PCB的基礎(chǔ)知識(shí)講解

2021-07-31 09:05:49

次

一、PCB概念

PCB（PrintedCircuitBoard），中文名稱為印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的提供者。由于它是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱為“印刷”電路板。

二、PCB在各種電子設(shè)備中作用和功能

1.焊盤：提供集成電路等各種電子元器件固定、裝配的機(jī)械支撐。

2.走線：實(shí)現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線和電氣連接（信號(hào)傳輸）或電絕緣。提供所要求的電氣特性，如特性阻抗等。

3.綠油和絲印：為自動(dòng)裝配提供阻焊圖形，為元器件插裝、檢查、維修提供識(shí)別字符和圖形。

三、PCB技術(shù)發(fā)展概要

從1903年至今，若以PCB組裝技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展角度來看，可分為三個(gè)階段

1、通孔插裝技術(shù)（THT）階段PCB

1.金屬化孔的作用：

（1）。電氣互連---信號(hào)傳輸

（2）。支撐元器件---引腳尺寸限制通孔尺寸的縮小

a.引腳的剛性

b.自動(dòng)化插裝的要求

2.提高密度的途徑

（1）減小器件孔的尺寸，但受到元件引腳的剛性及插裝精度的限制，孔徑≥0.8mm

（2）縮小線寬/間距：0.3mm—0.2mm—0.15mm—0.1mm

（3）增加層數(shù)：?jiǎn)蚊妗p面—4層—6層—8層—10層—12層—64層

2、表面安裝技術(shù)（SMT）階段PCB

1.導(dǎo)通孔的作用：僅起到電氣互連的作用，孔徑可以盡可能的小，堵上孔也可以。

2.提高密度的主要途徑

（1）。過孔尺寸急劇減小：0.8mm—0.5mm—0.4mm—0.3mm—0.25mm

（2）。過孔的結(jié)構(gòu)發(fā)生本質(zhì)變化：

a.埋盲孔結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：提高布線密度1/3以上、減小PCB尺寸或減少層數(shù)、提高可靠性、改善了特性阻抗控制，減小了串?dāng)_、噪聲或失真（因線短，孔?。?/p>

b.盤內(nèi)孔（hole in pad）消除了中繼孔及連線

（3）薄型化：雙面板：1.6mm—1.0mm—0.8mm—0.5mm

（4）PCB平整度：

a.概念：PCB板基板翹曲度和PCB板面上連接盤表面的共面性。

b.PCB翹曲度是由于熱、機(jī)械引起殘留應(yīng)力的綜合結(jié)果

c.連接盤的表面涂層：HASL、化學(xué)鍍NI/AU、電鍍NI/AU…

3 芯片級(jí)封裝（CSP）階段PCB

CSP開始進(jìn)入急劇的變革于發(fā)展之中，推動(dòng)PCB技術(shù)不斷向前發(fā)展，PCB工業(yè)將走向激光時(shí)代和納米時(shí)代。

四、PCB表面涂覆技術(shù)

PCB表面涂覆技術(shù)是指阻焊涂覆（兼保護(hù)）層以外的可供電氣連接用的可焊性涂（鍍）覆層和保護(hù)層。

按用途分類：

1.焊接用：因銅的表面必須有涂覆層保護(hù)，不然在空氣中很容易氧化。

2.接插件用：電鍍Ni/Au或化學(xué)鍍Ni/Au（硬金，含P及Co）

3.線焊用：wire bonding 工藝

熱風(fēng)整平（HASL或HAL）

從熔融Sn/Pb焊料中出來的PCB經(jīng)熱風(fēng)（230℃）吹平的方法。

1.基本要求：

（1）。 Sn/Pb=63/37（重量比）

（2）。涂覆厚度至少》3um

（3）避免形成非可焊性的Cu3Sn的出現(xiàn)， Cu3Sn出現(xiàn)的原因是錫量不足，如Sn/Pb合金涂覆層太薄，焊點(diǎn)組成由可焊的Cu6Sn5– Cu4Sn3-- Cu3Sn2—不可焊的Cu3Sn

2.工藝流程

去除抗蝕劑—板面清潔處理—印阻焊及字符—清潔處理—涂助焊劑— 熱風(fēng)整平—清潔處理

3.缺點(diǎn)：

a.鉛錫表面張力太大，容易形成龜背現(xiàn)象。

b.焊盤表面不平整，不利于SMT焊接。

化學(xué)鍍Ni/Au是指PCB連接盤上化學(xué)鍍Ni（厚度≥3um）后再鍍上一層0.05-0.15um薄金，或鍍上一層厚金（0.3-0.5um）。由于化學(xué)鍍層均勻，共面性好，并可提供多次焊接性能，因此具有推廣應(yīng)用的趨勢(shì)。其中鍍薄金（0.05-0.1um）是為了保護(hù)Ni的可焊性，而鍍厚金（0.3-0.5um）是為了線焊（wire bonding）工藝需要。

1.Ni層的作用：

a.作為Au、Cu之間的隔離層，防止它們之間相互擴(kuò)散，造成其擴(kuò)散部位呈疏松狀態(tài)。

b.作為可焊的鍍層，厚度至少》3um

2.Au的作用：

Au是Ni的保護(hù)層，厚度0.05-0.15之間，不能太薄，因金的氣孔性較大如果太薄不能很好的保護(hù)Ni，造成Ni氧化。其厚度也不能》0.15um，因焊點(diǎn)中會(huì)形成金銅合金Au3Au2（脆），當(dāng)焊點(diǎn)中Au超過3%時(shí)，可焊性變差。

電鍍Ni/Au

鍍層結(jié)構(gòu)基本同化學(xué)Ni/Au，因采用電鍍的方式，鍍層的均勻性要差一些。

五、PCB設(shè)計(jì)輸出生產(chǎn)文件注意事項(xiàng)

1.需要輸出的層有：

（1）。布線層包括頂層/底層/中間布線層；

（2）。絲印層包括頂層絲印/底層絲印；

（3）。阻焊層包括頂層阻焊和底層阻焊；

（4）。電源層包括VCC 層和GND 層；

（5）。另外還要生成鉆孔文件NCDrill。

2. 如果電源層設(shè)置為Split/Mixed ，那么在AddDocument 窗口的Document 項(xiàng)選擇Routing 并且每次輸出光繪文件之前都要對(duì)PCB圖使用PourManager 的Plane Connect 進(jìn)行覆銅；如果設(shè)置為CAMPlane 則選擇Plane 在設(shè)置Layer 項(xiàng)的時(shí)候要把Layer25 加上在Layer25 層中選擇Pads 和Vias。

3. 在設(shè)備設(shè)置窗口按Device Setup 將Aperture 的值改為199。

4. 在設(shè)置每層的Layer 時(shí)將BoardOutline 選上。

5. 設(shè)置絲印層的Layer 時(shí)不要選擇PartType 選擇頂層底層和絲印層的Outline Text Line。

6. 設(shè)置阻焊層的Layer 時(shí)選擇過孔表示過孔上不加阻焊。一般過孔都會(huì)組焊層覆蓋。

六、安規(guī)標(biāo)識(shí)要求

1. 保險(xiǎn)管的安規(guī)標(biāo)識(shí)齊全保險(xiǎn)絲附近是否有6 項(xiàng)完整的標(biāo)識(shí)，包括保險(xiǎn)絲序號(hào)、熔斷特性、額定電流值、防爆特性、額定電壓值、英文警告標(biāo)識(shí)。如F101 F3.15AH，250Vac， “CAUTION：For ContinuedProtection Against Risk of Fire，Replace Only With SameType Rating of Fuse” 。若PCB上沒有空間排布英文警告標(biāo)識(shí)，可將工，英文警告標(biāo)識(shí)放到產(chǎn)品的使用說明書中說明。

2. PCB上危險(xiǎn)電壓區(qū)域標(biāo)注高壓警示符PCB的危險(xiǎn)電壓區(qū)域部分應(yīng)用40mil 寬的虛線與安全電壓區(qū)域隔離，并印上高壓危險(xiǎn)標(biāo)識(shí)和“ DANGER！HIGHVOTAGE ” 。

3. 原、付邊隔離帶標(biāo)識(shí)清楚PCB的原、付邊隔離帶清晰，中間有虛線標(biāo)識(shí)。

4. PCB板安規(guī)標(biāo)識(shí)應(yīng)明確齊全。

七、PCB EMI設(shè)計(jì)

在PCB設(shè)計(jì)中最常見的問題就是信號(hào)線跨越分割地或電源而產(chǎn)生EMI問題。為規(guī)避這種EMI問題下面就為大家介紹一下PCB設(shè)計(jì)中EMI設(shè)計(jì)的規(guī)范步驟。

1、IC的電源處理

保證每個(gè)IC的電源PIN都有一個(gè)0.1μF的去耦電容，對(duì)于BGA CHIP，要求在BGA的四角分別有0.1μF、0.01μF的電容共8個(gè)。對(duì)走線的電源尤其要注意加濾波電容，如VTT等。這不僅對(duì)穩(wěn)定性有影響，對(duì)EMI也有很大的影響。一般去耦電容還是需要遵循芯片廠家要求。

2、時(shí)鐘線的處理

1.建議先走時(shí)鐘線。

2.頻率大于等于66M的時(shí)鐘線，每條過孔數(shù)不要超過2個(gè)，平均不得超過1.5個(gè)。

3.頻率小于66M的時(shí)鐘線，每條過孔數(shù)不要超過3個(gè)，平均不得超過2.5個(gè)

4.長(zhǎng)度超過12inch的時(shí)鐘線，如果頻率大于20M，過孔數(shù)不得超過2個(gè)。

5.如果時(shí)鐘線有過孔，在過孔的相鄰位置，在第二層（地層）和第三層（電源層）之間加一個(gè)旁路電容、如圖2.5-1所示，以確保時(shí)鐘線換層后，參考層（相鄰層）的高頻電流的回路連續(xù)。旁路電容所在的電源層必須是過孔穿過的電源層，并盡可能地靠近過孔，旁路電容與過孔的間距不超過300MIL。

6.所有時(shí)鐘線原則上不可以穿島（跨越分割）。下面列舉了穿島的四種情形。

時(shí)鐘、復(fù)位、100M以上信號(hào)以及一些關(guān)鍵的總線信號(hào)不能跨分割，至少有一個(gè)完整平面，優(yōu)選GND平面。

時(shí)鐘信號(hào)、高速信號(hào)和敏感信號(hào)禁止跨分割；

差分信號(hào)必須對(duì)地平衡，避免單線跨分割。（盡量垂直跨分割）

所有信號(hào)的高頻返回途徑都直接位于相鄰層信號(hào)線的正下方。在信號(hào)下面設(shè)置一個(gè)實(shí)體層可以顯著減少信號(hào)完整性和時(shí)序問題，這個(gè)實(shí)體層可以為該信號(hào)提供直接回路。當(dāng)走線與層分割交叉不可避免時(shí)，應(yīng)使用一個(gè) 0.01 uF 回路電容。如圖所示，當(dāng)使用回路電容時(shí)，應(yīng)盡可能靠近信號(hào)線與層分割的交叉點(diǎn)布置回路電容。

6.1 跨島出現(xiàn)在電源島與電源島之間。此時(shí)時(shí)鐘線在第四層的背面走線，第三層(電源層)有兩個(gè)電源島，且第四層的走線必須跨過這兩個(gè)島.

6.2 跨島出現(xiàn)在電源島與地島之間。此時(shí)時(shí)鐘線在第四層的背面走線，第三層(電源層)的一個(gè)電源島中間有一塊地島，且第四層的走線必須跨過這兩個(gè)島。

6.3 跨島出現(xiàn)在地島與地層之間。此時(shí)時(shí)鐘線在第一層走線，第二層(地層)的中間有一塊地島，且第一層的走線必須跨過地島，相當(dāng)于地線被中斷。

6.4 時(shí)鐘線下面沒有鋪銅。若條件限制實(shí)在做不到不穿島，保證頻率大于等于66M的時(shí)鐘線不穿島，頻率小于66M的時(shí)鐘線若穿島，必須加一個(gè)去耦電容形成鏡像通路。以圖6.1為例，在兩個(gè)電源島之間并靠近跨島的時(shí)鐘線，放置一個(gè)0.1UF的電容。

7.當(dāng)面臨兩個(gè)過孔和一次穿島的取舍時(shí)，選一次穿島。

9.時(shí)鐘線走在第四層時(shí)，時(shí)鐘線的參考層（電源平面）應(yīng)盡量為時(shí)鐘供電的那個(gè)電源面上，以其他電源面為參考的時(shí)鐘越少越好，另外，頻率大于等于66M的時(shí)鐘線參考電源面必須為3.3V電源平面。

10.時(shí)鐘線打線時(shí)線間距要大于25MIL。

11.時(shí)鐘線打線時(shí)進(jìn)去的線和出去的線應(yīng)該盡量遠(yuǎn)。盡量避免類似圖A和圖C所示的打線方式，若時(shí)鐘線需換層，避免采用圖E的打線方式，采用圖F的打線方式。

12.時(shí)鐘線連接BGA等器件時(shí)，若時(shí)鐘線換層，盡量避免采用圖G的走線形式,過孔不要在BGA下面走,采用圖H的走線形式。

13.注意各個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，不要忽略任何一個(gè)時(shí)鐘，包括AUDIO CODEC的AC_BITCLK，尤其注意的是FS3-FS0,雖然說從名稱上看不是時(shí)鐘，但實(shí)際上跑的是時(shí)鐘，要加以注意。

14.Clock Chip上拉下拉電阻盡量靠近Clock Chip。

3、I/O口的處理

1.各I/O口包括PS/2、USB、LPT、COM、SPEAK OUT、 GAME分成一塊地，最左與最右與數(shù)字地相連，寬度不小于200MIL或三個(gè)過孔，其他地方不要與數(shù)字地相連。

2.若COM2口是插針式的，盡可能靠近I/O地。

3.I/O電路EMI器件盡量靠近I/O SHIELD。

4.I/O口處電源層與地層單獨(dú)劃島，且Bottom和TOP層都要鋪地，不許信號(hào)穿島（信號(hào)線直接拉出PORT，不在I/O PORT中長(zhǎng)距離走線）。

4、幾點(diǎn)說明

1.對(duì)EMI設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)工程師要嚴(yán)格遵守，EMI工程師有檢查的權(quán)力，違背EMI設(shè)計(jì)規(guī)范而導(dǎo)至EMI測(cè)試FAIL，責(zé)任由設(shè)計(jì)工程師承擔(dān)。

2.EMI工程師對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)范負(fù)責(zé)，對(duì)嚴(yán)格遵守EMI設(shè)計(jì)規(guī)范，但仍然EMI測(cè)試FAIL，EMI工程師有責(zé)任給出解決方案，并總結(jié)到EMI設(shè)計(jì)規(guī)范中來。

3.EMI工程師對(duì)每一個(gè)外設(shè)口的EMI測(cè)試負(fù)有責(zé)任，不可漏測(cè)。

4.每個(gè)PCB設(shè)計(jì)工程師有對(duì)該設(shè)計(jì)規(guī)范作修改的建議權(quán)和質(zhì)疑的權(quán)力。EMI工程師有責(zé)任回答質(zhì)疑，對(duì)工程師的建議通過實(shí)驗(yàn)后證實(shí)后加入設(shè)計(jì)規(guī)范。

5.EMI工程師有責(zé)任降低EMI設(shè)計(jì)的成本，減少磁珠的使用個(gè)數(shù)。

八、PCB設(shè)計(jì)的ESD抑止

PCB布線是ESD防護(hù)的一個(gè)關(guān)鍵要素，合理的PCB設(shè)計(jì)可以減少故障檢查及返工所帶來的不必要成本。在PCB設(shè)計(jì)中，由于采用了瞬態(tài)電壓抑止器(TVS)二極管來抑止因ESD放電產(chǎn)生的直接電荷注入，因此PCB設(shè)計(jì)中更重要的是克服放電電流產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)電磁場(chǎng)效應(yīng)。本文將提供可以優(yōu)化ESD防護(hù)的PCB設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

1、電路環(huán)路

電流通過感應(yīng)進(jìn)入到電路環(huán)路，這些環(huán)路是封閉的，并具有變化的磁通量。電流的幅度與環(huán)的面積成正比。較大的環(huán)路包含有較多的磁通量，因而在電路中感應(yīng)出較強(qiáng)的電流。因此，必須減少環(huán)路面積。

最常見的環(huán)路由電源和地線所形成。在可能的條件下，可以采用具有電源及接地層的多層PCB設(shè)計(jì)。多層電路板不僅將電源和接地間的回路面積減到最小，而且也減小了ESD脈沖產(chǎn)生的高頻EMI電磁場(chǎng)。

如果不能采用多層電路板，那么用于電源線和接地的線必須連接成網(wǎng)格狀。網(wǎng)格連接可以起到電源和接地層的作用，用過孔連接各層的印制線，在每個(gè)方向上過孔連接間隔應(yīng)該在6厘米內(nèi)。另外，在布線時(shí)，將電源和接地印制線盡可能靠近也可以降低環(huán)路面積。

減少環(huán)路面積及感應(yīng)電流的另一個(gè)方法是減小互連器件間的平行通路。

當(dāng)必須采用長(zhǎng)于30厘米的信號(hào)連接線時(shí)，可以采用保護(hù)線。一個(gè)更好的辦法是在信號(hào)線附近放置地層。信號(hào)線應(yīng)該距保護(hù)線或接地線層13毫米以內(nèi)。

將每個(gè)敏感元件的長(zhǎng)信號(hào)線(>30厘米)或電源線與其接地線進(jìn)行交叉布置。交叉的連線必須從上到下或從左到右的規(guī)則間隔布置。

2、電路連線長(zhǎng)度

長(zhǎng)的信號(hào)線也可成為接收ESD脈沖能量的天線，盡量使用較短信號(hào)線可以降低信號(hào)線作為接收ESD電磁場(chǎng)天線的效率。

盡量將互連的器件放在相鄰位置，以減少互連的印制線長(zhǎng)度。

3、地電荷注入

ESD對(duì)地線層的直接放電可能損壞敏感電路。在使用TVS二極管的同時(shí)還要使用一個(gè)或多個(gè)高頻旁路電容器，這些電容器放置在易損元件的電源和地之間。旁路電容減少了電荷注入，保持了電源與接地端口的電壓差。

TVS使感應(yīng)電流分流，保持TVS鉗位電壓的電位差。TVS及電容器應(yīng)放在距被保護(hù)的IC盡可能近的位置，要確保TVS到地通路以及電容器管腳長(zhǎng)度為最短，以減少寄生電感效應(yīng)。

九、PCB生產(chǎn)中Mark點(diǎn)設(shè)計(jì)

1.pcb必須在板長(zhǎng)邊對(duì)角線上有一對(duì)應(yīng)整板定位的Mark點(diǎn)，板上集成電路引腳中心距小于0.65mm的芯片需在集成電路長(zhǎng)邊對(duì)角線上有一對(duì)對(duì)應(yīng)芯片定位的Mark點(diǎn)；pcb雙面都有貼片件時(shí)，則pcb的兩面都按此條加Mark點(diǎn)。

2.pcb邊需留5mm工藝邊（機(jī)器夾持PCB最小間距要求），同時(shí)應(yīng)保證集成電路引腳中心距小于0.65mm的芯片要距離板邊大于13mm(含工藝邊)；板四角用Ф5圓弧倒角。pcb應(yīng)采用拼板方式，從目前pcb翅曲程度考慮，最佳拼接長(zhǎng)度約為200mm，（設(shè)備加工尺寸：長(zhǎng)度為330mm；寬度為250mm），在寬度方向盡量不拼以防止在生產(chǎn)過程中彎曲。如下圖：

3.MARK點(diǎn)作用及類別

Mark點(diǎn)也叫基準(zhǔn)點(diǎn)，為裝配工藝中的所有步驟提供共同的可測(cè)量點(diǎn)，保證了裝配使用的每個(gè)設(shè)備能精準(zhǔn)地定位電路圖案。因此，Mark點(diǎn)對(duì)SMT生產(chǎn)至關(guān)重要

4.我部推薦的MARK點(diǎn)設(shè)計(jì)規(guī)范

1）形狀：建議Mark點(diǎn)標(biāo)記為直徑：R=1.0mm實(shí)心圓；

2）組成一個(gè)完整的MARK點(diǎn)包括：標(biāo)記點(diǎn)（或特征點(diǎn)）和空曠區(qū)域。

3）位置：Mark點(diǎn)位于單板或拼板上的對(duì)角線相對(duì)位置且盡可能地距離分開;分布在最長(zhǎng)對(duì)角線位置（如MARK點(diǎn)位置圖）。

4）為保證貼裝精度的要求，SMT要求：每塊PCB內(nèi)必須至少有一對(duì)符合設(shè)計(jì)要求的可供SMT機(jī)器識(shí)別的MARK點(diǎn)，同時(shí)必須有單板MARK(拼板時(shí))，拼板MARK或組合MARK只起輔助定位的作用。

5）拼板時(shí)，每一單板的MARK點(diǎn)相對(duì)位置必須一樣。不能因?yàn)槿魏卧蚨矂?dòng)拼板中任一單板上MARK點(diǎn)的位置，而導(dǎo)致各單板MARK點(diǎn)位置不對(duì)稱；

6）PCB上所有MARK點(diǎn)只有滿足：在同一對(duì)角線上且成對(duì)出現(xiàn)的兩個(gè)MARK，方才有效。因此MARK點(diǎn)都必須成對(duì)出現(xiàn)，才能使用（MARK點(diǎn)位置圖）。

7）MARK點(diǎn)（空曠區(qū)邊緣）距離PCB邊緣必須≥5.0mm（機(jī)器夾持PCB最小間距要求）（如MARK點(diǎn)位置圖）。

（MARK點(diǎn)位置圖）

8）尺寸

A.Mark點(diǎn)標(biāo)記最小的直徑為1.0mm，直徑是3.0mm,Mark點(diǎn)標(biāo)記在同一塊印制板上尺寸變化不能超過25 微米；

B.特別強(qiáng)調(diào)：同一板號(hào)PCB上所有Mark點(diǎn)的大小必須一致（包括不同廠家生產(chǎn)的同一板號(hào)的PCB）；

C.建議將所有的Mark點(diǎn)標(biāo)記直徑統(tǒng)一設(shè)為1.0mm。

9）空曠區(qū)要求

在Mark點(diǎn)標(biāo)記周圍，必須有一塊沒有其它電路特征或標(biāo)記的空曠面積?？諘鐓^(qū)圓半徑 r≥2R , R為MARK點(diǎn)半徑,r達(dá)到3R時(shí)，機(jī)器識(shí)別效果更好。

10）材料

Mark點(diǎn)標(biāo)記可以是裸銅、清澈的防氧化涂層保護(hù)的裸銅。如果使用阻焊(soldermask)，不應(yīng)該覆蓋Mark點(diǎn)或其空曠區(qū)域

11）MARK點(diǎn)的光亮度應(yīng)保持一致。

12）平整度：Mark點(diǎn)標(biāo)記的表面平整度應(yīng)該在15 微米之內(nèi)。

13）對(duì)比度

A.當(dāng)Mark點(diǎn)標(biāo)記與印制板的基質(zhì)材料之間有高對(duì)比度時(shí)可達(dá)到最佳的識(shí)別性能

B.對(duì)于所有Mark點(diǎn)的內(nèi)層背景必須相同

以下在補(bǔ)點(diǎn)他人這方面的經(jīng)驗(yàn)，作為參考

MARK點(diǎn)分類：

1)Mark點(diǎn)用于錫膏印刷和元件貼片時(shí)的光學(xué)定位。根據(jù)Mark點(diǎn)在PCB上的作用，可分為拼板Mark點(diǎn)、單板Mark點(diǎn)、局部Mark點(diǎn)(也稱器件級(jí)MARK點(diǎn))，

2)拼板的工藝邊上和不需拼板的單板上應(yīng)至少有三個(gè)Mark點(diǎn)，呈L形分布，且對(duì)角Mark點(diǎn)關(guān)于中心不對(duì)稱。

3）如果雙面都有貼裝元器件，則每一面都應(yīng)該有Mark點(diǎn)。

4)需要拼板的單板上盡量有Mark點(diǎn)，如果沒有放置Mark點(diǎn)的位置，在單板上可不放置Mark點(diǎn)。

5)引線中心距≤0.5 mm的QFP以及中心距≤0.8 mm的BGA等器件，應(yīng)在通過該元件中心點(diǎn)對(duì)角線附近的對(duì)角設(shè)置局部Mark點(diǎn)，以便對(duì)其精準(zhǔn)定位。

6)如果幾個(gè)SOP器件比較靠近(≤100mm)形成陣列，可以把它們看作一個(gè)整體，在其對(duì)角位置設(shè)計(jì)兩個(gè)局部Mark點(diǎn)。

設(shè)計(jì)說明和尺寸要求：

1)Mark點(diǎn)的形狀是直徑為1mm的實(shí)心圓，材料為銅，表面噴錫，需注意平整度，邊緣光滑、齊整，顏色與周圍的背景色有明顯區(qū)別；阻焊開窗與Mark點(diǎn)同心，對(duì)于拼板和單板直徑為3mm，對(duì)于局部的Mark點(diǎn)直徑為1mm,

2)單板上的Mark點(diǎn)，中心距板邊不小于5mm；工藝邊上的Mark點(diǎn)，中心距板邊不小于3mm。

3)為了保證印刷和貼片的識(shí)別效果，Mark點(diǎn)范圍內(nèi)應(yīng)無焊盤、過孔、測(cè)試點(diǎn)、走線及絲印標(biāo)識(shí)等，不能被V-CUT槽所切造成機(jī)器無法辨識(shí)。

4)為了增加Mark點(diǎn)和基板之間的對(duì)比度，可以在Mark點(diǎn)下面敷設(shè)銅箔。同一板上的Mark點(diǎn)其內(nèi)層背景要相同，即Mark點(diǎn)下有無銅箔應(yīng)一致。

5)對(duì)于單板和拼板的Mark點(diǎn)應(yīng)當(dāng)作元件來設(shè)計(jì)，對(duì)于局部的Mark點(diǎn)應(yīng)作為元件封裝的一部分設(shè)計(jì)。便于賦予準(zhǔn)確的坐標(biāo)值進(jìn)行定位。

PCB設(shè)計(jì)之光學(xué)基準(zhǔn)點(diǎn)！

在有貼片元件的PCB板上，為了對(duì)PCB整板進(jìn)行定位，通常需要在PCB板的四個(gè)角放置光學(xué)定位點(diǎn),一般放三個(gè)即可。常見的基準(zhǔn)點(diǎn)主要有三種：拼板基準(zhǔn)點(diǎn)，單元基準(zhǔn)點(diǎn)，局部基準(zhǔn)點(diǎn)。

基準(zhǔn)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

（1）拼板基準(zhǔn)點(diǎn)和單元基準(zhǔn)點(diǎn)

形狀/大?。褐睆綖?0mil 的實(shí)心圓。阻焊開窗：和基準(zhǔn)點(diǎn)同心的圓形，大小為基準(zhǔn)點(diǎn)直徑的兩倍。在 2mm直徑的邊緣處要求有一圓形或八邊形的銅線作保護(hù)圈用。同一板上的光學(xué)定位基準(zhǔn)符號(hào)其內(nèi)層背景要相同，即三個(gè)基準(zhǔn)符號(hào)下有無銅箔應(yīng)一致。

（2）局部基準(zhǔn)點(diǎn)

間距≤0.4mm的QFP和間距≤0.8mm BGA、CSP、FC等器件需要放置局部基準(zhǔn)點(diǎn)。

大小/形狀：直徑為40mil 的實(shí)心圓。

阻焊開窗：大小按普通焊盤處理，外圈銅環(huán)可不要。

基準(zhǔn)點(diǎn)放置：

一般原則：

過SMT設(shè)備加工的單板必須放置基準(zhǔn)點(diǎn)。單面基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量≥3。

單面布局時(shí)，只需元件面放置基準(zhǔn)點(diǎn)。. A5 I5 ^0 L- z1 m+ P PCB雙面布局時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)雙面放置。雙面放置的基準(zhǔn)點(diǎn)，除鏡像拼板外，正反兩面的基準(zhǔn)點(diǎn)位置要求基本一致。見下圖。

（1）拼板的基準(zhǔn)點(diǎn)放置

拼板需要放置拼板基準(zhǔn)點(diǎn)、單元基準(zhǔn)點(diǎn)。

拼板基準(zhǔn)點(diǎn)和單元基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量各為三個(gè)。在板邊呈“L”形分布，盡量遠(yuǎn)離。拼板基準(zhǔn)點(diǎn)的位置要求見下圖A。

采用鏡相對(duì)稱拼板時(shí)，輔助邊上的基準(zhǔn)點(diǎn)必須滿足翻轉(zhuǎn)后重合的要求，參見下圖B

（2）單元板的基準(zhǔn)點(diǎn)放置

基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量為三個(gè)，在板邊呈“L”形分布，各基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離盡量遠(yuǎn)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)距離板邊必須大于5mm，如不能保證四個(gè)邊都滿足，則至少要保證傳送邊滿足要求。

十、時(shí)鐘PCB走線設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

布局

時(shí)鐘晶體和相關(guān)電路應(yīng)布置在PCB的中央位置并且要有良好的地層，而不是靠近I/O接口處。不可將時(shí)鐘產(chǎn)生電路做成子卡或者子板的形式，必須做在單獨(dú)的時(shí)鐘板上或者承載板上。

如下圖所示，綠色框中部分下一層不要走線

在PCB時(shí)鐘電路區(qū)域只布與時(shí)鐘電路有關(guān)的器件，避免布設(shè)其他電路，晶體附近或者下面不要布其他信號(hào)線：在時(shí)鐘發(fā)生電路、晶體下使用地平面，若其他信號(hào)穿過該平面，違反了映像平面功能，如果讓信號(hào)穿越這個(gè)地平面的話，就會(huì)存在很小的地環(huán)路并影響地平面的連續(xù)性，這些地環(huán)路在高頻時(shí)將會(huì)產(chǎn)生問題。

對(duì)于時(shí)鐘晶體、時(shí)鐘電路，可以采用屏蔽措施進(jìn)行屏蔽處理；

若時(shí)鐘外殼為金屬，則PCB設(shè)計(jì)時(shí)一定要在晶體下方鋪銅，并保證此部分與完整的地平面有良好的電氣連接（通過多孔接地）。

時(shí)鐘晶體下面鋪地的好處：晶體振蕩器內(nèi)部的電路會(huì)產(chǎn)生射頻電流，如果晶體是金屬外殼封裝的，直流電源腳是直流電壓參考和晶體內(nèi)部射頻電流回路參考的依靠，通過地平面釋放外殼被射頻輻射產(chǎn)生的瞬態(tài)電流。總之，金屬外殼是一個(gè)單端天線，最近的映像層、地平面層有時(shí)兩層或者更多層做為射頻電流對(duì)地的輻射耦合作用是足夠的。晶體下鋪地對(duì)散熱也是有好處的。

時(shí)鐘電路和晶體下鋪地將提供一個(gè)映像平面，可以降低對(duì)相關(guān)晶體和時(shí)鐘電路產(chǎn)生共模電流，從而降低射頻輻射，地平面對(duì)差模射頻電流同樣有吸收作用，這個(gè)平面必須通過多點(diǎn)連接到完整的地平面上，并要求通過多個(gè)過孔，這樣可以提供低的阻抗，為增強(qiáng)這個(gè)地平面的效果，時(shí)鐘發(fā)生電路應(yīng)該與這個(gè)地平面靠近。

SMT封裝的晶體將比金屬外殼的晶體有更多的射頻能量輻射：因?yàn)楸碣N晶體大多是塑料封裝，晶體內(nèi)部的射頻電流會(huì)向空間輻射并耦合到其他器件。

共用時(shí)鐘走線

對(duì)快速上升沿信號(hào)及時(shí)鐘信號(hào)采用輻射狀拓?fù)溥B接好于采用單個(gè)公共驅(qū)動(dòng)源的網(wǎng)絡(luò)串接，每個(gè)走線應(yīng)該根據(jù)其特性阻抗采取端接措施來布線。

時(shí)鐘傳輸線要求及PCB分層

時(shí)鐘走線原則：在緊鄰時(shí)鐘走線層安排完整的映像平面層，減小走線的長(zhǎng)度并進(jìn)行阻抗控制。

錯(cuò)誤的跨層走線和阻抗不匹配會(huì)導(dǎo)致：

走線使用過孔和跳轉(zhuǎn)導(dǎo)致映像回路的不完整性；

映像平面上由于器件信號(hào)管腳上電壓隨著信號(hào)的變化而變化產(chǎn)生的浪涌電壓；

如果走線沒有考慮3W原則的話，不同時(shí)鐘信號(hào)會(huì)引起串?dāng)_；

時(shí)鐘信號(hào)的布線

時(shí)鐘線一定要走在多層PCB板的內(nèi)層。并且一定要走帶狀線；如果要走在外層，只能走微帶線。

走在內(nèi)層能保證完整的映像平面，它可以提供一個(gè)低阻抗射頻傳輸路徑，并產(chǎn)生磁通量，以抵消它們的源傳輸線的磁通量，源和返回路徑的距離越近，則消磁就越好。由于增強(qiáng)了消磁能力，高密PCB板的每個(gè)完整平面映像層可提供6－8dB的抑制。

時(shí)鐘布多層板的好處：有一層或者多層可以專門用于完整的電源和地平面，可以設(shè)計(jì)成好的去藕系統(tǒng)，減小地環(huán)路的面積，降低了差模輻射，減小了EMI，減小了信號(hào)和電源返回路徑的阻抗水平，可以保持全程走線阻抗的一致性，減小了鄰近走線間的串?dāng)_等。

十一、PCB疊層設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)多層PCB電路板之前，設(shè)計(jì)者需要首先根據(jù)電路的規(guī)模、電路板的尺寸和電磁兼容（EMC）的要求來確定所采用的電路板結(jié)構(gòu)，也就是決定采用4層，6層，還是更多層數(shù)的電路板。確定層數(shù)之后，再確定內(nèi)電層的放置位置以及如何在這些層上分布不同的信號(hào)。這就是多層PCB層疊結(jié)構(gòu)的選擇問題。層疊結(jié)構(gòu)是影響PCB板EMC性能的一個(gè)重要因素，也是抑制電磁干擾的一個(gè)重要手段。本節(jié)將介紹多層PCB板層疊結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容。對(duì)于電源、地的層數(shù)以及信號(hào)層數(shù)確定后，它們之間的相對(duì)排布位置是每一個(gè)PCB工程師都不能回避的話題；

層的排布一般原則：

1、確定多層PCB板的層疊結(jié)構(gòu)需要考慮較多的因素。從布線方面來說，層數(shù)越多越利于布線，但是制板成本和難度也會(huì)隨之增加。對(duì)于生產(chǎn)廠家來說，層疊結(jié)構(gòu)對(duì)稱與否是PCB板制造時(shí)需要關(guān)注的焦點(diǎn)，所以層數(shù)的選擇需要考慮各方面的需求，以達(dá)到最佳的平衡。對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員來說，在完成元器件的預(yù)布局后，會(huì)對(duì)PCB的布線瓶頸處進(jìn)行重點(diǎn)分析。結(jié)合其他EDA工具分析電路板的布線密度；再綜合有特殊布線要求的信號(hào)線如差分線、敏感信號(hào)線等的數(shù)量和種類來確定信號(hào)層的層數(shù)；然后根據(jù)電源的種類、隔離和抗干擾的要求來確定內(nèi)電層的數(shù)目。這樣，整個(gè)電路板的板層數(shù)目就基本確定了。

2、元件面下面（第二層）為地平面，提供器件屏蔽層以及為頂層布線提供參考平面；敏感信號(hào)層應(yīng)該與一個(gè)內(nèi)電層相鄰（內(nèi)部電源/地層），利用內(nèi)電層的大銅膜來為信號(hào)層提供屏蔽。電路中的高速信號(hào)傳輸層應(yīng)該是信號(hào)中間層，并且夾在兩個(gè)內(nèi)電層之間。這樣兩個(gè)內(nèi)電層的銅膜可以為高速信號(hào)傳輸提供電磁屏蔽，同時(shí)也能有效地將高速信號(hào)的輻射限制在兩個(gè)內(nèi)電層之間，不對(duì)外造成干擾。

3、所有信號(hào)層盡可能與地平面相鄰；
4、盡量避免兩信號(hào)層直接相鄰；相鄰的信號(hào)層之間容易引入串?dāng)_，從而導(dǎo)致電路功能失效。在兩信號(hào)層之間加入地平面可以有效地避免串?dāng)_。5、主電源盡可能與其對(duì)應(yīng)地相鄰；
6、兼顧層壓結(jié)構(gòu)對(duì)稱。
7、對(duì)于母板的層排布，現(xiàn)有母板很難控制平行長(zhǎng)距離布線，對(duì)于板級(jí)工作頻率在50MHZ以上的（50MHZ以下的情況可參照，適當(dāng)放寬），建議排布原則：
元件面、焊接面為完整的地平面（屏蔽）；
無相鄰平行布線層；
所有信號(hào)層盡可能與地平面相鄰；
關(guān)鍵信號(hào)與地層相鄰，不跨分割區(qū)。

注：具體PCB的層的設(shè)置時(shí)，要對(duì)以上原則進(jìn)行靈活掌握，在領(lǐng)會(huì)以上原則的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際單板的需求，如：是否需要一關(guān)鍵布線層、電源、地平面的分割情況等，確定層的排布，切忌生搬硬套，或摳住一點(diǎn)不放。

8、多個(gè)接地的內(nèi)電層可以有效地降低接地阻抗。例如，A信號(hào)層和B信號(hào)層采用各自單獨(dú)的地平面，可以有效地降低共模干擾。

常用的層疊結(jié)構(gòu):

4層板

下面通過 4 層板的例子來說明如何優(yōu)選各種層疊結(jié)構(gòu)的排列組合方式。

對(duì)于常用的 4 層板來說，有以下幾種層疊方式（從頂層到底層）。（1）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），POWER（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。（2）Siganl_1（Top），POWER（Inner_1），GND（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。

（3）POWER（Top），Siganl_1（Inner_1），GND（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。顯然，方案 3 電源層和地層缺乏有效的耦合，不應(yīng)該被采用。那么方案 1 和方案 2 應(yīng)該如何進(jìn)行選擇呢？一般情況下，設(shè)計(jì)人員都會(huì)選擇方案 1 作為 4層板的結(jié)構(gòu)。選擇的原因并非方案 2 不可被采用，而是一般的 PCB 板都只在頂層放置元器件，所以采用方案 1 較為妥當(dāng)。但是當(dāng)在頂層和底層都需要放置元器件，而且內(nèi)部電源層和地層之間的介質(zhì)厚度較大，耦合不佳時(shí)，就需要考慮哪一層布置的信號(hào)線較少。對(duì)于方案 1而言，底層的信號(hào)線較少，可以采用大面積的銅膜來與 POWER 層耦合；反之，如果元器件主要布置在底層，則應(yīng)該選用方案 2 來制板。如果采用如圖 11-1 所示的層疊結(jié)構(gòu)，那么電源層和地線層本身就已經(jīng)耦合，考慮對(duì)稱性的要求，一般采用方案 1。

6層板

在完成 4 層板的層疊結(jié)構(gòu)分析后，下面通過一個(gè) 6 層板組合方式的例子來說明 6 層板層疊結(jié)構(gòu)的排列組合方式和優(yōu)選方法。（1）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），Siganl_2（Inner_2），Siganl_3（Inner_3），POWER（Inner_4），Siganl_4（Bottom）。方案 1 采用了 4 層信號(hào)層和 2 層內(nèi)部電源/接地層，具有較多的信號(hào)層，有利于元器件之間的布線工作，但是該方案的缺陷也較為明顯，表現(xiàn)為以下兩方面。① 電源層和地線層分隔較遠(yuǎn)，沒有充分耦合。② 信號(hào)層 Siganl_2（Inner_2）和 Siganl_3（Inner_3）直接相鄰，信號(hào)隔離性不好，容易發(fā)生串?dāng)_。（2）Siganl_1（Top），Siganl_2（Inner_1），POWER（Inner_2），GND（Inner_3），Siganl_3（Inner_4），Siganl_4（Bottom）。方案 2 相對(duì)于方案 1，電源層和地線層有了充分的耦合，比方案 1 有一定的優(yōu)勢(shì)，但是 Siganl_1（Top）和 Siganl_2（Inner_1）以及 Siganl_3（Inner_4）和 Siganl_4（Bottom）信號(hào)層直接相鄰，信號(hào)隔離不好，容易發(fā)生串?dāng)_的問題并沒有得到解決。（3）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），Siganl_2（Inner_2），POWER（Inner_3），GND（Inner_4），Siganl_3（Bottom）。相對(duì)于方案 1 和方案 2，方案 3 減少了一個(gè)信號(hào)層，多了一個(gè)內(nèi)電層，雖然可供布線的層面減少了，但是該方案解決了方案 1 和方案 2 共有的缺陷。① 電源層和地線層緊密耦合。② 每個(gè)信號(hào)層都與內(nèi)電層直接相鄰，與其他信號(hào)層均有有效的隔離，不易發(fā)生串?dāng)_。③ Siganl_2（Inner_2）和兩個(gè)內(nèi)電層 GND（Inner_1）和 POWER（Inner_3）相鄰，可以用來傳輸高速信號(hào)。兩個(gè)內(nèi)電層可以有效地屏蔽外界對(duì) Siganl_2（Inner_2）層的干擾和Siganl_2（Inner_2）對(duì)外界的干擾。

綜合各個(gè)方面，方案 3 顯然是最優(yōu)化的一種，同時(shí)，方案 3 也是 6 層板常用的層疊結(jié)構(gòu)。通過對(duì)以上兩個(gè)例子的分析，相信讀者已經(jīng)對(duì)層疊結(jié)構(gòu)有了一定的認(rèn)識(shí)，但是在有些時(shí)候，某一個(gè)方案并不能滿足所有的要求，這就需要考慮各項(xiàng)設(shè)計(jì)原則的優(yōu)先級(jí)問題。遺憾的是由于電路板的板層設(shè)計(jì)和實(shí)際電路的特點(diǎn)密切相關(guān)，不同電路的抗干擾性能和設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)各有所不同，所以事實(shí)上這些原則并沒有確定的優(yōu)先級(jí)可供參考。但可以確定的是，設(shè)計(jì)原則 2（內(nèi)部電源層和地層之間應(yīng)該緊密耦合）在設(shè)計(jì)時(shí)需要首先得到滿足，另外如果電路中需要傳輸高速信號(hào)，那么設(shè)計(jì)原則 3（電路中的高速信號(hào)傳輸層應(yīng)該是信號(hào)中間層，并且夾在兩個(gè)內(nèi)電層之間）就必須得到滿足。

10層板

PCB典型10層板設(shè)計(jì)
一般通用的布線順序是TOP--GND---信號(hào)層---電源層---GND---信號(hào)層---電源層---信號(hào)層---GND---BOTTOM
本身這個(gè)布線順序并不一定是固定的，但是有一些標(biāo)準(zhǔn)和原則來約束：如top層和bottom的相鄰層用GND，確保單板的EMC特性；如每個(gè)信號(hào)層優(yōu)選使用GND層做參考平面；整個(gè)單板都用到的電源優(yōu)先鋪整塊銅皮；易受干擾的、高速的、沿跳變的優(yōu)選走內(nèi)層等等。

下表給出了多層板層疊結(jié)構(gòu)的參考方案，供參考。

PCB設(shè)計(jì)之疊層結(jié)構(gòu)改善案例（金百澤科技）

問題點(diǎn)

產(chǎn)品有8組網(wǎng)口與光口，測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)第八組光口與芯片間的信號(hào)調(diào)試不通，導(dǎo)致光口8調(diào)試不通，無法工作，其他7組光口通信正常。

1、問題點(diǎn)確認(rèn)

根據(jù)客戶端提供的信息，確認(rèn)為L(zhǎng)6層光口8與芯片8之間的兩條差分阻抗線調(diào)試不通；

2、客戶提供的疊構(gòu)與設(shè)計(jì)要求

改善措施

影響阻抗信號(hào)因素分析：

線路圖分析：客戶L56層阻抗設(shè)計(jì)較為特殊，L6層阻抗參考L5/L7層，L5層阻抗參考L4/L6層，其中L5/L6層互為參考層，中間未做地層屏蔽，光口8與芯片8之間線路較長(zhǎng)，L6層與L5層間存在較長(zhǎng)的平行信號(hào)線（約30%長(zhǎng)度）容易造成相互干擾，從而影響了阻抗的精準(zhǔn)度，阻抗線的設(shè)計(jì)屏蔽層不完整，也造成阻抗的不連續(xù)性，其他7組部分也有相似問題，但相對(duì)較輕微。
L56層存在特殊設(shè)計(jì)（均為信號(hào)層，存在差分阻抗平行設(shè)計(jì)、相鄰阻抗層間未設(shè)計(jì)參考地層），客戶端未充分考慮相鄰層走線存在的干擾，導(dǎo)致調(diào)試不通問題。

與客戶溝通對(duì)疊層進(jìn)行優(yōu)化，將L45、L56、L67層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，介質(zhì)層厚度分別由20.87mil、6mil、13mil 調(diào)整為5.12mil、22.44mil、5.12mil，將而L4、L7間的參考地層間的距離拉近，L56層互為參考且屏蔽不足的線路層距離拉遠(yuǎn)，減少干擾。

優(yōu)化后的疊層結(jié)構(gòu)：