多層電路板是由介電層及線路所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)性元件,而線路配置在介電材 料的表面及內(nèi)部。在從事設(shè)計工作時必須要有共通的尺寸規(guī)劃準則,否則無法 使市面上的多數(shù)電子元件達成共通性,這樣的配線設(shè)計規(guī)則就是PCBA板的設(shè)計準則(Design Rule)。
1 格點(Grid)
因為電路板上所有的元件位置都是相對坐標關(guān)系,在原始的電路板線路配 置想法,是以設(shè)想的格線在電路板平面上分配區(qū)塊。由于電路板是先由歐美國家主導(dǎo),因此早期的規(guī)格是以1/10英吋為一格的尺寸,而公制單位則以2. 5mm為一格,以英制而肓相當于lOOmil。以此為基礎(chǔ),對不同的間距再作細 分,作出孔與銅墊的位置配置,這是傳統(tǒng)的通孔元件設(shè)計原則。但在表面組裝 方式(SMT- Surface Mount Technology)風行后,還將孔配置在格點上已是 不切實際的做法。設(shè)計上雖然有格點存在,但實際設(shè)計幾忽已不受格點的限 制,孔愈來愈以導(dǎo)通為目的,至于盲、埋孔更與格點無關(guān)。
這樣的變化影響最大的部分是電氣測試,由于傳統(tǒng)的電子元件接點是以格 點為設(shè)計基礎(chǔ),因此不論鉆孔或焊接點的設(shè)計都是以格點為基礎(chǔ)。因此遵循格 點設(shè)計的電路板都可以使用所謂的泛用治具(Universal Tool)進行電氣測 試,但是格點原則被破壞后測試必須走向更密的接點形式,因此小量產(chǎn)品開始 使用所謂的飛針設(shè)備(Flying Probe)測試,而大量生產(chǎn)則使用專用治具 (Dedicate Tool)測試。
2 線寬間距
細線設(shè)計成為高密度電路板發(fā)展的必然趨勢,但細線的設(shè)計必須考慮細線 路的電阻變化、特性阻抗變化等影響因素。線路間距的大小受制于介電材料的絕緣性,以有機材料而言約可選取4 mil為目標值。由于產(chǎn)品需求及制程技 術(shù)的進展,間距約2mil甚至更小的產(chǎn)品也進入了實際應(yīng)用。面對半導(dǎo)體封裝 板的進一步壓縮線路間距,如何保持應(yīng)有的絕緣性就成為必須努力的課題,幸 好多數(shù)的高密度封裝板操作電壓也相對降低,這是值得慶幸的。
3微孔直徑與銅墊直徑尺寸
表1所示,為現(xiàn)行電路板規(guī)格水平。 銅墊直徑一般都設(shè)計為孔徑的2. 5?3倍之間, 在電路板以表面黏著為主的設(shè)計時,電鍍孔除 用于層間連接外仍有部分用于插件功能。
表內(nèi)的結(jié)構(gòu)有通孔及盲埋孔,埋在板內(nèi)的孔被某些人稱為交錯孔IVH (Interstitial Via Hole)。它是將有鍍通孔的內(nèi)層板繼續(xù)壓合后,構(gòu)成微 孔層間連接的電路板,這些微孔的制作以小直徑設(shè)計才能發(fā)揮節(jié)省空間的功 能。一般機械鉆孔,以制作大于8mil的孔徑較經(jīng)濟,雖然現(xiàn)在有號稱可以制 作< 4 mil的產(chǎn)品,但成本過高并不實際。
受到機械孔徑及生產(chǎn)速率的限制,使用增層法的電路板不但表面孔會使用 微孔技術(shù),對內(nèi)藏的通孔而言也會設(shè)計較小來提升密度??讖娇s小使線路配置 的自由度大增,高密度增層電路板因而得以普及。
表1 所示為現(xiàn)行電路板規(guī)格水平
4 層間構(gòu)造
多層電路板的層數(shù)設(shè)計,主要決定于可容許的配線密度。以往電路板以四層板居多,主要是源自于信號線需要電磁遮蔽之故,并非來自于繞線密度需 求。由于電子元件的復(fù)雜度提高,原本的繞線密度及層次設(shè)計已無法滿足需 求,因此層次才逐步提升。但由于增加層數(shù)會增加制作成本,在初期設(shè)計時又 想要盡力降低層數(shù)。因此,使用較多微孔、細線,仍可在有限的層數(shù)下達成元。 件連結(jié)。即便是如此,隨半導(dǎo)體元件的進步神速電路板整體層數(shù)仍在逐步攀升。
在線路構(gòu)造方面,由于電子產(chǎn)品的整體功率不斷提高、傳輸速率也不斷增 加,因此在空間有限又要保持導(dǎo)體截面積的狀況下,不少的設(shè)計會要求較高的 線路厚度但又要做較細的線路。對于層間介電層厚度控制及其容許誤差等也有 較嚴苛的限制,因此內(nèi)層基材及膠片的配置就會變得十分重要。一般電路板的 壓合結(jié)構(gòu)都會探用對稱設(shè)計,這是為了降低應(yīng)力不均所作的考慮。圖1所示為典型的多層板結(jié)構(gòu)。
圖1 所示為典型的多層板結(jié)構(gòu)
對電氣特性要求嚴格的產(chǎn)品,正確整合特性阻抗、電源與接地層的層間厚 度容許公差都會變得更嚴苛。因此不少的制作程序是將關(guān)鍵的厚度層次以基材 先作出來,而較不重要的層次則交給膠片來完成,因為基材事先已硬化可以用 篩選的方式挑選合于規(guī)格的基材制作,因此可以提升良率及電氣表現(xiàn)。
在設(shè)計高密度增層電路板時,要依據(jù)繞線密度決定線路層數(shù),而以電氣特性決定布線方式、層間厚度、線路寬度厚度。為防止板彎板翹,盡量探用對稱 壓合設(shè)計。一般高密度增層板的電源及接地層多數(shù)會設(shè)在內(nèi)層硬板上,信號層 則以增層線路制作以整合阻抗特性,但對更高層次的產(chǎn)品則未必遵循此規(guī)則。
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