB表面涂覆技术PCB表面涂覆技术是指阻焊涂覆(兼保护)层以外的可供电气连接用的可焊性涂(镀)覆层和保护层。按用途分类：) B) u* c. I5 N- P; x
) l8 |+ C8 E4 V5 Q5 L1.焊接用：因铜的表面必须有涂覆层保护，不然在空气中很容易氧化。
2.接插件用：电镀Ni/Au或化学镀Ni/Au（硬金，含P及Co）) n0 w0 k! j7 F1 W: [5 C+ `; ^- s
3.线焊用：wire bonding 工艺" L5 x1 S$ [# l/ _' O: f
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2 a. b7 H8 J7 I& U热风整平（HASL或HAL）+ k+ D6 o" n  E4 b
从熔融Sn/Pb焊料中出来的PCB经热风（230℃）吹平的方法。1.基本要求：; ]7 a/ `$ D1 z- F
(1). Sn/Pb=63/37（重量比）9 G- ?- ^& |+ p- ~
(2).涂覆厚度至少>3um
, i% e! P7 a  }4 W" ?9 y  o9 Z% p(3)避免形成非可焊性的Cu3Sn的出现， Cu3Sn出现的原因是锡量不足，如Sn/Pb合金涂覆层太薄，焊点组成由可焊的Cu6Sn5– Cu4Sn3-- Cu3Sn2—不可焊的Cu3Sn' e) Q  R# P1 B, u8 t' K
2.工艺流程
去除抗蚀剂—板面清洁处理—印阻焊及字符—清洁处理—涂助焊剂— 热风整平—清洁处理5 t: {4 s* M) `1 D" z* y, ^: b! C
3.缺点：
a.铅锡表面张力太大，容易形成龟背现象。& U2 G9 T& M- [  M9 a
b.焊盘表面不平整，不利于SMT焊接。化学镀Ni/Au是指PCB连接盘上化学镀Ni(厚度≥3um)后再镀上一层0.05-0.15um薄金，或镀上一层厚金(0.3-0.5um)。由于化学镀层均匀，共面性好，并可提供多次焊接性能，因此具有推广应用的趋势。其中镀薄金（0.05-0.1um）是为了保护Ni的可焊性，而镀厚金（0.3-0.5um）是为了线焊(wire bonding)工艺需要。
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' t1 t: u) A3 Q1.Ni层的作用：
$ T! {* i; {! ]  f) q, y( e; X9 r; Pa.作为Au、Cu之间的隔离层，防止它们之间相互扩散，造成其扩散部位呈疏松状态。; [: R/ Y! X; Q& n' D; u4 T" c
b.作为可焊的镀层，厚度至少>3um+ Q8 C" T* R2 x$ O% G
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4 k; t, |) j3 k2.Au的作用：
) G1 K: A" H" f# }& kAu是Ni的保护层，厚度0.05-0.15之间，不能太薄，因金的气孔性较大如果太薄不能很好的保护Ni，造成Ni氧化。其厚度也不能>0.15um，因焊点中会形成金铜合金Au3Au2(脆 ),当焊点中Au超过3%时，可焊性变差。2 S" {) S- B4 G
0 I8 g! J+ C( Q. j电镀Ni/Au  s+ B# ^' ~& Q$ X2 W, G) C
镀层结构基本同化学Ni/Au，因采用电镀的方式，镀层的均匀性要差一些。. m) K8 x# b$ _6 B; W
五、PCB设计输出生产文件 注意事项1.需要输出的层有：（1）.布线层包括顶层/底层/中间布线层；
（2）.丝印层包括顶层丝印/底层丝印；. C3 _% K: k* u* K
（3）.阻焊层包括顶层阻焊和底层阻焊；1 Q( V/ h4 |- @
% Q9 ^7 C; v, B- c（4）.电源层包括VCC 层和GND 层；: j/ J) d1 g+ j0 v# l4 }: `
7 X8 K8 P+ e7 H1 K+ I（5）.另外还要生成钻孔文件NCDrill。2. 如果电源层设置为Split/Mixed ，那么在AddDocument 窗口的Document 项选择Routing 并且每次输出光绘文件之前都要对PCB图使用PourManager 的Plane Connect 进行覆铜；如果设置为CAMPlane 则选择Plane 在设置Layer 项的时候要把Layer25 加上在Layer25 层中选择pads 和Vias。3. 在设备设置窗口按Device Setup 将Aperture 的值改为199。4. 在设置每层的Layer 时将BoardOutline 选上。5. 设置丝印层的Layer 时不要选择PartType 选择顶层底层和丝印层的Outline Text Line。6. 设置阻焊层的Layer 时选择过孔表示过孔上不加阻焊。一般过孔都会组焊层覆盖。: C4 t! q* b" ]+ e. K
4 k' t- g7 S) d7 b4 h8 {六、安规标识要求1. 保险管的安规标识齐全保险丝附近是否有6 项完整的标识，包括保险丝序号、熔断特性、额定电流值、防爆特性、额定电压值、英文警告标识。如F101 F3.15AH,250Vac, “CAUTION：For ContinuedProtection Against Risk of Fire，Replace Only With SameType and Rating of Fuse” 。若PCB上没有空间排布英文警告标识，可将工，英文警告标识放到产品的使用说明书中说明。2. PCB上危险电压区域标注高压警示符PCB的危险电压区域部分应用40mil 宽的虚线与安全电压区域隔离，并印上高压危险标识和“ DANGER!HIGHVOTAGE ” 。3. 原、付边隔离带标识清楚PCB的原、付边隔离带清晰，中间有虚线标识。4. PCB板安规标识应明确齐全。
$ _6 F3 ?1 }0 C& P" V& v& \3 |/ G七、PCB EMI设计在PCB设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生EMI问题。为规避这种EMI问题下面就为大家介绍一下PCB设计中EMI设计的规范步骤。5 A: o. {6 J* F
3 g4 z  ?$ g# G. R2 Z- l% m: d; l1、IC的电源处理保证每个IC的电源PIN都有一个0.1μF的去耦电容，对于BGA CHIP，要求在BGA的四角分别有0.1μF、0.01μF的电容共8个。对走线的电源尤其要注意加滤波电容，如VTT等。这不仅对稳定性有影响，对EMI也有很大的影响。一般去耦电容还是需要遵循芯片厂家要求。) M) z% u* F$ E0 ^. ?: Y
2、时钟线的处理1.建议先走时钟线。2.频率大于等于66M的时钟线，每条过孔数不要超过2个，平均不得超过1.5个。3.频率小于66M的时钟线，每条过孔数不要超过3个，平均不得超过2.5个4.长度超过12inch的时钟线，如果频率大于20M，过孔数不得超过2个。5.如果时钟线有过孔，在过孔的相邻位置，在第二层（地层）和第三层（电源层）之间加一个旁路电容、如图2.5-1所示，以确保时钟线换层后，参考层（相邻层）的高频电流的回路连续。旁路电容所在的电源层必须是过孔穿过的电源层，并尽可能地靠近过孔，旁路电容与过孔的间距最大不超过300MIL。6.所有时钟线原则上不可以穿岛（跨越分割）。下面列举了穿岛的四种情形。时钟、复位、100M以上信号以及一些关键的总线信号不能跨分割，至少有一个完整平面，优选GND平面。
时钟信号、高速信号和敏感信号禁止跨分割；差分信号必须对地平衡，避免单线跨分割。（尽量垂直跨分割）
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所有信号的高频返回途径都直接位于相邻层信号线的正下方。在信号下面设置一个实体层可以显著减少信号完整性和时序问题，这个实体层可以为该信号提供直接回路。当走线与层分割交叉不可避免时，应使用一个 0.01 uF 回路电容。如图所示，当使用回路电容时，应尽可能靠近信号线与层分割的交叉点布置回路电容。
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