無(wú)鹵素電路板,剛?cè)峤Y(jié)合板

基材	銅	層數(shù)	多面
絕緣層厚度	常規(guī)板	絕緣材料	有機(jī)樹脂
絕緣樹脂	環(huán)氧樹脂（EP）	阻燃特性	VO板

無(wú)鹵素電路板,剛?cè)峤Y(jié)合板

高精密度(HDI板)電路板的耐熱性介紹

HDI板的耐熱性能是HDI可靠性能中重要的一個(gè)項(xiàng)目，HDI板的板厚變得越來(lái)越薄，對(duì)其耐熱性能的要求也越來(lái)越高。無(wú)鉛化進(jìn)程的推進(jìn)，也提高了HDI板耐熱性能的要求，而且由于HDI板在層結(jié)構(gòu)等方面不同于普通多層通孔PCB板，因此HDI板的耐熱性能與普通多層通孔PCB板相比有所不同，一階HDI板典型結(jié)構(gòu)。HDI板的耐熱性能缺陷主要是爆板和分層。到目前為止，根據(jù)多種材料以及多款HDI板的耐熱性能測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)HDI板發(fā)生爆板機(jī)率最大的區(qū)域是密集埋孔的上方以及大銅面的下方區(qū)域。

耐熱性是指PCB抵抗在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的熱機(jī)械應(yīng)力的能力， PCB在耐熱性能測(cè)試中發(fā)生分層的機(jī)制一般包括以下幾種：

1) 測(cè)試樣品內(nèi)部不同材料在溫度變化時(shí)，膨脹和收縮性能不同而在樣品內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)部熱機(jī)械應(yīng)力，從而導(dǎo)致裂縫和分層的產(chǎn)生。

2) 測(cè)試樣品內(nèi)部的微小缺陷(包括空洞，微裂紋等)，是熱機(jī)械應(yīng)力集中所在，起到應(yīng)力的放大器的作用。在樣品內(nèi)部應(yīng)力的作用下，更加容易導(dǎo)致裂縫或分層的產(chǎn)生。

3) 測(cè)試樣品中揮發(fā)性物質(zhì)(包括有機(jī)揮發(fā)成分和水)，在高溫和劇烈溫度變化時(shí)，急劇膨脹產(chǎn)生巨大的內(nèi)部蒸汽壓力，當(dāng)膨脹的蒸汽壓力到達(dá)測(cè)試樣品內(nèi)部的微小缺陷(包括空洞，微裂紋等)時(shí)，微小缺陷對(duì)應(yīng)的放大器作用就會(huì)導(dǎo)致分層。

HDI板容易在密集埋孔的上方發(fā)生分層，這是由于HDI板在埋孔分布區(qū)域特殊的結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的。有無(wú)埋孔區(qū)域的應(yīng)力分析如下表1。無(wú)埋孔區(qū)域(結(jié)構(gòu)1)在耐熱性能測(cè)試受熱膨脹時(shí)，在同一平面上各個(gè)位置的Z方向的膨脹量都是均勻的，因此不會(huì)存在由于結(jié)構(gòu)的差異造成的應(yīng)力集中區(qū)域。當(dāng)區(qū)域中設(shè)計(jì)有埋孔且埋孔鉆在基材面上(結(jié)構(gòu)2)時(shí)，在埋孔與埋孔之間的A-A截面上，由于基材沒(méi)有收到埋孔在Z方向的約束，因而膨脹量較大，而在埋孔和焊盤所在的B-B截面上，由于基材受到埋孔在Z方向的約束，因而膨脹量較小，這三處膨脹量的差異，在埋孔焊盤與HDI介質(zhì)和塞孔樹脂交界處和附近區(qū)域造成應(yīng)力集中，從而比較容易形成裂縫和分層。

HDI板容易在外層大銅面的下方發(fā)生分層，這是由于在貼裝和焊接時(shí)，PCB受熱，揮發(fā)性物質(zhì)(包括有機(jī)揮發(fā)成分和水)急劇膨脹，外層大銅面阻擋了揮發(fā)性物質(zhì)(包括有機(jī)揮發(fā)成分和水)的及時(shí)逸出，因此產(chǎn)生巨大的內(nèi)部蒸汽壓力，當(dāng)膨脹的蒸汽壓力到達(dá)測(cè)試樣品內(nèi)部的微小缺陷(包括空洞，微裂紋等)時(shí)，微小缺陷對(duì)應(yīng)的放大器作用就會(huì)導(dǎo)致分層。

如何評(píng)估汽車HDI PCB制造商

電子行業(yè)的蓬勃發(fā)展推動(dòng)了眾多行業(yè)的快速發(fā)展。近年來(lái)，電子產(chǎn)品在汽車工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。傳統(tǒng)的汽車工業(yè)在機(jī)械，動(dòng)力，液壓和傳動(dòng)方面進(jìn)行了更多的努力。但是，現(xiàn)代汽車工業(yè)更多地依賴電子應(yīng)用，而這些電子應(yīng)用在汽車中發(fā)揮著越來(lái)越重要和潛在的作用。自動(dòng)電氣化全部用于處理，感測(cè)，信息傳輸和記錄，而沒(méi)有印制電路板（PCB）則無(wú)法實(shí)現(xiàn)。由于汽車現(xiàn)代化和數(shù)字化的要求，以及人類對(duì)汽車安全性，舒適性，簡(jiǎn)單操作和數(shù)字化的要求，PCB已廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)，高密度互連（HDI）PCB，可能帶有跨層盲孔或雙層結(jié)構(gòu)。
為了實(shí)現(xiàn)汽車HDI PCB的高可靠性和安全性，HDI PCB制造商必須遵循嚴(yán)格的策略和措施，這是本文重點(diǎn)關(guān)注的重點(diǎn)。
汽車PCB類型
在汽車電路板中，可以使用傳統(tǒng)的單層PCB，雙層PCB和多層PCB，而近年來(lái)HDI PCB的廣泛應(yīng)用已成為汽車電子產(chǎn)品的首選。普通HDI PCB與汽車HDI PCB之間確實(shí)存在本質(zhì)區(qū)別：前者強(qiáng)調(diào)實(shí)用性和多功能性，為消費(fèi)電子產(chǎn)品提供服務(wù)，而后者則致力于可靠性，安全性和高質(zhì)量。
有必要說(shuō)明一下，因?yàn)槠嚭w了汽車，卡車或卡車等各種各樣的汽車，要求對(duì)不同的性能期望和功能有不同的要求，所以本文將要討論的法規(guī)和措施只是一些通用規(guī)則，不包括那些規(guī)則。特別案例。
汽車HDI PCB的分類和應(yīng)用
HDI PCB可以分為單層HDI PCB，雙層積層PCB和三層積層PCB.在此，層是指預(yù)浸料的層。
汽車電子產(chǎn)品通常在兩類應(yīng)用：
a.在與車輛的機(jī)械系統(tǒng)（例如發(fā)動(dòng)機(jī)，底盤和車輛數(shù)字控制）配合使用之前，汽車電子控制設(shè)備將無(wú)法有效運(yùn)行，特別是電子燃油噴射系統(tǒng)，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS），防滑控制（ASC） ，牽引力控制，電子控制懸架（ECS），電子自動(dòng)變速器（EAT）和電子助力轉(zhuǎn)向（EPS）。

b.可以在汽車環(huán)境中獨(dú)立使用且與汽車性能無(wú)關(guān)的車載汽車設(shè)備包括汽車信息系統(tǒng)或車輛計(jì)算機(jī)，GPS系統(tǒng)，汽車視頻系統(tǒng)，車載通信系統(tǒng)和Internet設(shè)備功能，這些功能由HDI PCB支持的設(shè)備實(shí)現(xiàn)，這些設(shè)備負(fù)責(zé)信號(hào)傳輸和大量控制。

對(duì)汽車HDI PCB制造商的要求
由于高可靠性和汽車HDI印制電路板的安全性，汽車HDI PCB制造商必須符合高層次要求：
a.汽車HDI PCB制造商必須堅(jiān)持在判斷或支持PCB制造商的管理水平中起關(guān)鍵作用的集成管理系統(tǒng)和質(zhì)量管理體系。某些系統(tǒng)在被第三方身份驗(yàn)證之前無(wú)法歸PCB制造商所有。例如，汽車PCB制造商必須通過(guò)ISO9001和ISO / IATF16949認(rèn)證。

b.HDI PCB制造商必須具備扎實(shí)的技術(shù)和較高的HDI制造能力。具體而言，專門從事汽車電路板制造的制造商必須制造線寬/間距至少為75μm/75μm且具有兩層結(jié)構(gòu)的電路板。公認(rèn)的是，HDI PCB制造商必須具有至少1.33的工藝能力指數(shù)（CPK）和至少1.67的設(shè)備制造能力（CMK）。除非獲得客戶的認(rèn)可和確認(rèn)，否則不得在以后的制造中進(jìn)行任何修改。

c.汽車HDI PCB制造商在選擇PCB原材料時(shí)必須遵循最嚴(yán)格的規(guī)則，因?yàn)樗鼈冊(cè)诖_定最終PCB的可靠性和性能中起著關(guān)鍵作用。
汽車HDI PCB的材料要求
?核心板和半固化片。它們是制造汽車HDI PCB的最基本，最關(guān)鍵的元素。當(dāng)涉及HDI PCB的原材料時(shí)，核心板和預(yù)浸料是主要考慮因素。通常，HDI核心板和介電層都相對(duì)較薄。因此，一層預(yù)浸料足以在消費(fèi)類HDI板上使用。但是，汽車HDI PCB必須依賴于至少兩層預(yù)浸料的層壓，因?yàn)槿绻l(fā)生空腔或粘合劑不足，則單層的預(yù)浸料可能會(huì)導(dǎo)致絕緣電阻降低。之后，最終結(jié)果可能是整個(gè)板子或產(chǎn)品的故障。
?阻焊膜。作為直接覆蓋在表面電路板上的保護(hù)層，阻焊層也起著與核心板和預(yù)浸料相同的重要作用。除保護(hù)外部電路外，阻焊層在產(chǎn)品的外觀，質(zhì)量和可靠性方面也起著至關(guān)重要的作用。因此，汽車電路板上的阻焊層必須符合最嚴(yán)格的要求。阻焊膜必須通過(guò)多項(xiàng)有關(guān)可靠性的測(cè)試，包括儲(chǔ)熱測(cè)試和剝離強(qiáng)度測(cè)試。
汽車HDI PCB材料的可靠性測(cè)試
合格的HDI PCB制造商絕不會(huì)認(rèn)為材料選擇是理所當(dāng)然的。相反，他們必須對(duì)電路板的可靠性進(jìn)行一些測(cè)試。有關(guān)汽車HDI PCB材料可靠性的主要測(cè)試包括CAF（導(dǎo)電陽(yáng)極絲）測(cè)試，高溫和低溫?zé)釠_擊測(cè)試，天氣溫度循環(huán)測(cè)試和儲(chǔ)熱測(cè)試。
?CAF測(cè)試。它用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)導(dǎo)體之間的絕緣電阻。該測(cè)試涵蓋許多測(cè)試值，例如層之間的最小絕緣電阻，通孔之間的最小絕緣電阻，埋孔之間的最小絕緣電阻，盲孔之間的最小絕緣電阻以及并聯(lián)電路之間的最小絕緣電阻。
?高溫和低溫?zé)釠_擊測(cè)試。此測(cè)試旨在測(cè)試必須小于一定百分比的電阻變化率。具體而言，該測(cè)試中提到的參數(shù)包括通孔之間的電阻變化率，埋孔之間的電阻變化率和盲孔之間的電阻變化率。
?氣候溫度循環(huán)測(cè)試。被測(cè)板需要在回流焊接之前進(jìn)行預(yù)處理。在-40℃±3℃至140℃±2℃的溫度范圍內(nèi)，電路板必須在最低溫度和最高溫度下保持15分鐘。結(jié)果，合格的電路板不會(huì)發(fā)生層壓，白點(diǎn)或爆炸。

?高溫存儲(chǔ)測(cè)試。該測(cè)試主要針對(duì)阻焊層的可靠性，特別是其剝離強(qiáng)度。就阻焊層的判斷而言，該測(cè)試被認(rèn)為是最嚴(yán)格的。

根據(jù)以上介紹的測(cè)試要求，如果基材或原材料不能滿足客戶要求，則可能會(huì)發(fā)生潛在的風(fēng)險(xiǎn)。因此，是否對(duì)材料進(jìn)行測(cè)試可能是確定合格的HDI PCB制造商的關(guān)鍵因素。
可以使用許多策略和措施來(lái)判斷汽車HDI PCB制造商，包括材料供應(yīng)商認(rèn)證，過(guò)程中的技術(shù)條件以及參數(shù)確定和附件的應(yīng)用等。為尋找可靠的HDI PCB制造商，它們可能是重要的組成部分。確定和判斷其可靠性作為參考。

超實(shí)用的高頻PCB電路設(shè)計(jì)70問(wèn)答 之四

36、對(duì)于全數(shù)字信號(hào)的 PCB，板上有一個(gè) 80MHz 的鐘源。除了采用絲網(wǎng)（接地）外，為了保證有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，還應(yīng)該采用什么樣的電路進(jìn)行保護(hù)？

確保時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)能力，不應(yīng)該通過(guò)保護(hù)實(shí)現(xiàn)，一般采用時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)芯片。一般擔(dān)心時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)能力，是因?yàn)槎鄠€(gè)時(shí)鐘負(fù)載造成。采用時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)芯片，將一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)變成幾個(gè)，采用點(diǎn)到點(diǎn)的連接。選擇驅(qū)動(dòng)芯片，除了保證與負(fù)載基本匹配，信號(hào)沿滿足要求（一般時(shí)鐘為沿有效信號(hào)），在計(jì)算系統(tǒng)時(shí)序時(shí)，要算上時(shí)鐘在驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)時(shí)延。

37、如果用單獨(dú)的時(shí)鐘信號(hào)板，一般采用什么樣的接口，來(lái)保證時(shí)鐘信號(hào)的傳輸受到的影響小？

時(shí)鐘信號(hào)越短，傳輸線效應(yīng)越小。采用單獨(dú)的時(shí)鐘信號(hào)板，會(huì)增加信號(hào)布線長(zhǎng)度。而且單板的接地供電也是問(wèn)題。如果要長(zhǎng)距離傳輸，建議采用差分信號(hào)。LVDS 信號(hào)可以滿足驅(qū)動(dòng)能力要求，不過(guò)您的時(shí)鐘不是太快，沒(méi)有必要。

38、27M,SDRAM 時(shí)鐘線（80M-90M），這些時(shí)鐘線二三次諧波剛好在 VHF 波段，從接收端高頻竄入后干擾很大。除了縮短線長(zhǎng)以外，還有那些好辦法？

如果是三次諧波大，二次諧波小，可能因?yàn)樾盘?hào)占空比為 50%，因?yàn)檫@種情況下，信號(hào)沒(méi)有偶次諧波。這時(shí)需要修改一下信號(hào)占空比。此外，對(duì)于如果是單向的時(shí)鐘信號(hào)，一般采用源端串聯(lián)匹配。這樣可以抑制二次反射，但不會(huì)影響時(shí)鐘沿速率。源端匹配值，可以采用下圖公式得到。

39、什么是走線的拓?fù)浼軜?gòu)？

Topology,有的也叫 routing order.對(duì)于多端口連接的網(wǎng)絡(luò)的布線次序。

40、怎樣調(diào)整走線的拓?fù)浼軜?gòu)來(lái)提高信號(hào)的完整性？

這種網(wǎng)絡(luò)信號(hào)方向比較復(fù)雜，因?yàn)閷?duì)單向，雙向信號(hào)，不同電平種類信號(hào)，拓樸影響都不一樣，很難說(shuō)哪種拓樸對(duì)信號(hào)質(zhì)量有利。而且作前仿真時(shí)，采用何種拓樸對(duì)工程師要求很高，要求對(duì)電路原理，信號(hào)類型，甚至布線難度等都要了解。

41、怎樣通過(guò)安排疊層來(lái)減少 EMI 問(wèn)題？

首先，EMI 要從系統(tǒng)考慮，單憑 PCB 無(wú)法解決問(wèn)題。層迭對(duì) EMI 來(lái)講，我認(rèn)為主要是提供信號(hào)最短回流路徑，減小耦合面積，抑制差模干擾。另外地層與電源層緊耦合，適當(dāng)比電源層外延，對(duì)抑制共模干擾有好處。



42、為何要鋪銅？

一般鋪銅有幾個(gè)方面原因。１，EMC.對(duì)于大面積的地或電源鋪銅，會(huì)起到屏蔽作用，有些特殊地，如 PGND 起到防護(hù)作用。２，PCB 工藝要求。一般為了保證電鍍效果，或者層壓不變形，對(duì)于布線較少的PCB 板層鋪銅。３，信號(hào)完整性要求，給高頻數(shù)字信號(hào)一個(gè)完整的回流路徑，并減少直流網(wǎng)絡(luò)的布線。當(dāng)然還有散熱，特殊器件安裝要求鋪銅等等原因。

43、在一個(gè)系統(tǒng)中，包含了dsp和 pld，請(qǐng)問(wèn)布線時(shí)要注意哪些問(wèn)題呢？

看你的信號(hào)速率和布線長(zhǎng)度的比值。如果信號(hào)在傳輸在線的時(shí)延和信號(hào)變化沿時(shí)間可比的話，就要考慮信號(hào)完整性問(wèn)題。另外對(duì)于多個(gè) DSP，時(shí) 鐘，數(shù)據(jù) 信號(hào)走線拓普也會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量和時(shí)序，需要關(guān)注。

44、除 protel 工具布線外，還有其他好的工具嗎？

至于工具，除了 PROTEL，還有很多布線工具，如 MENTOR 的 WG2000,EN2000 系列和 powerpcb，Cadence 的 allegro，zuken 的 cadstar,cr5000 等，各有所長(zhǎng)。

45、什么是“信號(hào)回流路徑”？

信號(hào)回流路徑,即 return current。高速數(shù)字信號(hào)在傳輸時(shí)，信號(hào)的流向是從驅(qū)動(dòng)器沿 PCB 傳輸線到負(fù)載，再由負(fù)載沿著地或電源通過(guò)最短路徑返回驅(qū)動(dòng)器端。這個(gè)在地或電源上的返回信號(hào)就稱信號(hào)回流路徑。Dr.Johson 在他的書中解釋，高頻信號(hào)傳輸，實(shí)際上是對(duì)傳輸線與直流層之間包夾的介質(zhì)電容充電的過(guò)程。SI 分析的就是這個(gè)圍場(chǎng)的電磁特性，以及他們之間的耦合。

46、如何對(duì)接插件進(jìn)行SI分析？

在 IBIS3.2 規(guī)范中，有關(guān)于接插件模型的描述。一般使用 EBD 模型。如果是特殊板，如背板，需要SPICE 模型。也可以使用多板仿真軟件（HYPERLYNX 或 IS_multiboard），建立多板系統(tǒng)時(shí)，輸入接插件的分布參數(shù)，一般從接插件手冊(cè)中得到。當(dāng)然這種方式會(huì)不夠精確，但只要在可接受范圍內(nèi)即可。

47、請(qǐng)問(wèn)端接的方式有哪些？

端接（terminal）,也稱匹配。一般按照匹配位置分有源端匹配和終端匹配。其中源端匹配一般為電阻串聯(lián)匹配，終端匹配一般為并聯(lián)匹配，方式比較多，有電阻上拉，電阻下拉，戴維南匹配，AC 匹配，肖特基二極管匹配。

48、采用端接（匹配）的方式是由什么因素決定的？

匹配采用方式一般由 BUFFER 特性，拓普情況，電平種類和判決方式來(lái)決定，也要考慮信號(hào)占空比，系統(tǒng)功耗等。

49、采用端接（匹配）的方式有什么規(guī)則？

數(shù)字電路最關(guān)鍵的是時(shí)序問(wèn)題，加匹配的目的是改善信號(hào)質(zhì)量，在判決時(shí)刻得到可以確定的信號(hào)。對(duì)于電平有效信號(hào)，在保證建立、保持時(shí)間的前提下，信號(hào)質(zhì)量穩(wěn)定；對(duì)延有效信號(hào)，在保證信號(hào)延單調(diào)性前提下，信號(hào)變化延速度滿足要求。Mentor ICX 產(chǎn)品教材中有關(guān)于匹配的一些資料。另外《High Speed Digital design a hand book of blackmagic》有一章專門對(duì) terminal 的講述，從電磁波原理上講述匹配對(duì)信號(hào)完整性的作用，可供參考。

50、能否利用器件的 IBIS 模型對(duì)器件的邏輯功能進(jìn)行仿真？如果不能，那么如何進(jìn)行電路的板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)仿真？

IBIS 模型是行為級(jí)模型，不能用于功能仿真。功能仿真，需要用 SPICE 模型，或者其他結(jié)構(gòu)級(jí)模型。