高速路的印制板設(shè)計課件

1、 高速電路的印制板設(shè)計航天時代電子公司姜培安2008.05主要內(nèi)容 1.概述 2.高速電路設(shè)計的基礎(chǔ)理論 3.高速電路用印制板的特點 4.印制板設(shè)計的 內(nèi)容和方法 5.高速電路PCB基材及選擇 6.PCB的結(jié)構(gòu)要素設(shè)計 7. PCB對高速信號完整性的影響 8. PCB的涂鍍層和熱設(shè)計考慮 9.印制板圖設(shè)計 10.布局和布線 11.地線和電源線設(shè)計 12.高速電路PCB的可制造性 13.PCB的可靠性平價 14.結(jié)束語1.概述 電子元器件和印制電路板是構(gòu)成電子整機的重要基礎(chǔ)零部件，微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是數(shù)字化、高集成度、高可靠和小型化的片式元器件的出現(xiàn)，為電子整機產(chǎn)品向小型化、輕量化、高速

2、度、高可靠、多功能的發(fā)展創(chuàng)造了有力的條件。 電子產(chǎn)品的 數(shù)字化和高速度，要求電路要在較高的頻率或器件在較高的開關(guān)速度下工作，其電路的特性和安裝元器件的印制電路板特性與一般中、低頻電路及其印制電路板的特性有很大變化，設(shè)計和制造、測試的難度更大。 高速電路已在IT、通訊和制導(dǎo)控制等系統(tǒng)的電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，這對安裝電子元器件的印制電路板及其設(shè)計也提出了新的要求和挑戰(zhàn)，印制電路的設(shè)計技術(shù)也必須應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，以適應(yīng)新的 高速器件應(yīng)用要求。 高速電路設(shè)計，是一項復(fù)雜的電子設(shè)計工作，它包括兩個方面，即高速的電路設(shè)計和高速電路印制板設(shè)計。這兩個方面相互影響，又相互制約。高速信號在印制板上傳輸，會產(chǎn)生傳輸

3、效應(yīng)，可能引起信號的失真和不完整性，高速電路的印制板設(shè)計，就是要盡量減少或降低傳輸效應(yīng)對電路的影響。做好高速電路印制板設(shè)計需要掌握復(fù)雜的高速電路理論及其計算，又要了解高速電路用印制板的特性，并要有一定的實踐經(jīng)驗。本文將從高速電路及其印制板基材的特性入手，著重介紹高速電路用印制板的材料選擇、布局、布線及各要素設(shè)計。企望能對高速電路的印制板設(shè)計者起到拋磚引玉的作用。2 高速電路設(shè)計的基礎(chǔ)理論 2.1高速電路的含義:隨著電子器件的發(fā)展，邏輯電路的集成度和工作頻率越來越高，工作狀態(tài)變換的邊沿速率越來越快，使電子系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜性、工作頻率和集成度大大提高。當(dāng)數(shù)字邏輯電路的頻率達到或超過4550MHz時，

4、將會產(chǎn)生傳輸效應(yīng)和信號完整性的問題。 如果電路中工作在這個頻率以上的部分，占整個電子系統(tǒng)30以上或主頻率在120MHz以上的部分占20的電路通常稱為高速電路。實際上，器件的快速上升和下降時間，使信號 邊沿的諧波頻率比信號本身的頻率高，所引起的傳輸效應(yīng)要比工作頻率引起的更為普遍。所以，高速電路傳輸線又可以理解為信號在導(dǎo)線中傳輸延時大于1/2數(shù)字器件上升沿時間（驅(qū)動端）時，則該導(dǎo)線為高速信號傳輸線。高速信號超過一定比例則該電路為高速電路。2.2傳輸效應(yīng)2.2.1阻抗 (impedance）電路中的導(dǎo)線供信號電流的傳遞用，在低頻段主要呈電阻特性，遵循基本電阻定律即： R=L / s = L / w.

5、t式中：R電阻；導(dǎo)線電阻率 ; L導(dǎo)線長度； s導(dǎo)線截面積；w線寬度；t導(dǎo)線厚度。 純銅材料的電阻率（1.72108m）很小，因此銅印制導(dǎo)線的電阻也很小，在直流或低頻電路中印制導(dǎo)線較短時，線電阻可以忽略。當(dāng)信號頻率升高超過一定范圍則呈現(xiàn)電感和電容特性，這時導(dǎo)線電阻稱為阻抗（Z），包括電阻、感抗（jXL=2fL）和容抗(Xc=1/2 fc)，用公式表示為： Z=R+ jXL+ Xc在音頻以上（2kHz）導(dǎo)線均表現(xiàn)出感抗，當(dāng)頻率超過100kHz以上感抗超過電阻，而在高頻中容抗不包括阻抗頻率響應(yīng)的方程中。所以印制板上的導(dǎo)線可以等效為串聯(lián)的電阻、電感和并聯(lián)的電阻、電容結(jié)構(gòu)（見圖21） 圖21高頻時印制

6、導(dǎo)線的等效電路2.2.2特性阻抗(characteristic impedance)印制板上的傳輸線阻抗是瞬間變化的電壓與電流之比即：Z=U/I ,總的阻抗在高頻時感抗和容抗遠(yuǎn)大于電阻分量，所以阻抗又可以用感抗和容抗表示，Zo=Lo/Co 。它與導(dǎo)線的寬度、厚度及相鄰接地層的距離和基板材料的介電常數(shù)有關(guān)。所以在印制導(dǎo)線上的阻抗在高頻或高速電路中稱為特性阻抗（Zo）。傳輸線的特性阻抗一般為5075，如果阻抗的值太低，則驅(qū)動器會過載，功耗增加，從而產(chǎn)生熱損耗，溫升提高；如果阻抗值太高，將會產(chǎn)生更多的串?dāng)_，從而對敏感電路產(chǎn)生干擾，進而引起電磁干擾問題。2.2.3傳輸線效應(yīng)如果印制導(dǎo)線作為傳輸線，與信

7、號接收端的阻抗不匹配或?qū)Ь€的阻抗與電路的傳輸延時要求不匹配，都會引起信號的最終狀態(tài)不同和影響信號的完整性。根據(jù)不同的傳輸線模型，在電路上可能產(chǎn)生：信號反射、延時或時序錯誤、過沖與下沖、串?dāng)_、地彈、多次跨越邏輯電平閾限錯誤和電磁 輻射等效應(yīng)。 這些效應(yīng)統(tǒng)稱為傳輸效應(yīng)。（1）信號反射（Reflection）是指信號功率從源通過傳輸導(dǎo)線到達負(fù)載，如果源端與負(fù)載端阻抗相同，反射不會產(chǎn)生；如果源端與負(fù)載端的阻抗不匹配，在傳輸線上就會引起信號的反射，負(fù)載將一部分電壓反射回源端，從而使信號輪廓失真變形。過長的走線、布線的幾何形狀、不正確的端接（布線拓?fù)洳缓侠恚?jīng)過連接器的傳輸及電源平面的不連續(xù)性等因素的變

8、化都會引起反射信號的產(chǎn)生。如果負(fù)載阻抗大于源端阻抗，反射電壓為正；反之，負(fù)載阻抗小于源端阻抗，反射電壓為負(fù)。 當(dāng)源端和負(fù)載端阻抗都不能與傳輸線的特性阻抗匹配時，會發(fā)生多次反射，并切反射的信號在傳輸線上隨反射次數(shù)增加而衰減，就像衰減振蕩器 一樣，不對稱的衰減達到一個穩(wěn)定的值，這種現(xiàn)象又稱為振鈴，實際上是反復(fù)出現(xiàn)的過沖和下沖。（2）延時或時序錯誤（Delay）信號延時或時序錯誤是指：信號在印制導(dǎo)線上以有限的速度傳輸，信號從源端出發(fā)到達接收端，其間有一固定時間，這一時間稱延時。當(dāng)信號在導(dǎo)線傳輸時間大于驅(qū)動端器件的上升或下降時間的1/2，稱延遲，信號的延遲會對系統(tǒng)的時序產(chǎn)生影響，引起傳輸?shù)膯栴}。在高速

9、數(shù)字電路的印制板中，走線過長、過孔太多以及導(dǎo)線周圍介質(zhì)的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗等因素都會導(dǎo)致傳輸延遲而影響高速電路的正常工作。（3）過沖與下沖（Overshoot/Undershoot）過沖與下沖是信號在由上升沿變成高電平或下降沿變?yōu)榈碗娖綍r產(chǎn)生的現(xiàn)象，過沖是第一個峰值或谷值超過設(shè)定的電壓，即 對上升沿是指最高電壓，對下降沿是指最低電壓。下沖是指下一個谷值和峰值。過度的過沖能引起保護二極管工作，瞬間產(chǎn)生的高于或低于平穩(wěn)電平的毛刺，可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過元件的電壓范圍，損壞元器件。過分的下沖可能引起假的時鐘或傳輸數(shù)據(jù)的錯誤，會引起器件誤動作。PCB的信號線走線過長或者信號變化太快或兩者同時存在都是引起過沖和

10、下沖的原因。（4）串?dāng)_（Crosstalk）串?dāng)_是兩條相鄰信號線之間的耦合，信號線之間的互感和互容引起線上的噪聲?；ト菪择詈弦l(fā)耦合電流，互感性耦合引發(fā)耦合電壓。它表現(xiàn)為PCB上當(dāng)一根導(dǎo)線上有信號通過時，在與之相鄰的信號線上就會感應(yīng)出相關(guān)信號，干擾了信號的正常傳遞。PCB的結(jié)構(gòu)、相鄰信號線的間距、驅(qū)動端和接收端的電氣特性及導(dǎo)線的端接方式對導(dǎo)線串?dāng)_都有一定影響。（5）地彈在電路中有較大的電流涌動時，會引起地平面（0V）上產(chǎn)生電壓的波動和變化，形成地平面反彈噪聲，會影響其他元器件誤動作，這種現(xiàn)象稱為地彈。通常是在電路中大量芯片的輸出同時開啟時，有一個較大的瞬態(tài)電流在芯片與印制板的電源平面流過，芯片

11、封裝與電源平面的電感和電阻會引發(fā)電源噪聲，從而引起地平面上的電壓波動。負(fù)載電容的增大、負(fù)載電阻的減小、地電感的增大以及同時開關(guān)的器件數(shù)目增加，都會導(dǎo)致地彈的增大。PCB上的地電平面的分割不當(dāng)，當(dāng)數(shù)字信號線走到模擬地布線區(qū)時，也會產(chǎn)生地平面回流噪聲（6）多次跨越邏輯電平閾限錯誤信號在跳變的過程中可能多次跨越邏輯電平閾限，導(dǎo)致邏輯功能紊亂的一種特殊的信號振蕩形式。信號的振蕩和環(huán)繞振蕩由線上過度的電感和電容引起的，振蕩屬于欠阻尼狀態(tài)，而環(huán)繞振蕩是過阻尼狀態(tài)。振蕩可以通過適當(dāng)?shù)亩私佑枰詼p小，但是不可能完全消除。如時鐘、振蕩器電路等容易產(chǎn)生振蕩，影響信號的完整性，它同反射一樣是由于阻抗不匹配、布線的幾何

12、形狀、不正確的端接等多種因素引起的，應(yīng)根據(jù)具體情況，有重點的綜合性采取措施，才能減少振蕩。（7）電磁 干擾（Electromagnetic Interference）根據(jù)麥克斯韋方程（電磁感應(yīng)方程）： EB/t 和 H J D/t 即：在閉合電路中變化的電場產(chǎn)生磁場，而變化的磁場又產(chǎn)生電場。在印制板上高速電路工作時，有時變電流產(chǎn)生，因而板上即有電場又有磁場，并且這些磁場和電場，隨著電路頻率的提高而逐步加強，達到一定限度，就會對電路的工作產(chǎn)生不利的影響，會使電路失真，信號的完整性 受到破壞，嚴(yán)重時會有電磁輻射，干擾相鄰的線路或相鄰印制板甚至整個系統(tǒng)的正常工作，這一現(xiàn)象稱為電磁干擾（EMI）。產(chǎn)生

13、EMI的原因主要有：電路工作頻率太高；邏輯器件的邊沿速率太快；印制板基材選擇不當(dāng)和布局布線不合理。目前，印制板的CAD設(shè)計有EMI仿真軟件工具，通過設(shè)定仿真參數(shù)和設(shè)置邊界條件建模進行仿真。如IBIS模型和SPICE模型等。應(yīng)用的軟件很多（如Mentron Graphics公司的IS軟件，Power PCB5.0設(shè)計軟件，以色列的Valor），發(fā)展也很快,不同的軟件其操作程序和功能都不完全相同。（8）趨膚效應(yīng)當(dāng)高頻的交變電流，流過導(dǎo)線時，電流將趨向在導(dǎo)線的表面流動，隨著頻率的提高，電流就越趨向于在導(dǎo)線表面。這一現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)。當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)部電磁場和電流的大小減小到導(dǎo)體表面電流值的37時，則該點到導(dǎo)

14、體表面的距離被定義為趨膚深度（ ），它與電路的頻率、導(dǎo)線的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率等因素有關(guān)，用公式表示為： 式中： 趨膚深度 0銅的導(dǎo)磁率（4107 H/m ） 銅的導(dǎo)電率（5.8107/m） f 頻率（s1） f 0 1實際上導(dǎo)線的趨膚深度在高頻時很薄，如100MHz時，趨膚深度只有0.0017mm。而頻率在1MHz時，趨膚深度為0.017mm，對薄銅箔的印制導(dǎo)線，可以說這一頻率的電流基本上在整個導(dǎo)體層流過。因此趨膚效應(yīng)只在較高頻率的高速電路和微波電路中存在。在頻率較低的電路中不予考慮。對于信號的趨膚效應(yīng)，在印制板中導(dǎo)體表面鍍層 和導(dǎo)線上的有機涂層的特性會影響信號電流的傳遞，如果鍍層電阻率高或涂層介

15、質(zhì)損耗大，會引起信號衰減和阻抗的變化，因而影響電路的正常工作。了解此特性，在印制板設(shè)計時應(yīng)正確選擇涂、鍍層。3.高速電路用印制板的特點 由于高速電路的特性，它所用的印制板與普通印制板相比有許多不同的特點，設(shè)計時必須注意這些特點，采取相應(yīng)措施才能獲得滿意的設(shè)計效果。這些特點主要反映在以下方面：3.1印制板的功能擴大一般印制板的功能是為電子元器件提供安裝支撐、實現(xiàn)電氣連接和絕緣的基板；而高速電路用印制板除此功能之外，還具有特性阻抗、電磁兼容的性能，構(gòu)成電路參數(shù)的一部分，結(jié)構(gòu)和布線參數(shù)直接影響電路的性能，使印制電路板真正具有電路的功能。 3.2印制板所用的基材有特殊要求高速電路用印制板所采用的基材，

16、除了要滿足其一般電氣、機械和使用的環(huán)境要求外，必須要對 基材的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗及耐離子遷移等特性有嚴(yán)格要求。3.3印制板的結(jié)構(gòu)復(fù)雜普通印制板有單面、雙面和多層布線，而高速電路印制板主要是雙面和多層布線，多數(shù)為具有地、電層的多層板，并且布線密度較高、通孔較少，層間互連可能有盲孔、埋孔，并且多數(shù)為表面安裝板。3.4孔徑小、導(dǎo)線精度要求高為了減少過孔的寄生電容，高速電路印制板的過孔的直徑較小，數(shù)量也盡量少；為了保證傳輸導(dǎo)線的特性阻抗值，印制導(dǎo)線的尺寸精度高。3.5導(dǎo)線層與地電層之間介質(zhì)層距離小導(dǎo)線層與地、電層之間距離小，過孔長度小，有利于提高傳輸速度和電磁兼容效果。3.6布線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求嚴(yán)格高速

17、電路印制板布線拓?fù)洌趦蓚€連接的節(jié)點之間走線較短，導(dǎo)線分支少，拐彎處為圓角或鈍角，走線寬度和間距均勻，導(dǎo)線上制造缺陷少。3. 7傳輸線采用微帶線和帶狀線布線形式為了便于調(diào)整傳輸線的特性阻抗，高速電路多層印制板通常采用微帶線和帶狀線布線形式。1）微帶線是PCB上數(shù)字電路實現(xiàn)阻抗調(diào)節(jié)常用的方法。它是將印制導(dǎo)線貼附于絕緣介質(zhì)的表面并暴露在空氣中，在介質(zhì)層的另一面是接地參考平面或電源面（如圖31a所示）；另有一種嵌入式微帶，在印制導(dǎo)線表面有介質(zhì)材料覆蓋（如阻焊涂層、敷形涂層等）見圖31b所示。微帶特性阻抗的計算微帶線特性阻抗由印制導(dǎo)線的厚度、寬度和基材厚度以及電介質(zhì)的介電常數(shù)決定。當(dāng)w/t在0.13.

18、0之間、介電常數(shù)在15之間時，特性阻抗Zo可用下式計算： Zo 圖31(a)表面微帶結(jié)構(gòu)圖31(b)嵌入式微帶結(jié)構(gòu) 傳輸線絕緣介質(zhì)接地平面覆蓋層WtH 87 r1.41ln 5.98h0.8 w t式中：Zo特性阻抗，； w印制導(dǎo)線寬度，mm； h導(dǎo)線與接地平面之間的介質(zhì)層厚度mm； t印制導(dǎo)線厚度，mm ； r相對介電常數(shù)。 采用以上公式時應(yīng)注意使用條件（導(dǎo)線寬度、厚度、介質(zhì)層厚度和介電常數(shù)等），不同的條件下使用的公式是有區(qū)別的。2)帶狀線信號線位于兩接地面之間的布線形式見圖32。 WHt圖32a單帶狀線 圖32b雙帶狀線d帶狀線的特性阻抗由印制導(dǎo)線的厚度、寬度、電介質(zhì)層的介電常數(shù)以及兩接地

19、平面的距離有關(guān)，根據(jù)傳輸線與兩接地平面的距離相同或不同，又分為對稱帶狀線和非對稱帶狀線，兩者特性阻抗的計算方法不同。對稱的帶狀線 當(dāng)W/h2時阻抗Zo可用下面的經(jīng)驗公式計算： Z0 Ln 式中：Zo特性阻抗，； w印制導(dǎo)線寬度，mm； h兩接地平面之間距離，mm； t印制導(dǎo)線厚度，mm； r基材的相對介電常數(shù) 。 r604(2ht )2.1(0.8w+t)雙帶狀線的阻抗可按以下近似計算： Z0（ ) 1 式中： Zo特性阻抗，； w印制導(dǎo)線寬度，in； h兩接地平面之間距離，in； t導(dǎo)線厚度，in; d信號層間距離，in。 r基材的相對介電常數(shù)從以上微帶線和帶狀線的特性阻抗計算公式可以看出共

20、同點是特性阻抗都與基材介電常（ r ）的平方根成反比，與導(dǎo)線的厚度或接地平面的距離和導(dǎo)線寬度與導(dǎo)線厚度之和比值的自然對數(shù)成正比。可見基材的介電常數(shù)對特性阻抗的影響1.9(2h+t)0.8w+th4(h+d+t)r80更大一些，并且可用導(dǎo)線的寬度（W）、厚度（t）與接地面距離（h）來調(diào)整特性阻抗的值。4.印制板設(shè)計的 內(nèi)容和方法 隨著電路的數(shù)字化、高速化和小型化要求，器件的集成度越來越高，芯片的開關(guān)速度越來越快，相應(yīng)的印制板必須滿足和適應(yīng)這些特性的要求。在一般低頻電路中使用的印制板，主要的功能是為元器件的安裝和實現(xiàn)電氣連接和絕緣提供的基板，而在高速、高頻電路中使用的印制板，不僅要具有以上的基本功

21、能，并且還會對電路的參數(shù)和信號的完整性有較大的影響，印制板的選材、布線和電磁兼容問題考慮十分重要，因而高速電路印制板的設(shè)計除應(yīng)保持一般印制板設(shè)計的基本要求外，還應(yīng)有一些特殊的設(shè)計要求和方法。 4.1 設(shè)計的通用原則 印制板的設(shè)計決定印制板的固有特性，在一定程度上也決定了印制板的制造、安裝和維修的難易程度，同時也影響印制板的可靠性和成本。所以設(shè)計時應(yīng)遵循以下通用的原則，綜合考慮各項要素，才能取得較好的設(shè)計效果。1）電氣連接的正確性： 布局、布線時，印制導(dǎo)線的連接關(guān)系應(yīng)與電原理圖的邏輯關(guān)系相一致，如因機械、電氣性能要求不宜在板上布線時，應(yīng)在印制板裝配圖上注明連線要求。2）可靠性： 印制板的結(jié)構(gòu)、基

22、材的選擇、布局、布線、印制導(dǎo)線的寬度與間距以及制造和安裝工藝等因素，都會影響印制板的可靠性。設(shè)計時必須綜合考慮以上因素合理選擇印制板的結(jié)構(gòu)（布線層數(shù)）數(shù)）和布局、布線，在高頻、高速電路設(shè)計時，必須考慮電磁兼容問題。一般講布線層數(shù)少、布線密度低的板可靠性高。但是在一些特殊電路中，由于電氣性能的要求，采用多層板可能會比單面和雙面布線取得更好的可靠性。 3）工藝性： 即可制造性（DFM），是PCB設(shè)計必須考慮的因素。設(shè)計時確定印制板的結(jié)構(gòu)、布局、布線和導(dǎo)線寬度、間距以及孔徑大小等要素，應(yīng)與印制板當(dāng)前的制造和裝聯(lián)工藝水平相適應(yīng)，盡可能有力于制造、安裝和維修。一般來說布線密度越高、層次越多、導(dǎo)線寬度和間

23、距越小、孔徑越小其制造的難度增加。4）經(jīng)濟性： 不同結(jié)構(gòu)類型（單面、雙面和多層布線或撓性板）、不同基材、不同加工精度要求的印制板，以及不同的設(shè)計方法，其成本相差很大，一般來說多層板的成本要高于單面和雙面板，高密度布線板成本高于低密度布線板。設(shè)計時應(yīng)考慮成本最低的原則，在滿足使用性能要求和安全、可靠的前提下力求經(jīng)濟適用。 5）環(huán)境適應(yīng)性和環(huán)保性： 根據(jù)印制板使用時的環(huán)境條件，合理選擇印制板的基材和涂覆層，以滿足使用環(huán)境的需要，可以提高印制板的可靠性，延長印制板的使用壽命。 選用的材料和工藝力求對環(huán)境無污染或低污染。4.2 設(shè)計的內(nèi)容 印制板設(shè)計是按電路設(shè)計的意圖，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)表將電路原理圖轉(zhuǎn)換成印制

24、板圖、確定印制板結(jié)構(gòu)、選擇基材、考慮機械、電氣和熱性能，布局和布線，考慮可制造性并提出加工要求和驗收標(biāo)準(zhǔn)的全過程。主要設(shè)計內(nèi)容由：1）選擇基材；2）確定PCB結(jié)構(gòu)、尺寸和精度；3）機械性能設(shè)計；4）電氣性能設(shè)計（含電磁兼容考慮）；5）熱學(xué)設(shè)計；6）印制板表面涂（鍍）層的選擇；7）導(dǎo)電和非導(dǎo)電圖形設(shè)計（布局、布線、焊盤圖形和阻焊圖形設(shè)計等）； 8) 印制板加工需要的其他技術(shù)文件。4.3設(shè)計方法印制板的設(shè)計方法有：人工設(shè)計和計算機輔助設(shè)計（CAD）人工設(shè)計： 早期的印制板圖設(shè)計是采用人工繪制或貼圖的方式繪制，需要繪制成2：1或4：1的放大圖，再經(jīng)過照像制版形成1：1的底板圖形，才能用于生產(chǎn)。該法工

25、藝復(fù)雜又費時間，并且質(zhì)量差，難于制作導(dǎo)線精細(xì)、圖形復(fù)雜的多層印制板圖。從上一世紀(jì)70年代出現(xiàn)計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，將CAD用于印制板設(shè)計后，此法逐漸被淘汰，但偶爾在簡單的印制板圖設(shè)計時也有采用。CAD法： 計算機輔助設(shè)計（CAD）是電子設(shè)計（EAD）的重要工程內(nèi)容。印制電路的CAD包括電路設(shè)計和印制板圖設(shè)計，CAD技術(shù)目前已廣泛地應(yīng)用于印制板設(shè)計。CAD法設(shè)計印制板速度快，可以按預(yù)定的設(shè)計規(guī)則自動布線，節(jié)省了人力、提高了質(zhì)量，并且可以完成人工無法進行的復(fù)雜圖形設(shè)計。CAD還可以直接為印制板制造提供加工數(shù)據(jù)，能實現(xiàn)CAD與CAM、CAT的一體化，減少了設(shè)計與生產(chǎn)圖紙轉(zhuǎn)換的誤差，大大提高了印制板的加

26、工質(zhì)量和一致性，縮短設(shè)計和生產(chǎn)周期、降低成本，提高了印制板的研制、開發(fā)效率。此處介紹的印制板設(shè)計內(nèi)容主要是指：印制板圖形設(shè)計部分。4.3.1 CAD設(shè)計的流程PCB設(shè)計用的軟件種類很多，例如：Protel OrCAD 、PADS、Mentro公司Power PCB5.0 等，根據(jù)產(chǎn)品的復(fù)雜程度及掌握和應(yīng)用軟件的習(xí)慣，可以采用不同的設(shè)計軟件，不同的設(shè)計軟件包含功能不同，其操作方法不同，其價格也相差較大，在此不詳細(xì)介紹，但其設(shè)計流程基本相同。典型的設(shè)計流程為： 設(shè)計準(zhǔn)備網(wǎng)絡(luò)表輸入設(shè)計規(guī)則設(shè)置布線元器件布局復(fù)查（人工預(yù)或仿真）DRC檢查輸出（1）PCB設(shè)計準(zhǔn)備1）標(biāo)準(zhǔn)元器件庫的建立 把物理元件視為電

27、子元器件的封裝尺寸在PCB上的平面投影，設(shè)計前應(yīng)考慮布局布線與生產(chǎn)工藝可行性。建立邏輯元件的引腳與物理引腳尺寸之間的對應(yīng)關(guān)系，以確定焊盤尺寸和位置。如果對雙列直插式器件孔徑設(shè)計過小，影響安裝和焊接，孔徑過大，會影響兩焊盤間走線，會降低布線的布通率。2）特殊元件庫的建立 對于特殊元件尺寸，即非標(biāo)準(zhǔn)物理元件上的尺寸，必須查閱有關(guān)資料或?qū)嶋H測量電子元器件的尺寸（外形尺寸、焊盤大小、引腳排列序號等），必要時可以把常用的定型元器件單獨建庫，以供使用方便。3)具體的PCB設(shè)計文件的建立 根據(jù)邏輯圖（或網(wǎng)絡(luò)表）、物理元件庫和PCB的機械結(jié)構(gòu)和外形闡述的描述，可以對某一具體印制板進行設(shè)計，但是設(shè)計中需要考慮各

28、種設(shè)計規(guī)則的要求，往往需要多次修正，重復(fù)建立設(shè)計文件，直至達到正確、滿意為止。（2）網(wǎng)絡(luò)表輸入 網(wǎng)絡(luò)表是自動布線的靈魂，也是原理圖編輯軟件與印制板圖設(shè)計軟件之間的接口和橋梁，在正確、并確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)表（含有元件封裝的說明）后，將網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入設(shè)計系統(tǒng)，如果采用Power PCB進行設(shè)計可采用兩種方法： 一種是使用Power Logic的OLE Power PCB Connection功能，選擇Send Netlist，應(yīng)用OLE功能，可以隨時保持原理圖與PCB圖的一致，盡量減少出錯的可能。 另一種方法是直接在Power PCB中裝載網(wǎng)絡(luò)表，選擇File Import命令，將原理圖生成的網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入。如果采

29、用Protel 99-PCB可直接從設(shè)計文件夾“Documents”調(diào)出，導(dǎo)入PCB板設(shè)計編輯器。（3）規(guī)則設(shè)置 按用戶要求對元件的布置參數(shù)、板的層數(shù)、焊盤形狀尺寸、過孔大小、布線參數(shù)等進行設(shè)置。如果在原理圖設(shè)計階段已經(jīng)把PCB的設(shè)計規(guī)則設(shè)置好了，就不再重新設(shè)置，如果有修改，但邏輯關(guān)系必須保證原理圖與PCB圖的一致。（4） 元器件布局 輸入網(wǎng)絡(luò)表后，所有的元器件都會在工作區(qū)的零點重疊在一起，布局就是把這些元器件（元件的投影圖形）分開，按規(guī)則整齊擺放在規(guī)定的位置，在擺放元件前，應(yīng)設(shè)定板的外形（Board Outline）和布局、布線區(qū)域。布局有兩種方法：手工布局和自動布局。布局時應(yīng)考慮保證布線的

30、布通率，制造的工藝要求，電磁兼容等問題。一般采用手工布局效果更好一些。自動布局效果往往不太理想，需要人工調(diào)整。（5）布線 在布局的基礎(chǔ)上按布線規(guī)則和邏輯要求布設(shè)導(dǎo)線，有兩種方法布線，即手工布線和自動布線，通常兩種方法配合使用，步驟是手工自動手工。手工布線是在自動布線前對導(dǎo)線寬度和間距、走線距離、屏蔽等有特殊要求的導(dǎo)線，如高頻時鐘、模擬小信號、主電源等導(dǎo)線，先用手工布線，其次是一些特殊的封裝，如QFP/BGA類的器件走線。自動布線是在手工布設(shè)完那些特殊導(dǎo)線后，其余的網(wǎng)絡(luò)線由計算機自動布線，如果達到100%布通率，則再進行手工調(diào)整優(yōu)化。如果不能100布通，就要重新調(diào)整布局和手工布線，直至完全布通

31、。自動布線往往難于完全符合布線規(guī)則，必需要進行手工調(diào)整。（6）檢查 按設(shè)計規(guī)則（DRC）和電原理圖檢查布線。檢查項目應(yīng)包括：連通性、導(dǎo)線寬度和間距、焊盤、過孔、高速規(guī)則、地電層等。（7）復(fù)查根據(jù)PCB檢查表逐項檢查布局布線的合理性和與設(shè)計規(guī)則的符合性，如果不合格，則需修改布局和布線，同時可以進行人工調(diào)整，直至符合要求。有條件再進行電路的仿真，以保證設(shè)計的質(zhì)量和可靠性。（8）設(shè)計輸出PCB設(shè)計好以后，可以將設(shè)計輸出光繪文件和打印文件。光繪軟件交印制板生產(chǎn)廠商繪制生產(chǎn)底版；打印文件是應(yīng)用打印機分層打印出各層導(dǎo)電圖形、阻焊圖、字符圖和鉆孔圖，以便于設(shè)計檢查、復(fù)查和生產(chǎn)方檢驗。5.高速電路PCB基材及

32、選擇正確選擇基材是印制板設(shè)計的重要內(nèi)容，尤其是在高速電路的PCB設(shè)計中更為關(guān)鍵。基材影響印制板的基本性能（機械強度、絕緣電阻、耐電壓、 介電常數(shù)、介質(zhì)損耗等電性能 及耐熱性能）、制造工藝和成本，設(shè)計選用基材時應(yīng)綜合考慮以上因素。以減成法（銅箔蝕刻法）制造印制板所用的基材覆銅箔層壓板，簡稱覆箔板，它是目前國內(nèi)外應(yīng)用廣泛，用量最大的PCB基材。5.1 覆銅箔板的分類 由于電子產(chǎn)品的需求不同，覆箔板又分為許多種類和規(guī)格，有剛性基材和撓性基材兩大類。5.1.1剛性覆箔板：由樹脂、增強材料和銅箔層壓制成，按其基材中的增強材料不同，主要分為紙基、玻璃布基、復(fù)合基、特殊材料基四大類，每一類又按樹脂成分的不同

33、分為許多子類。PCB基材的特性，主要取決于增強材料和樹脂。1）紙基板 ：以浸漬纖維紙作為增強材料。2）玻璃布基板：以玻璃纖維紡織而成的布浸漬樹脂作為增強材料(如：G10、FR-4/FR-5)。3）復(fù)合基板 ： 采用兩種以上的增強材料的基板，表層和芯層采用了兩種不同的增強材料（CEM-1/CEM-3）。4）特殊材料基板： 采用金屬、陶瓷或 耐熱熱塑性基板的材料。以上材料中能達到UL標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的垂直燃燒法試驗的燃燒性要求的V0級的板，稱為阻燃型板（又稱V0板），抗燃燒性能好，依次有V1、V2級等；達到UL標(biāo)準(zhǔn)HB級要求的板稱為非阻燃型板。阻燃型板相當(dāng)于美國NEMA標(biāo)準(zhǔn)中的FR2、 FR3、FR4、

34、FR5等，內(nèi)層印有紅色商標(biāo)標(biāo)記。我國標(biāo)準(zhǔn)是按國際通用的命名法用材料的英文縮寫并在基材代號后面加“F”，如 CEPGC32F。5.1.2 撓性覆銅箔板（俗稱軟板）主要有：覆銅箔聚酯薄膜；覆銅箔聚酰亞胺薄膜；覆銅箔聚酰亞胺氟碳乙烯薄膜等。在以上材料中還可以按特性和用途分類為：高頻高速PCB用基材、高耐熱性基材、高尺寸穩(wěn)定性和綠色環(huán)保型基材等。以上材料根據(jù)覆箔板的銅箔面數(shù)有單面板、雙面板和用于制造多層板的薄型單面或雙面板。按照覆箔板的厚度和銅箔的厚度不同又有多種規(guī)格。用于制造積層式多層印制板的感光性或熱固性樹脂及附樹脂銅箔等材料是以上材料的特殊類型。5.1.3 高速電路印制板中常用的基材主要有： 覆

35、銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板（阻燃和非阻燃型）EP 覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板(PTFE) 覆銅箔聚酰亞胺玻璃布層壓板(PI) 覆銅箔聚酰亞胺芳酰胺布層壓板（PI） 覆銅箔聚苯醚樹脂層壓板（PPE 或PPO） 覆銅箔BT樹脂/玻璃布層壓板(BT)撓性板材主要有： 覆銅箔聚酯薄膜（PE FCCL） 覆銅箔聚酰亞胺薄膜(PI FCCL) 覆銅箔環(huán)氧/玻璃布基薄板（EP FCCL）5.2常用基材的特性 基材的特性直接影響印制板的基本特性，諸如印制板的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗正切值、耐熱性、阻燃性、吸濕性、耐離子遷移性和抗彎強度等主要取決于基材，印制板的耐電壓、表面絕緣電阻、和剝離強度等性能與基材有重要關(guān)系。在選

36、擇高頻、高速印制板用的基材時，重點考慮的特性參數(shù)是：介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角正切和耐離子遷移性。1）介電常數(shù)：規(guī)定形狀的兩電極之間填充介質(zhì)而獲得的電容與兩電極之間為真空時的電容之比（ r ）2）介質(zhì)損耗角正切：又稱損耗因之（Dissipation Factor）是指當(dāng)信號或能量在電介質(zhì)里傳輸過程中所消耗的程度。用損耗角正切值表示（tan）3）耐離子遷移性：是絕緣基材在電場作用下能承受電化學(xué)絕緣破壞的能力。(CAF）實際上是在印制板加電使用過程中在電場作用下相鄰的導(dǎo)線或金屬化孔之間金屬溶解為離子，在兩電極之間的絕緣層內(nèi)或表面析出，而降低材料的絕緣電阻，通常發(fā)生在電位差較大的兩相鄰導(dǎo)線表面之間，或沿基

37、材的玻璃纖維表面發(fā)生遷移。高溫、高濕會加重此現(xiàn)象。吸濕性小的材料有利于CAF。高速電路印制板布線密度高導(dǎo)線間距小，應(yīng)關(guān)注基材的這種特性。高頻、微波電路用的印制對特性阻抗和介質(zhì)損耗有嚴(yán)格要求，一般應(yīng)選擇介電常數(shù)（r）相對較低、介質(zhì)損耗?。╰an）的基材。一般在特性阻抗確定的情況下，基材的介電常數(shù)小，有利于減少各導(dǎo)電層間的介質(zhì)厚度，提高信號傳輸速度，適合于制作層次較多的高速電路用的多層板。為了特性阻抗的匹配，可以選擇不同介電常數(shù)的基材，在一些特殊電路中還需要較高介電常數(shù)的基材，具有電容功能的高介電常數(shù)的基材BC(Buried Capacitance)其介電常數(shù)比一般的FR-4基材約高4倍，現(xiàn)已成為

38、高速度、大容量數(shù)據(jù)的傳輸和處理裝置用印制板的重要基材。常用特殊基材的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值見表51。 表51 從表中可以看出相同的材料在不同的頻率下測量的結(jié)果是不同的，在高頻時采用時域反射計（DTR）,測量信號在線路中的實際時延可以確定r的精確值。所以在高頻電路中計算線路的特性阻抗采用100MHz下測量的r值更為準(zhǔn)確。 基板材料FR-4環(huán)氧/玻璃BT樹脂/玻璃聚酰亞胺/玻璃聚四氟乙烯/玻璃介電常數(shù)r 1MHz /100MHz 4.45.4/4.14.5/4.04.3 /4.12.22.8/2.2介質(zhì)損耗tan0.0270.007 0.0120.0195.3高速電路PCB基材的選用（1）選擇

39、基材的依據(jù)是：1） 根據(jù)PCB的使用條件和機械、電氣性能要求從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中選擇材料的型號和規(guī)格。 2）高頻和微波電路應(yīng)選擇介電常數(shù)適合(或按需要選擇)和低介質(zhì)損耗的基材。對特性阻抗要求嚴(yán)格的板，更應(yīng)注意材料的介質(zhì)損耗，并在頻率、溫度、濕度的環(huán)境變化時應(yīng)能保持穩(wěn)定。根據(jù)計算選擇相應(yīng)介電常數(shù)和低介質(zhì)損耗的材料。 3）根據(jù)預(yù)計的印制板結(jié)構(gòu)確定基材的覆銅箔面數(shù)（不同規(guī)格的單面、雙面覆銅箔板或多層板用薄板）； 4）根據(jù)印制板的尺寸、單位面積承載元器件重量，確定基材板的厚度。多層板應(yīng)根據(jù)導(dǎo)電層數(shù) 和層間絕緣層厚度要求確定薄型的覆銅板及粘接片的數(shù)量和總厚度。5）滿足電子產(chǎn)品有關(guān)環(huán)保規(guī)定（“廢舊家電及電子產(chǎn)品回

40、收處理體系”和“電子信息產(chǎn)品污染防治管理辦法”），選擇基材的要求還應(yīng)考慮：用PBB和 PBDE等含鹵素類化合物作為阻燃劑的板材就不能選用；應(yīng)選無鹵素類阻燃劑的板材（目前已有含磷含氮或含硼類化合物的阻燃劑但成本高）。據(jù)溴科學(xué)與環(huán)境論壇（BSEF）認(rèn)為目前FR-4板材中使用的四溴雙酚A阻燃劑不在禁令之內(nèi),不屬于PBB一類有害物質(zhì)。目前已有既不含鹵素也不含銻和磷的基材，如S1155/1165。6）滿足無鉛焊接和加工工藝要求無鉛焊料應(yīng)用的基材，因為無鉛焊料焊接溫度高，應(yīng)選用熱穩(wěn)定性好或耐熱性好的材料，具體體現(xiàn)在材料的如下幾項參數(shù)：Tg ：樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，應(yīng)當(dāng)150；CTE ：基材的熱膨脹系數(shù)相對

41、要小(XY、 Z向)；Td ：（de compocition）板材中樹脂材料的最高熱分解溫度應(yīng)當(dāng)高。在此溫度下材料的一些物理、化學(xué)性能降低，產(chǎn)生不可逆的變化，應(yīng)通過一些熱應(yīng)力試驗后的樹脂狀態(tài)變化和機電性能變化來反映。對于FR-4板材熱失重5時的熱分解溫度340。T288 ：熱分層時間, 表示基材的耐熱性能。IPC對無鉛焊用板材的方案中規(guī)定FR-4板材的T28830min。通常用在288下耐熱應(yīng)力試驗的時間來考核（在規(guī)定的時間10秒內(nèi)板材不起泡、不分層、銅箔的抗剝力符合規(guī)定的要求等）。含鉛焊料焊接時間大于60秒，用無鉛焊料應(yīng)大于5分鐘。但是過高的Tg不易機械加工。一般在特性阻抗確定的情況下，基材

42、的介電常數(shù)小，有利于減少各導(dǎo)電層間的介質(zhì)厚度，適合于制作層次較多的高速電路用的多層板。目前改進的FR4、FR5、PI和BT樹脂等基材，對采用無鉛焊接工藝基本上可以滿足要求，但還需要開發(fā)耐溫性更好的基材。不同類型材料的成本相差很大，不能越高越好。選用的基本原則是：滿足產(chǎn)品使用的電氣、機械和物理要求，切勿寧高勿低，或以低代高。（2）高速電路印制板采用的基材一般工作頻率在300MHz以下的印制板根據(jù)頻率的高低和介質(zhì)損耗要求，分別可以采用FR-4覆銅箔板(EP) 、BT樹脂覆銅箔板、聚酰亞胺覆銅箔板(PI)或氰酸酯覆銅板（CE）和聚苯醚（PPE）等。這些材料的介電特性排序為：PTFECEPPE BT

43、PI 改性EP EP微波是波長小于1m或頻率高于300MHz電磁波（IPC-316標(biāo)準(zhǔn)中將頻率在100MHz30GHz視為微波電路）微波電路板通常采用較低介電常數(shù)的聚四氟乙烯覆銅板（PTFE）。通過添加陶瓷粉等填料可以改變基材的介電常數(shù)，以適應(yīng)不同介電常數(shù)的基材需要。微波印制板用的材料與一般的高速電路印制板用的材料不同，材料的介電常數(shù)范圍更寬，從2.1510.0，種類繁多，大部分由歐美和日本的供應(yīng)商提供；我國泰州旺靈絕緣材料廠和生益西安絕緣材料研究所可以提供介電常數(shù)2.5以上的部分材料。聚四氟乙烯基材親水性差，鍍液不易潤濕難于制作金屬化孔，必須先對基材進行活化處理（用等離子或鈉萘處理），提高親

44、水性后再金屬化孔。所以用聚四氟乙烯基材的微波印制板多數(shù)是單、雙面板，隨著微波器件的發(fā)展和新型微波材料的開發(fā)，微波用多層印制板的應(yīng)用逐漸增多。微波用印制板是一種特殊的高速電路板從選材到制造工藝和驗收都有特殊的要求，不在本文討論的高速電路用印制板的范圍，不再詳細(xì)介紹。6.PCB的結(jié)構(gòu)和尺寸要素設(shè)計 PCB的設(shè)計結(jié)構(gòu)對高速電路有十分重要的影響,它會影響信號的完整性、可靠性、制造的難易程度和成本。6.1印制板的結(jié)構(gòu)根據(jù)布線密度要求，整機給予印制板的空間尺寸和機械、電氣性能要求決定。高速電路根據(jù)需要可以選擇雙面板、多層板或撓性板或剛撓性板。在雙面板布線密度很高的情況下，與其采用雙面板還不如采用布線密度較

45、低的多層板。因為低層次、低密度的多層板的可靠性和可制造性要優(yōu)于高密度的雙面板。雙面板和多層板，可以通過金屬化孔實現(xiàn)各導(dǎo)電層間的連接，能縮短信號傳輸?shù)穆窂剑岣邆鬏斔俣?，并且容易制作為微帶線和帶狀線的結(jié)構(gòu)，有利于保持信號的完整性。從電磁兼容考慮，當(dāng)時鐘電路的頻率超過5MHz時或者器件的上升時間小于5ns時，增加采用多層板的可能性。（即5/5規(guī)則）6.2外形： PCB的外形是由在整機中的安裝尺寸和布線密度要求決定的，原則上可以是任意的，但是考慮到美觀和加工的難易，在滿足整機空間布局要求的前提下，外形力求簡單，一般為尺寸不大、長寬比例不太懸殊的長方形。也允許有圓形和其他異形，但是長寬比例較大或面積較

46、大的印制板，容易產(chǎn)生翹曲變形，需要增加板的厚度或采取增加支撐點和邊框加固等措施,并且大尺寸板走線距離長，對高速電路容易引起信號完整性的問題。6.2.1外形尺寸公差： 因為印制板的基材是樹脂型，所以其機械加工的公差應(yīng)按塑料加工的公差，不能像金屬加工的公差那樣嚴(yán)格。 6.2.2 板厚度： PCB的厚度應(yīng)根據(jù)對板的機械強度要求和與之相匹配的連接器的規(guī)格尺寸，以及PCB上單位面積承受的元器件重量，從相關(guān)基材的厚度標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列中，選取合適厚度的基材。一般不要選非標(biāo)準(zhǔn)厚度的基材，這樣會增加成本；在能滿足安全使用的前提下，不要選擇過厚的基材，以減輕產(chǎn)品重量和降低成本。 一般不要選非標(biāo)準(zhǔn)厚度的基材，這樣會增加

47、成本；在能滿足安全使用的前提下，不要選擇過厚的基材，以減輕產(chǎn)品重量和降低成本。 6.2.3 印制板的總厚度： 應(yīng)根據(jù)使用時對板的機械強度要求及有邊緣連接器時與連接器匹配需要而定,對于多層板還應(yīng)考慮各層間絕緣層厚度匹配的需要。在滿足上述條件的前提下，盡量選擇較薄的厚度，使作為過孔的導(dǎo)通孔有較小的深度，即有利于制造有可以減少寄生電容，便于高速信號的傳輸。多層板中間層的絕緣材料厚度 應(yīng)根據(jù)其電氣性能要求（耐壓、絕緣電阻、特性阻抗的要求）來決定；在兩相鄰導(dǎo)電層之間，一般至少應(yīng)有0.09mm厚的絕緣層（HDI板層間厚度0.03mm），并且其粘結(jié)片不少于兩片，在所有的粘結(jié)層中最好使用同一種厚度的粘結(jié)片。對

48、微波電路用的多層板，其層間介質(zhì)層的厚度應(yīng)根據(jù)電路特性阻抗要求，需要嚴(yán)格計算而確定。 撓性板厚度：用其撓曲功能的板，應(yīng)選擇較薄的基材，有利于撓曲。當(dāng)使用附加鍍（涂）覆層、覆蓋層或膠粘劑時，板的總厚度會大于撓性覆銅箔基材的厚度(基材、覆蓋層厚度通常都為0.025mm)，所以對其尺寸公差應(yīng)盡可能寬松。 6.3坐標(biāo)網(wǎng)格與定位基準(zhǔn) 為了確定孔和導(dǎo)電圖形的位置，應(yīng)采用GB1360 （印制電路坐標(biāo)網(wǎng)格）規(guī)定的網(wǎng)格系統(tǒng)，基本格子為2.54mm，輔助格子為1.27mm 和0.635mm或者更小。（公制尺寸元器件用2.5mm格子，節(jié)距小于0.635mm用公制格子，即0.5、0.4等）。 為在制造和檢查導(dǎo)電圖形時定

49、位用，建議使用參考基準(zhǔn)。它是兩條正交的基準(zhǔn)直線，交點為坐標(biāo)原點，在同一塊板上有幾個圖形時，所有的圖形都應(yīng)使用相同的參考基準(zhǔn)。參考基準(zhǔn)設(shè)置在板內(nèi)或板外由設(shè)計者決定，并且標(biāo)出印制板的邊緣到基準(zhǔn)線的尺寸和公差。對于SMT用印制板，在具有自動光學(xué)定位系統(tǒng)的 高精度表面安裝設(shè)備上安裝時，應(yīng)在印制板元件面的兩角或三個角上各設(shè)置一個1.6mm的圓形或邊長為2.0mm 的方形光學(xué)定位標(biāo)志作為基準(zhǔn)，在大尺寸或細(xì)節(jié)距的IC 焊盤圖形的對角線或中心位置上各設(shè)置一個基準(zhǔn)標(biāo)志，標(biāo)志上面不允許有阻焊膜覆蓋,以作為安裝器件時定位。對器件節(jié)距更小的印制板，可以用網(wǎng)印器件外形并作引腳的位號標(biāo)志。(見下圖) 6.4 印制導(dǎo)線寬度

50、 和間距6.4.1導(dǎo)線寬度 印制導(dǎo)線的寬度由導(dǎo)線的負(fù)載電流、允許的溫升和銅箔的附著力及特性阻抗匹配決定。導(dǎo)線寬度與載流能力見圖61 ，從可制造性和可靠性考慮一般印制板的導(dǎo)線最寬度不小于0.10mm（3級板0.13mm）可以承載0.5A的電流。 SMT 印制板的導(dǎo)線寬度根據(jù)布線密度需要可小于0.2mm，高密度板（HDI）的導(dǎo)線寬度可小于0.1mm，導(dǎo)線越細(xì)其加工難度越大，所以在布線空間允許的條件下，應(yīng)適當(dāng)選擇寬一些的導(dǎo)線。 導(dǎo)線的尺寸精度取決于導(dǎo)電圖形的設(shè)計精度、生產(chǎn)底版的精度、制造工藝（成像、鍍覆、蝕刻的方法和質(zhì)量）及導(dǎo)體厚度的均勻性等因素，所以只規(guī)定最小導(dǎo)線寬度。對于高速電路導(dǎo)線寬度1020

51、30(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 10535701825導(dǎo)線寬度、橫截面積與允許電流的關(guān)系 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導(dǎo)

52、線截面積（6.45104 mm2）W公差通常為線寬的2015；微波電路的導(dǎo)線寬度及公差應(yīng)有嚴(yán)格要求一般取0.030.08、0.05mm 的公差或線寬的10。6.4.2 印制導(dǎo)線間距 印制導(dǎo)線的間距，由導(dǎo)線之間的絕緣電阻、耐電壓要求、電磁兼容考慮、基材的特性和加工的極限決定。 1）導(dǎo)線之間的絕緣電阻 印制板表層導(dǎo)線間的絕緣電阻是由導(dǎo)線間距、相鄰導(dǎo)線平行段的長度、絕緣介質(zhì)（包括基材和空氣）印制板的加工工藝質(zhì)量、溫度、濕度和表面的污染等因素所決定。一般絕緣電阻和耐電壓要求越高，其導(dǎo)線間距就應(yīng)適當(dāng)加寬。小于0.15mm的導(dǎo)線間距也難以加工，所以設(shè)計時在布線空間允許的條件下，應(yīng)適當(dāng)加大導(dǎo)線間距。兩相鄰導(dǎo)

53、線間的絕緣電阻要求嚴(yán)格時，可采用下列 公式來估算： Ris160RmatW/L 式中： W導(dǎo)線間距，mm ； Ris導(dǎo)線之間預(yù)計的最小絕緣電阻M； Rmat規(guī)定溫度下基材的最小絕緣電阻，M； L導(dǎo)線平行段長度，mm 。實際上導(dǎo)線的間距設(shè)計可能是不均勻的，此時W/L的平均值按下式計算：式中：W1 ， W2,W n各平行段導(dǎo)線的標(biāo)稱間距； L1， L2Ln各平行段導(dǎo)線的長度。 內(nèi)層絕緣電阻也可以用以上公式估算；層間絕緣電阻是絕緣層的體積電阻，它受外界條件影響小，主要受材料絕緣電阻和介質(zhì)層厚度影響。對環(huán)氧玻璃布層壓板基材，其表面絕緣電阻1010。 2) 導(dǎo)線間耐電壓印制導(dǎo)線之間的耐電壓值，與板基材的

54、絕緣介質(zhì)種類、導(dǎo)線間距、導(dǎo)線邊緣的齊整性、表面污染程度、表面涂覆層、布線情況和周圍環(huán)境條件等因素有關(guān)。印制導(dǎo)線之間的局部放電電壓很高，對以環(huán)氧玻璃布為基材的印制板，導(dǎo)線間的耐電壓值： 在正常大氣條件下，大于1200V/mm， 在低氣壓條件下（0.1332.66KPa），其耐電壓值要下降2/3左右。 在設(shè)計低氣壓條件下工作的印制板時，應(yīng)注意這一特性。為了安全起見，在設(shè)計導(dǎo)線的間距時，一般取最大耐電壓值（局部放電電壓）的940作為允許工作電壓。 設(shè)計時考慮導(dǎo)線的間距，使用電壓必須大于最小電氣間距，尤其是設(shè)計表面導(dǎo)線的間距，盡量保持較大的間距。線間耐電壓與大氣壓有關(guān)，在海拔03050m高度最小導(dǎo)線電

55、氣間距見下表： 最小導(dǎo)線電氣間距 單位： mm導(dǎo)線間電壓DC/AC峰值（V） 內(nèi)層導(dǎo)線外層線、 無涂覆層外層導(dǎo)線、 無 涂覆層海拔3050外層導(dǎo)線、有永久性聚合物涂層0300.050.100.100.0531500.100.60.60.13511000.10.61.50.131011500.20.63.20.41511700.21.253.20.41712500.21.256.40.4較大的導(dǎo)線間距有利于降低信號串?dāng)_（相鄰導(dǎo)線間距大于線寬的2倍即2W原則，信號串?dāng)_會明顯降低）。最小導(dǎo)線電氣間距應(yīng)滿足耐電壓要求。差分信號傳輸線（ 有兩個輸入端信號分別在兩相鄰傳輸線上傳輸?shù)淖呔€，抑制共模能力強）信

56、號線應(yīng)相互靠近平行，間距盡可能最小（等于線寬或不小于工藝極限）；兩差分線的走線間距不應(yīng)變化，長度相等或近似相等；當(dāng)計算阻抗時，通過改變導(dǎo)線寬度優(yōu)化阻抗；兩相鄰的差分線對之間間距，仍按2W原則。2WWswS工藝極限；當(dāng)S=3h時反射阻抗最小6.5 印制導(dǎo)線的走線長度走線長度影響布線的密度、平行導(dǎo)線間的絕緣電阻、信號的傳輸延時和電磁兼容等問題，在低頻、低速電路走線長度主要考慮布線密度和平行線間的絕緣電阻，布線雖然也是希望走短線但并不嚴(yán)格。高速、高頻電路中必須考慮電長走線（從時域上考慮最長走線不會引起信號的傳輸效應(yīng)而產(chǎn)生信號的不完整），當(dāng)傳輸信號的雙程傳輸時延（源負(fù)載源）等于信號的上升時間時，可以用

57、下式計算： Lmaxtr / 2 tpd 式中： Lmax 最大布線長度(cm) tr 器件的邊沿速率，（ns） tpd 信號傳輸?shù)臅r延，（ns）為了計算方便，對于在FR-4基材（ r 為4.6）上特定的布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上式可以簡化為： 微帶式布線結(jié)構(gòu)： Lmax 9 tr (cm) 帶狀線布線結(jié)構(gòu)：Lmax 7 tr (cm)如果走線長度或間隔大于Lmax ，那么應(yīng)該使用終端（如靠近源端串聯(lián)電阻），不然，在較長的電長走線上可能出現(xiàn)信號反射。所以一定要盡量使電長走線小于Lmax的值。即使有再好的終端，走線中仍會存在少量的射頻電流（RF），對于較高頻率的走線，導(dǎo)線呈現(xiàn)電感特性，可能會成為一個輻射RF

58、能量的有效天線。所以，從電磁兼容角度，還要在頻域范圍考慮走線長度。因為大部分天線都設(shè)計在特定的工作頻率，它所對應(yīng)的波長（）的1/2或1/4長度時的導(dǎo)線或印制線，就是一個有效的輻射器。因此，在EMC領(lǐng)域設(shè)計電長走線應(yīng)遠(yuǎn)離該頻率對應(yīng)波長的1/4 的長度。通常要求印制導(dǎo)線的最長走線小于該線信號頻率對應(yīng)波長的1/20 ,這樣可以避免高頻信號線成為無意形成的輻射源，以提高電磁兼容性。譬如，同是一條10cm的走線具有R=57m,電感率8nH/cm。在信號頻率為100KHz,會有5 m的感抗；當(dāng)頻率在100KHz 以上逐漸感抗增加，電阻在阻抗中越來越小，走線就會變成電感產(chǎn)生RF輻射。當(dāng)頻率為150MHz時，

59、該100mm的走線就可以作為一個有效的輻射體。6.6 孔與連接盤6.6.1 孔： 印制板上的孔，基本上可歸為四類：機械安裝孔、元件孔、隔離孔和導(dǎo)通孔。各類孔的設(shè)計要求不同,尤其是高速電路印制板上的過孔，對電路特性有明顯的影響。1）機械安裝孔：應(yīng)與機械安裝件的位置尺寸、安裝尺寸及位置公差相匹配?？着c孔的邊緣及孔邊緣到板邊緣的距離應(yīng)大于板的厚度，以保證孔壁的機械強度。2）元件孔 ：孔徑應(yīng)大于所安裝的元器件引線（或插針）直徑0.20.3mm，孔中心的位置應(yīng)在坐標(biāo)網(wǎng)格（或輔助格）的交點上，并且與元器件引線（引腳）的位置相匹配（不允許一孔安裝兩根引線），如果元器件的引線為非直線排列，則至少有一個點的孔中

60、心位于網(wǎng)格的交點上。此類孔的孔直徑一般是指金屬化后的鍍覆孔的直徑。3)隔離孔：在多層板中將某層導(dǎo)電圖形與通過該層的鍍覆孔（金屬化孔）進行絕緣隔離，孔徑應(yīng)大于同軸的金屬化孔壁外徑0.20.3mm，在布線空間允許時應(yīng)適當(dāng)加大絕緣間隙。隔離孔之間應(yīng)保持一定距離不能使相鄰的隔離環(huán)相切，以免上層傳輸線通過兩金屬化孔之間時造成阻抗的不連續(xù)，引起信號失真。0.1mm隔離環(huán)金屬化孔電、地面圖64隔離環(huán)相切圖63隔離環(huán)有距離4)導(dǎo)通孔：又稱為過孔，分為通孔、盲孔和埋孔三種形式。其孔徑的大小和孔位由布線空間大小酌情調(diào)整，不作嚴(yán)格規(guī)定，為了提高布線密度一般其孔徑設(shè)計得比元件孔小，但是最小板厚度與孔徑的比一般不大于5