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PCB多基板的設計性能要求

2014/08/19

cdy

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多基板的設計性能大多數與單基板或雙基板類似，那就是注意避免使太多的電路塞滿太小的空間，從而造成不切實際的公差、高的內層容量、甚至可能危及產品質量的安全。因此，性能規范應該考慮內層線路的熱沖擊、絕緣電阻、焊接電阻等的完整的評估。以下內容敘述了多基板設計中應考慮的重要因素。

一、機械設計因素

機械設計包括選擇合適的板尺寸、板的厚度、板的層疊、內層銅筒、縱橫比等。

1.板尺寸

板尺寸應根據應用需求、系統箱尺寸、電路板制造者的局限性和制造能力進行最優化選擇。大電路板有許多優點，例如較少的基板、許多元器件之間較短的電路路徑，這樣就可以有更高的操作速度，井且每塊PCB板子可以具有更多的輸入輸出連接，所以在許多應用中應首選大電路板，例如在個人計算機中，看到的都是較大的母板。然而，設計大PCB板子上的信號線布局是比較困難的，需要更多的信號層或內部連線或空間，熱處理的難度也較大。因此，設計者一定要考慮各種因素，例如標準板尺寸、制作設備的尺寸和制作過程的局限性。在1PC-D-322中給出了關于選擇標準的印制電路/板尺寸的一些指導原則。

2.板厚度

多基板的厚度是由多種因素決定的，例如信號層的數目、電源板的數量和厚度、優質打孔和電鍍所需的孔徑和厚度的縱橫比、自動插入需要的元器件引腳長度和使用的連接類型。整個電路板的厚度由PCB板子兩面的導電層、銅層、基板厚度和預浸材料厚度組成。在合成的多基板上獲得嚴格的公差是困難的，大約10%的公差標準被認為是合理的。

3.板的層疊

為了將PCB板子扭曲的幾率減到最小，得到平坦的完成板，多基板的分層應保持對稱。即具有偶數銅層，并確保銅的厚度和板層的銅箔圖形密度對稱。通常層壓桓使用的構造材料的徑向（例如，玻璃纖維布）應該與層壓板的邊平行。因為粘接后層壓板沿徑向收縮，這會使電路板的布局發生扭曲，表現出易變的和低的空間穩定性。

然而，通過改善設計可以使多基板的翹曲和扭曲達到最小。通過整個層面上銅箔的平均分布和確保多基板的結構對稱，也就是保證預浸材料相同的分布和厚度，可達到減小翹曲和扭曲的目的。銅和碾壓層應該從多基板的中心層開始制作，直到最外面的兩層。規定在兩個銅層之間的最小的距離（電介質厚度）是0.080mm.

由經驗可知，兩個銅層之間的最小距離，也就是粘接之后預浸材料的最小厚度必須至少是被嵌入的銅層厚度的兩倍。換一句話說，兩個鄰近的銅層，如果每一層厚度是30μm，則預浸材料的厚度至少是2 （2 x 30μm） =120μm，這可通過使用兩層預浸材料實現（玻璃纖維織布的典型值是1080）。

4.內層銅箔

最常使用的銅箔是1oz （每平方英尺表面區域的銅箔為1oz）。然而，對于密集的PCB板子，其厚度是極其重要的，需要嚴格的阻抗控制，這種PCB板子需要使用

0.50z的銅箔。對于電源層和接地層，最好選用2oz或更重一點的銅箔。然而，蝕刻較重的銅箔會導致可控性降低，不容易實現所期望的線寬和間距公差的圖樣。因而，需要特殊的處理技術。

5.孔

根據元器件引腳直徑或對角線的尺寸，鍍通孔的直徑通常保持在0.028 0.010in之間，這樣可以確保足夠的體積，以便進行更好的焊接。

6.縱橫比

"縱橫比"是板的厚度與鉆孔直徑的比值。一般認為3： 1是標準的縱橫比，雖然像5： 1的高縱橫比也是常用的。縱橫比可通過鉆孔、除膠渣或回蝕和電鍍等因素確定。當在可生產的范圍內保持縱橫比時，過孔要盡可能的小。

二、電氣設計因素

多基板是高性能、高速度的系統。對于較高的頻率，信號的上升時間減少，因而信號反射和線長的控制變得至關重要。多基板系統中，對于電子元器件可控阻抗性能的要求很嚴格，設計要滿足以上要求。決定阻抗的因素是基板和預浸材料的介電常數、同一層面上的導線間距、層間介質厚度和銅導體厚度。在高速應用中，多基板中導體的層壓順序和信號網的連接順序也是至關重要的。介電常數：基板材料的介電常數是確定阻抗、傳播延遲和電容的重要因素。使用環氧玻璃的基板和預浸材料的介電常數可通過改變樹脂含量的百分比進行控制。

環氧樹脂的介電常數為3.45，玻璃的介電常數為6.2.通過控制這些材料的百分率，環氧玻璃的介電常數可能達到4.2 - 5.3.基板的厚度對于確定和控制介電常數就是一個很好的說明。

介電常數相對較低的預浸材料適合應用于射頻和微波電路中。在射頻和微波頻率中，較低的介電常數造成的信號延遲較低。在基板中，低損耗因素可使電損失達到最小。

預浸材料ROR 4403是ROGERS公司生產的一種新型材料。這種材料和在標準多基板（ FR -4材料）結構中使用的其他基板（例如，微波板使用的RO 4003或RO 4350）相互兼容。