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06-01
2022
智能書房燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)
基于單片機(jī)的智能書房燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)在當(dāng)前社會(huì)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)繁重，每天他們都會(huì)有很長(zhǎng)一段時(shí)間與書桌、書本為伴，當(dāng)夜幕降臨時(shí)，當(dāng)陰天光線不足時(shí)，他們就需要一盞合適的臺(tái)燈。這盞燈有著合適的亮度，能夠保護(hù)他們的視力，當(dāng)他們?cè)谡J(rèn)真學(xué)習(xí)時(shí)不用再去關(guān)注燈光是否合適；當(dāng)他們有事離開忘記關(guān)燈時(shí)，燈會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。固此，我們需要有一盞智能化的臺(tái)燈，來幫助孩子們更好更舒適地學(xué)習(xí)。時(shí)代在不斷進(jìn)步，同時(shí)科學(xué)技術(shù)和人民生活水平也在不斷進(jìn)步，人們對(duì)于生活品質(zhì)的要求也在不斷提升，智能化是提升生活品質(zhì)的重要手段，成為趨勢(shì)已成必然。早在幾年前，國(guó)外就已經(jīng)開始了智能光控的研發(fā)和應(yīng)用，國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了不少智能控制的臺(tái)燈，但是人們的要求在不斷提高，設(shè)計(jì)也需要不斷調(diào)整優(yōu)化。本設(shè)計(jì)不僅考慮到智能調(diào)光，還考慮到了人離開忘記關(guān)燈的情況，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，起到節(jié)約能源的目的。一、智能書房燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和設(shè)計(jì)框圖1、設(shè)計(jì)任務(wù)單片機(jī)的智能書房燈系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)當(dāng)前書房中的光線亮度、有無人在書房中。2、設(shè)計(jì)要求光敏模塊采集書房中的光線亮度，人體感應(yīng)模塊采集有無人員在書房中，單片機(jī)控制系統(tǒng)接收這兩種信號(hào)，并與提前設(shè)置好的閾值做對(duì)比，發(fā)出控制信號(hào)控制書房燈的亮滅，同時(shí)單片機(jī)通過調(diào)節(jié)PWM秒沖，達(dá)到調(diào)光控制燈光的亮度。3、設(shè)計(jì)框圖設(shè)計(jì)思路：傳感器信息采集→傳感器信息處理→單片機(jī)控制。本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)控制模塊、人體感應(yīng)模塊、光敏模塊、繼電器模塊、LED照明模塊構(gòu)成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。二、智能書房燈系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是以STC89C52單片機(jī)為控制核心的智能書房燈設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)分自動(dòng)模式和手動(dòng)模式。1、STC89C52單片機(jī)主控模塊設(shè)計(jì)單片機(jī)控制模塊由主控芯片STC89C52為核心，復(fù)位電路和時(shí)鐘電路組成的最小控制系統(tǒng)構(gòu)成。STC89C52單片機(jī)是一種低電壓、高性能、8位CMOS微處理器，可以擦寫達(dá)幾萬次以上，具有編程簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位和12MHz晶振的時(shí)鐘電路組成最小系統(tǒng)，具體電路如圖2所示。光敏電路模塊：AD8217輸入端通過采集GR1端電壓，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換結(jié)果通過其OUT口發(fā)送給單片機(jī)P2.7口，從而完成對(duì)于室內(nèi)光線亮度的采集；紅外熱釋電人體感應(yīng)：采集紅外線感應(yīng)器的高低電平情況，將結(jié)果發(fā)送給單片機(jī)P1.3口，從而完成對(duì)于有無人判斷；繼電器控制模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)P1.0端口控制繼電器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于書房燈的自動(dòng)化控制。2、人體感應(yīng)模塊設(shè)計(jì)人體感應(yīng)模塊主要功能是檢測(cè)是否有人存在，采用人體紅外傳感器HC-SR501，它具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，有數(shù)字輸出接口與主控芯片連接，檢測(cè)波長(zhǎng)為10μm，因?yàn)檎Ｈ梭w會(huì)發(fā)出大概為10μm左右的紅外線。當(dāng)檢測(cè)到該波長(zhǎng)的紅外線時(shí)（即人進(jìn)入其感應(yīng)范圍）則輸出高電平，當(dāng)未檢測(cè)該波長(zhǎng)的紅外線時(shí)（即人離開感應(yīng)范圍）則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。3、光敏模塊設(shè)計(jì)光敏電阻GR1是一種對(duì)光線強(qiáng)度比較敏感的元器件，不同的光線照射在該元件上會(huì)產(chǎn)生不同的阻值。亮度強(qiáng)，阻值就愈低，隨著亮度的升高，電阻值不斷變小至1kΩ以下。當(dāng)光線亮度變大，其電阻值會(huì)變小，此時(shí)GR1端的電壓值會(huì)變低，通過ADC采集GR1端電壓，然后將輸出信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行判斷亮度所處的范圍，從而調(diào)整書房燈亮度。4、LED照明模塊設(shè)計(jì)LED照明模塊的亮度調(diào)節(jié)采用PWM調(diào)光技術(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)。PWM調(diào)光方式的原理是單片機(jī)輸出具有一定占空比的數(shù)字脈沖信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)器，使驅(qū)動(dòng)器按照設(shè)置的頻率工作，以此控制開關(guān)速度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LED平均電流控制，達(dá)到調(diào)光的效果。三、智能書房燈系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)思路：（1）系統(tǒng)具有兩種工作模式：手動(dòng)模式、自動(dòng)模式；（2）單片機(jī)控制模塊識(shí)別外部傳感器信號(hào)；（3）通過單片機(jī)編程產(chǎn)生簡(jiǎn)單的數(shù)字脈沖信號(hào)（即PWM脈沖信號(hào)），實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)LED燈的亮度變化。系統(tǒng)的手動(dòng)、自動(dòng)模式通過按鍵進(jìn)行切換。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)模式時(shí)，繼電器自動(dòng)控制打開電源開關(guān)，通過紅外檢測(cè)是否有人，通過光敏電阻檢測(cè)亮度，當(dāng)紅外檢測(cè)有人時(shí)點(diǎn)亮小燈，根據(jù)光敏檢測(cè)的亮度進(jìn)行調(diào)整小燈的亮度；若紅外檢測(cè)沒人，則小燈等待一定時(shí)間后熄滅。四、智能書房燈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與結(jié)果本設(shè)計(jì)設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式，所有調(diào)試也將分別根據(jù)這兩種模式進(jìn)行。1、手動(dòng)模式在系統(tǒng)上電后，按下手動(dòng)模式開關(guān)，進(jìn)入手動(dòng)模式。手動(dòng)模式提前設(shè)置了幾個(gè)PWM脈沖占空比，通過按鍵次數(shù)設(shè)置不同的占空比，從而控制臺(tái)燈的亮度。手動(dòng)模式?jīng)]有涉及到傳感器的應(yīng)用，只應(yīng)用了LED小燈照明系統(tǒng)，程序簡(jiǎn)單，測(cè)試比較成功。2、自動(dòng)模式在系統(tǒng)上電后，按下自動(dòng)模式開關(guān)，進(jìn)入自動(dòng)模式。（1）不同亮度調(diào)試：在測(cè)試自動(dòng)模式時(shí)，為了使測(cè)試現(xiàn)象更為明顯，通過使用不同的遮光布掩蓋在光敏傳感器上，使得其獲得不同的亮度，LED臺(tái)燈隨著檢測(cè)到的不同亮度，能進(jìn)行亮度的調(diào)整，調(diào)試成功。（2）有無人的測(cè)試：系統(tǒng)啟動(dòng)后，燈亮，檢測(cè)人員離開檢測(cè)范圍，達(dá)到設(shè)定時(shí)間仍未返回，則LED燈自動(dòng)熄滅；系統(tǒng)啟動(dòng)后，燈亮，檢測(cè)人員離開檢測(cè)范圍，達(dá)到設(shè)定時(shí)間，返回至檢測(cè)范圍，LED燈正常運(yùn)行。通過上述測(cè)試，確認(rèn)系統(tǒng)可以完成預(yù)期的目標(biāo)，即可以手動(dòng)調(diào)整燈的亮度，也可以通過自動(dòng)方式控制燈的亮度，以及及時(shí)關(guān)閉電源，既保護(hù)了眼睛，又可以及時(shí)關(guān)燈，節(jié)約了電能。總結(jié)本文設(shè)計(jì)方案基本只是在原理層面上的設(shè)計(jì)，在仿真軟件中測(cè)試，仿真中的元器件以及環(huán)境都是理想的環(huán)境，沒有什么大的干擾，電路的工作狀態(tài)可以達(dá)到理論分析的效果。后續(xù)將進(jìn)一步從實(shí)際情況完善本文所提方案。按照本文設(shè)計(jì)的方案，將設(shè)計(jì)做成實(shí)物，在各類環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，找出該方案在不同環(huán)境下的問題，并進(jìn)行優(yōu)化，將該方案最終達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的基于單片機(jī)的智能書房燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳情。我們有豐富的智能電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是松翰單片機(jī)代理商、應(yīng)廣單片機(jī)代理商，出售并開發(fā)sonix與應(yīng)廣的MCU與語音IC方案。我們代理并開發(fā)杰理、安凱、全志、realtek等系列的IC與方案，還開發(fā)BLE藍(lán)牙IC、雙模藍(lán)牙模塊、wifi模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙開發(fā)、wifi技術(shù)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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07-29
2021
PCB基板材料要求
近年來，PCB市場(chǎng)重點(diǎn)從計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)向通信，包括基站、服務(wù)器和移動(dòng)終端等，以智能手機(jī)為代表的移動(dòng)通信設(shè)備驅(qū)使PCB向更高密度、更輕薄、更高功能發(fā)展。印制電路技術(shù)離不開基板材料，其中也涉及到PCB用基材的技術(shù)要求。現(xiàn)把基板材料相關(guān)內(nèi)容整理成專文，供業(yè)界參考。一、PCB板的高密度細(xì)線化的需求1.1 印刷電路板對(duì)銅箔的需求PCB全都向高密度細(xì)線化發(fā)展，HDI板尤為突出。在十年前IPC為HDI板下的定義是線寬/線距(L/S)是0.1mm/0.1mm及以下，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)基本做到常規(guī)L/S為60μm，先進(jìn)的L/S為40μm。日本的2013年版安裝技術(shù)路線圖數(shù)據(jù)是2014年HDI板常規(guī)L/S為50μm，先進(jìn)的L/S為35μm，試制性的L/S為20μm。PCB線路圖形形成，傳統(tǒng)的是銅箔基板上光致成像后化學(xué)蝕刻工藝(減成法)，減成法制作精細(xì)線路的限度最小約在30μm，并且需要用薄銅箔(9~12μm)基板。由于薄銅箔CCL價(jià)格高，及薄銅箔層壓缺陷多，較多工廠產(chǎn)生18μm銅箔然后生產(chǎn)中采取蝕刻減薄銅層。這種做法工序多、厚度控制難、成本高，還是希望用薄銅箔為好。還有，PCB線路L/S小于20μm情況下，一般薄銅箔也難以勝任，需要用到超薄銅箔(3~5μm)基板和附于載體的超薄銅箔。當(dāng)前精細(xì)線路對(duì)銅箔要求除了厚度更薄外，同時(shí)需要銅箔表面低粗糙度。通常為提高銅箔與基材的結(jié)合力，確保導(dǎo)體抗剝強(qiáng)度，都采取銅箔層粗化處理，常規(guī)的銅箔粗糙度大于5μm。銅箔粗糙的凸峰嵌入基材是提高了抗剝離性，但在線路蝕刻時(shí)為控制導(dǎo)線精度不至過蝕刻，容易有嵌入基材凸峰殘留，造成線路間短路或絕緣性下降，對(duì)精細(xì)線路尤為嚴(yán)重。因此需要低粗糙度(小于3μm)的銅箔，甚至更低粗糙度(1.5μm)的銅箔。但銅箔粗糙度降低而導(dǎo)體的抗剝強(qiáng)度仍要保持，需要對(duì)銅箔表面及基材樹脂表面作特殊處理，如有開發(fā)出平滑樹脂面上化學(xué)鍍銅高結(jié)合力銅箔;如有“分子接合技術(shù)”，是對(duì)樹脂基材表面化學(xué)處理形成一種官能基團(tuán)能與銅層密切結(jié)合。1.2 印制電路板積層絕緣介質(zhì)片的需求HDI板技術(shù)特點(diǎn)是積成法工藝(BuildingUp Process)，常用的涂樹脂銅箔(RCC)，或者半固化環(huán)氧玻璃布與銅箔層壓的積層難以達(dá)到精細(xì)線路?，F(xiàn)在趨于采用半加成法(SAP)或改進(jìn)型半加工法(MSAP)，即采用絕緣介質(zhì)膜積層，再化學(xué)鍍銅形成銅導(dǎo)體層，因銅層極薄容易形成精細(xì)線路。半加成法技術(shù)重點(diǎn)之一是積層介質(zhì)材料，為符合高密度細(xì)線路要求對(duì)積層材料提出介質(zhì)電氣性、絕緣性、耐熱性、結(jié)合力等要求，以及與HDI板工藝適應(yīng)性。目前國(guó)際上的HDI積層介質(zhì)材料主要是日本味之素公司的ABF/GX系列產(chǎn)品，以環(huán)氧樹脂搭配不同固化劑，以添加無機(jī)粉末提高材料剛性及減少CTE，也有使用玻纖布增強(qiáng)剛性。另有日本積水化學(xué)公司的類似薄膜積層材料，臺(tái)灣工研院也開發(fā)了此類材料。ABF材料也在不斷改進(jìn)發(fā)展，新一代積層材料特別要求表面低粗化度、低熱膨脹率、低介質(zhì)損耗及薄型剛強(qiáng)化等。全球半導(dǎo)體封裝中IC封裝載板由有機(jī)基板取代陶瓷基板，倒裝芯片(FC)封裝載板的節(jié)距越來越小，現(xiàn)在典型的線寬/線距為15μm，接下來會(huì)更細(xì)。多層的載板性能重點(diǎn)要求低介電性、低熱膨脹系數(shù)和高耐熱性，在滿足性能目標(biāo)基礎(chǔ)上追求低成本的基板?，F(xiàn)在精細(xì)線路批量化生產(chǎn)基本都采用絕緣介質(zhì)積層結(jié)合壓薄銅箔的MSPA工藝。用SAP方法制造L/S小于10μm電路圖形。PCB達(dá)到更密更薄則HDI板技術(shù)從含芯板積層發(fā)展為無芯板任意層互連積層(Any layer)，同樣功能的任意層互連積層HDI板比含芯板積層HDI板面積和厚度可減少約25%。這些必須使用更薄的并保持電性能良好的介質(zhì)層。二、印刷電路板的高頻高速化需求電子通信技術(shù)從有線到無線，從低頻、低速到高頻、高速?，F(xiàn)在的手機(jī)性能已進(jìn)入5G，就是有更快傳輸速度、更大傳輸容量。全球云計(jì)算時(shí)代到來使數(shù)據(jù)流量成倍增加，通訊設(shè)備高頻高速化是必然趨勢(shì)。PCB為適合高頻、高速傳輸?shù)男枰穗娐吩O(shè)計(jì)方面減少信號(hào)干擾與損耗，保持信號(hào)完整性，以及PCB制造保持符合設(shè)計(jì)要求外，重要的是有高性能基材。設(shè)計(jì)工程師為解決PCB增加速度和信號(hào)完整性，主要是針對(duì)電信號(hào)損失屬性?；倪x擇的關(guān)鍵因素介電常數(shù)(Dk)與介質(zhì)損耗(Df)，當(dāng)Dk低于4與Df 0.010以下為中Dk/Df級(jí)層壓板，當(dāng)Dk低于3.7與Df 0.005以下為低Dk/Df級(jí)層壓板，現(xiàn)在有多種基材進(jìn)入市場(chǎng)可供選擇。目前較多采用的高頻電路板基材主要是氟系樹脂、聚苯醚(PPO或PPE)樹脂和改性環(huán)氧樹脂這三大類材料。氟系介質(zhì)基板，如聚四氟乙烯(PTFE)介電性能最低，通常應(yīng)用在5GHz以上。另外還有用改性環(huán)氧FR-4或PPO基材，可用于1GHz~10GHz之間的產(chǎn)品。這三大類高頻基板材料,以環(huán)氧樹脂成本最便宜,而氟系樹脂最昂貴;從介電常數(shù)、介質(zhì)損耗、吸水率和頻率特性考慮,氟系樹脂最佳,環(huán)氧樹脂較差。當(dāng)產(chǎn)品應(yīng)用的頻率高過10GHz時(shí),只有氟系樹脂印制板才能適用。但PTFE其不足之處除成本高外是剛性差，及熱膨脹系數(shù)較大。對(duì)于聚四氟乙烯(PTFE)而言，為改善性能用大量無機(jī)物(如二氧化硅SiO2)填充材料或玻璃布作增強(qiáng)，來提高基材剛性及降低其熱膨脹性。另外因聚四氟乙烯樹脂本身的分子惰性，造成不容易與銅箔結(jié)合性差，因此更需與銅箔結(jié)合面的特殊表面處理。處理方法上有聚四氟乙烯表面進(jìn)行化學(xué)蝕刻或等離子體蝕刻，增加表面粗糙度或者在銅箔與聚四氟乙烯樹脂之間增加一層粘合膜層提高結(jié)合力，但可能對(duì)介質(zhì)性能有影響,整個(gè)氟系高頻電路基板還需要進(jìn)一步開發(fā)。由改性環(huán)氧樹脂或由聚苯醚(PPE)和偏苯三酸酐(TMA)、二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)及雙馬來酰亞胺(BMI)合成unique的獨(dú)特絕緣樹脂，與玻璃布構(gòu)成類似FR-4覆銅板在現(xiàn)階段被選擇較多，因?yàn)榫哂袃?yōu)秀的耐熱性和介電性、機(jī)械強(qiáng)度，并compat兼有常規(guī)PCB的加工性，會(huì)比PTFE類基板更受歡迎。玻璃布在基板中拖了Dk后腿，E玻璃布之Dk6.6(1MHz)，環(huán)氧樹脂Dk 3.6(1MHz)，組成FR-4的Dk 4.2~4.8。新型NE玻璃布Dk 4.4，組成FR-4的Dk 4.0左右。采用新型NE玻璃布是降低Dk的有效方法。例如，松下推出的Megtron 6高頻基板使用聚苯醚(PPO)為主要樹脂，Dk=3.4，Df=0.0015(1GHz)。日本利昌工業(yè)也使用聚苯醚為主體樹脂的基板，推出的CS-3376CN新基板其Dk=3.1，類同于PTFE基板。三菱瓦斯新的BT樹脂基板由調(diào)整BT與環(huán)氧樹脂比例，比其原有BT基板的介電特性要低近60%。依索拉的Tachyon-100G基材具有PTFE類同的電氣性能，及具有FR-4類同的PCB加工條件，在40GHz下Dk 3.0和Df 0.002，達(dá)到傳送100千兆位以太網(wǎng)（100GbE）的需要。對(duì)高頻用覆銅板除了上述樹脂等絕緣材料性能有特殊要求外，導(dǎo)體銅的表面粗糙度(輪廓)也是影響信號(hào)傳輸損耗的一個(gè)重要因素，這是受集膚效應(yīng)(Skin Effect)的影響。集膚效應(yīng)為高頻信號(hào)傳輸時(shí)在導(dǎo)線產(chǎn)生電磁感應(yīng)，在導(dǎo)線截面中心處電感較大，使得電流或信號(hào)趨于導(dǎo)線表面集中。導(dǎo)體表層粗糙度影響到傳輸信號(hào)損失，表面光滑損失小。在相同頻率下，銅表面粗糙度越大，信號(hào)損耗越大，所以我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中盡可能控制表面銅厚的粗糙度，粗糙度在不影響結(jié)合力的情況下越小越好。特別是對(duì)10 GHz以上范圍的信號(hào)。在10 GHz時(shí)銅箔粗糙度需要低于1μm，使用超平面銅箔(表面粗糙度0.04μm)效果更佳。銅箔表面粗糙度還需結(jié)合適宜的氧化處理和粘合樹脂系統(tǒng)。在不久的將來，會(huì)有一種幾乎沒有輪廓的涂有樹脂的銅箔，能有更高的剝離強(qiáng)度并且不影響介質(zhì)損耗。三、印制電路板的高耐熱散熱性需求伴隨著電子設(shè)備小型化、高功能，產(chǎn)生高發(fā)熱，電子設(shè)備的熱管理要求不斷增加，選擇的一個(gè)解決方案是發(fā)展導(dǎo)熱性印制電路板。能耐熱和散熱PCB的首要條件是基板的耐熱與散熱性，目前對(duì)基材通過樹脂改進(jìn)與添加填料在一定程度上提高了耐熱與散熱性，但這導(dǎo)熱性改善是非常有限的。典型的是采用金屬基板（IMS）或金屬芯印制電路板，起到發(fā)熱組件的散熱作用，比傳統(tǒng)的散熱器、風(fēng)扇冷卻縮小體積與降低成本。鋁是一種很有吸引力的材料，它資源豐富、成本低、良好的導(dǎo)熱性能和強(qiáng)度，及環(huán)境友好，目前金屬基板或金屬芯多數(shù)是金屬鋁。鋁基電路板的優(yōu)點(diǎn)有簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)、電子連接可靠、導(dǎo)熱和強(qiáng)度高、無焊接無鉛環(huán)保等，從消費(fèi)品到汽車、軍品和航天都可設(shè)計(jì)應(yīng)用。金屬基板的導(dǎo)熱性和耐熱性無需置疑，關(guān)鍵在于金屬板與電路層間絕緣粘結(jié)劑之性能。目前熱管理的驅(qū)動(dòng)力重點(diǎn)在LED，LED的輸入功率有近80%轉(zhuǎn)換成熱，因此LED的熱管理問題深受重視，重點(diǎn)是LED用基板的散熱性。高耐熱環(huán)保型散熱絕緣層材料的構(gòu)成，為切入高亮度LED照明市場(chǎng)打下基礎(chǔ)。四、PCB板的撓性和印制電子及其它需求4.1 撓性板需求電子設(shè)備的小型化、輕薄化，必然大量使用撓性印制電路板(FPCB)和剛撓結(jié)合印制電路板(R-FPCB)。全球的FPCB市場(chǎng)目前估計(jì)約130億美元，預(yù)計(jì)每年增長(zhǎng)率高于剛性PCB。隨著應(yīng)用面的擴(kuò)大，除了數(shù)量增加也會(huì)有許多新的性能要求。就聚酰亞胺膜有無色透明、白色、黑色和黃色等不同種類，具有高耐熱與低CTE性能，以適合不同場(chǎng)合使用。成本效益佳的聚酯薄膜基板同樣有市場(chǎng)，新的性能挑戰(zhàn)有高彈性、尺寸穩(wěn)定性、膜表面品質(zhì)，以及薄膜的光電耦合性和耐環(huán)境性等，以滿足最終用戶不斷變化的要求。FPCB與剛性HDI板一樣要適應(yīng)高速度和高頻率信號(hào)傳輸要求，撓性基材的介電常數(shù)和介電損耗同樣必須關(guān)注，可利用聚四氟乙烯和先進(jìn)的聚酰亞胺基板構(gòu)成撓性電路。在聚酰亞胺樹脂中添加無機(jī)粉末和碳纖維填料，可產(chǎn)生一種三層結(jié)構(gòu)的可撓曲導(dǎo)熱基板。選用無機(jī)填料有氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2 O 3)和六角形氮化硼(HBN)。該基材有1.51W/mK導(dǎo)熱性，可經(jīng)受2.5kV耐電壓、180度彎曲試驗(yàn)。FPCB應(yīng)用市場(chǎng)如智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)器人等，對(duì)FPCB性能結(jié)構(gòu)提出新要求，開發(fā)出FPCB新產(chǎn)品。如超薄撓性多層板，四層FPCB從常規(guī)的0.4mm減薄至約0.2mm；高速傳輸撓性板，采用低Dk和低Df聚酰亞胺基材，達(dá)到5Gbps傳輸速度要求；大功率撓性板，采用100μm以上厚導(dǎo)體，以適應(yīng)高功率大電流電路需要；高散熱金屬基撓性板是局部使用金屬板襯底之R-FPCB；觸覺感應(yīng)性撓性板，由壓力傳感膜和電極夾在兩個(gè)聚酰亞胺薄膜之間，組成撓性觸覺傳感器；可伸縮撓性板或剛撓結(jié)合板，其撓性基材為彈性體，金屬導(dǎo)線圖案的形狀改進(jìn)成為可伸縮。這些特殊的FPCB當(dāng)然需要非常規(guī)的基材。4.2 印制電子需求印制電子近幾年勢(shì)頭興盛，預(yù)測(cè)到2020年代中期印制電子將有超3000億美元的市場(chǎng)。印制電子技術(shù)應(yīng)用于印制電路產(chǎn)業(yè)，是印制電路技術(shù)的一部分，這在行業(yè)內(nèi)已成共識(shí)。印制電子技術(shù)最接近FPCB，現(xiàn)在已有PCB制造商投入印制電子，他們從撓性板開始，用印制電子電路(PEC)替代印制電路板(PCB)。目前基材和油墨材料繁多，一旦性能與成本有突破就會(huì)大量應(yīng)用，PCB制造商不要錯(cuò)失機(jī)會(huì)。印制電子目前重點(diǎn)應(yīng)用是低成本的制造射頻識(shí)別（RFID）標(biāo)簽，可以成卷印刷完成。潛在的是印刷顯示器、照明和有機(jī)光伏領(lǐng)域。可穿戴技術(shù)市場(chǎng)是當(dāng)前新興的一個(gè)有利市場(chǎng)?？纱┐骷夹g(shù)各種產(chǎn)品，如智能服裝和智能運(yùn)動(dòng)眼鏡，活動(dòng)監(jiān)視器，睡眠傳感器，智能表，增強(qiáng)逼真的耳機(jī)、導(dǎo)航羅盤等?？纱┐骷夹g(shù)設(shè)備少不了撓性電子電路，將帶動(dòng)撓性印制電子電路的發(fā)展。印制電子技術(shù)的重要一方面是材料，包括基材和功能性油墨。撓性基材除現(xiàn)有FPCB適用外，也開發(fā)更高性能基材，目前有陶瓷和高分子樹脂混合構(gòu)成的高介電基板材料，還有高溫基材、低溫基材和無色透明基材、黃色基材等。4.3 埋置元件板需求埋置元件印制電路板(EDPCB)是實(shí)現(xiàn)高密度電子互連的一種產(chǎn)品，埋置元件技術(shù)在PCB有很大的潛力。埋置元件技術(shù)有成型元件埋置法、印制元件埋置法，印制元件又分為厚膜元件與薄膜元件。制作薄膜元件需要特種基板，如覆銅板的銅箔下層含有鎳磷合金箔，供制作薄膜電阻;雙面覆銅板間夾有高介電常數(shù)基材供制作平面電容，形成埋置無源元件印制板。還有開發(fā)填充陶瓷粉末的聚合物復(fù)合材料，具有介電常數(shù)高、高頻率下介質(zhì)損耗小、電介質(zhì)層厚度薄，可制作PCB內(nèi)層射頻電容。埋置元件擴(kuò)展到撓性印制板范疇，聚酰亞胺覆銅板也考慮制作薄膜元件的聚酰亞胺覆銅板。4.4 PCB板的其它特殊需求現(xiàn)在又有激光直接構(gòu)件(LDS：Laser Direct Structuring)技術(shù)開發(fā)，可以用于制造電子電路和元件集成的模型互連器件，LDS工藝采用熱塑性塑料和金屬氧化物材料，由激光成型和電路金屬化。3D打印技術(shù)在試圖用于PCB制造，電路圖形不局限于二維平面，成為立體構(gòu)件，此技術(shù)也需要熱塑性高分子材料。新興的醫(yī)療電子設(shè)備開始登場(chǎng)，其中有部分裝置是植入身體的，如用于血糖傳感性、診療導(dǎo)管和人工耳蝸等，其采用的PCB基材是生物惰性基材(PI或LCP)，選用的導(dǎo)體是穩(wěn)定的純貴金屬(金、鉑)?？偨Y(jié)以上PCB技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)是閱看近期印制電路行業(yè)相關(guān)資料信息，歸納而成。認(rèn)識(shí)難免有偏見或不完全之處，僅供參考。物聯(lián)網(wǎng)、智慧家庭、智慧城市提出，將是電子信息產(chǎn)業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，將會(huì)配置許多新的電子設(shè)備，也就會(huì)有許多新的PCB及其基材需求，需早作準(zhǔn)備，及時(shí)加入。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的印制電路技術(shù)發(fā)展與對(duì)基材的要求。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國(guó)內(nèi)外芯片代理商：松翰、應(yīng)廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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07-28
2021
集成電路技術(shù)發(fā)展
集成電路也叫做積體電路，這是一種微型的電子器件，這種微型的結(jié)構(gòu)采用一定的工藝來完成，具有所需的電路功能，里面包含了二極管、電容、電阻和電感等一系列元件，這些元件相互連接在一起并被制作在一小塊介質(zhì)基片中，這個(gè)介質(zhì)基片被裝在一個(gè)管殼內(nèi)。這樣一來大大縮小了電路的體積，焊接點(diǎn)的數(shù)目也得到減少，使得電子元件的可靠性大大提高。近年來，信息技術(shù)、軟件技術(shù)等高新技術(shù)發(fā)展快速，這與集成電路技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用有著密不可分的關(guān)系。集成電路技術(shù)不僅是信息技術(shù)的發(fā)展基石，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要發(fā)展方向，被認(rèn)為是二十世紀(jì)最偉大的工程技術(shù)之一。我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，集成電路技術(shù)的發(fā)展關(guān)系到傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展，是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)和科技發(fā)展的重中之重?；诖耍疚暮?jiǎn)要研究了集成電路技術(shù)的基本各項(xiàng)指標(biāo)和發(fā)展趨勢(shì)。半導(dǎo)體集成電路的具有很多優(yōu)勢(shì)，它功耗較低、集成度很高、體積相比來說較小以及有龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，正是由于這些優(yōu)點(diǎn)以半導(dǎo)體集成電路為基礎(chǔ)的通信元件被廣泛應(yīng)用，例如：移動(dòng)電話、固定電話、筆記本電腦以及數(shù)字編解碼器等一系列終端設(shè)備的制造都離不開半導(dǎo)體集成電路的運(yùn)用。下面將會(huì)重點(diǎn)介紹半導(dǎo)體集成電路在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。一、集成電路工藝水平的指標(biāo)所謂集成電路，顧名思義，是采用半導(dǎo)體工藝技術(shù)，將二極管、晶體管、電阻、電容、電感元件等電路所需元器件，在一塊或幾塊很小的半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上集成制作，并形成完整的電路，最后在管殼中將制作成的電路封裝起來，由此形成的具有電路功能的微型結(jié)構(gòu)就是集成電路。集成電路是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其工藝技術(shù)水平在一定程度上決定著集成電路的產(chǎn)業(yè)水平，下面就簡(jiǎn)要介紹衡量集成電路工藝水平的幾個(gè)主要指標(biāo)。(1)集成度：集成電路的集成度是指一個(gè)IC芯片上所包含的晶體管的數(shù)量，在芯片面積相同的情況下，集成度越高，意味著集成的元件數(shù)量越多，電路功能也就越強(qiáng)大，芯片速度、可靠性、功耗等性能都有著明顯的提升，同時(shí)芯片的成本大大下降，占用重量和體積也有所減小。由此可見，集成度是衡量IC技術(shù)先進(jìn)性的重要指標(biāo)。(2)特征尺寸：對(duì)于電子元器件來說，其特征尺寸是指半導(dǎo)體器件中的最小尺寸。通過減小特征尺寸，能夠有效提升IC芯片的集成度，優(yōu)化其性能。光刻技術(shù)的發(fā)展是集成電路特征尺寸減小的前提所在，近年來光刻技術(shù)日漸進(jìn)步，集成電路特征尺寸也越來越小，就目前來看，0.18μm、0.15μm、0.13μm級(jí)別的集成電路都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，而在市場(chǎng)中，65nm和90nm級(jí)別的集成芯片也已經(jīng)有了成熟的產(chǎn)品。(3)晶片直徑：為了提升集成電路的集成度，往往需要適當(dāng)增大芯片面積，但需要注意的是，芯片面積的增大，會(huì)導(dǎo)致每個(gè)圓片內(nèi)包含的芯片數(shù)量有所減少，從而降低生產(chǎn)效率，導(dǎo)致成本增加。而增加晶片直徑則能夠有效解決這一問題，就目前來看，集成電路主流晶元尺寸為8英寸和12英寸，而14英寸及以上晶元尺寸的研發(fā)和應(yīng)用也是大勢(shì)所趨。(4)封裝：IC封裝最早采用插孔封裝方式，為了適應(yīng)電子設(shè)備高密度組裝的需要，表面安裝封裝技術(shù)已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)插孔封裝方式。在一些電子設(shè)備中，采用表面封裝方式能夠有效節(jié)約空間，優(yōu)化性能，降低封裝成本。相較于傳統(tǒng)插孔封裝方式來說，表面封裝下的電路板費(fèi)用降幅達(dá)到了60%之多。此外，近年來系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)的發(fā)展也比較迅速，系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)有利于優(yōu)化系統(tǒng)性能，縮短開發(fā)周期，對(duì)于提升封裝效率和降低成本也有著積極的作用。尤其在藍(lán)牙模塊、記憶卡、功放器等低成本、小面積、短周期、便攜式的電子產(chǎn)品上，系統(tǒng)封裝技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)十分明顯。二、集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1、集成電路尺寸逐步縮小從縱向上來看，隨著各種新技術(shù)的發(fā)展，集成電路芯片集成度逐年提高，基本上每三年就能夠提高4倍，而加工特征尺寸不斷縮小，這就是著名的摩爾定律，由Intel公司創(chuàng)始人之一的摩爾博士提出。近年來，集成電路芯片市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，積極提升產(chǎn)品性能和性價(jià)比是長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵，同時(shí)也是IC技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)力。而縮小特征尺寸則有利于提升集成度，從而提升產(chǎn)品性能和性價(jià)比。就目前來看，特征尺寸在22nm以下的電路已經(jīng)被生產(chǎn)出來，集成電路正在逐漸接近物理極限。需要注意的是，受到工藝技術(shù)和經(jīng)濟(jì)承受力的限制，需要對(duì)尺度極限進(jìn)行界定，雖然現(xiàn)在還沒有明確的定論，但微型化發(fā)展仍然是主要趨勢(shì)，集成電路的特征尺寸仍然在按照摩爾定律發(fā)展。尤其隨著IC設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)的提高，IC規(guī)模主機(jī)擴(kuò)大，復(fù)雜度也越來越高，在一個(gè)芯片中，集成的晶體管數(shù)量越來越多，集成電路技術(shù)逐漸從3G時(shí)代發(fā)展到3T時(shí)代，存儲(chǔ)量進(jìn)一步增大。而集成電路的速度也越來越快，數(shù)據(jù)傳輸速度從Gbps發(fā)展到Tbps。在近50年內(nèi)，IC技術(shù)發(fā)展快速，IC技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)則越來越小，而晶體管價(jià)格也逐步降低，這也是集成電路的發(fā)展趨勢(shì)。2、系統(tǒng)集成芯片系統(tǒng)集成芯片也稱為SOC，其能夠?qū)⑽⑻幚砥?、模擬IP核、數(shù)字IP核及片外存儲(chǔ)器控制結(jié)構(gòu)等各種功能結(jié)合在一起，以此來提升電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，還有利于降低功耗，從而有效解決傳統(tǒng)集成電路能耗高、穩(wěn)定性差的問題，在未來發(fā)展的過程中，必將引起以芯片為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革命。3、集成電路的新材料、新技術(shù)的涌現(xiàn)在集成電路所有材料中，鍺是最先投入使用的，之后是硅。對(duì)于光電器件等特種集成電路來說，一般會(huì)使用一些化合物半導(dǎo)體材料，如硫化鎘、砷化鎵等。相較于其他材料來說，硅材料在電學(xué)、物理等性能及成本方面有著較大的優(yōu)越性，這也使得其成為當(dāng)前集成電路的主流材料。硅單晶材料也處于不斷發(fā)展中，硅圓片直徑逐漸增大，目前已經(jīng)達(dá)到了16和18英寸的水平。4、集成電路在新領(lǐng)域的應(yīng)用當(dāng)今時(shí)代是信息時(shí)代，而集成電路也在信息時(shí)代下迎來了新的發(fā)展高峰，尤其隨著集成電路各種關(guān)鍵技術(shù)的成熟，其在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來越廣泛，在智能手機(jī)、智能汽車、聯(lián)動(dòng)安防等各個(gè)新領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展也值得期待。隨著智能手機(jī)的不斷發(fā)展，新的手機(jī)芯片設(shè)計(jì)技術(shù)也越來越受到關(guān)注，其中的關(guān)鍵在于適應(yīng)計(jì)算，采用適應(yīng)計(jì)算技術(shù)能有效刷新芯片實(shí)線電路，相較于當(dāng)前固定不變的芯片來說，單個(gè)芯片即可實(shí)現(xiàn)幾個(gè)芯片的功能，同時(shí)有利于提升芯片速度，降低成本和功耗。此外，在視覺修復(fù)、火車站安防系統(tǒng)、人臉識(shí)別、汽車智能等領(lǐng)域，集成電路技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，已經(jīng)逐步深入到人們生活的各個(gè)方面。三、通信系統(tǒng)中集成電路的應(yīng)用現(xiàn)如今的信息時(shí)代，人們的生活方方面面都受到信息技術(shù)的影響，各行各業(yè)都受到其帶來的沖擊。微電子技術(shù)作為信息技術(shù)的基礎(chǔ)，對(duì)信息技術(shù)的發(fā)展影響巨大。而微電子技術(shù)的核心和關(guān)鍵是集成電路，集成電路同時(shí)也是整個(gè)信息社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)和根本，因此深入的研究和探索集成電路十分有必要。通訊網(wǎng)絡(luò)正在由之前的大體積向小體積轉(zhuǎn)變和低速率向高速率轉(zhuǎn)變以及高耗能向低耗能轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變是要求在網(wǎng)絡(luò)容量和速度得到保證的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，同時(shí)對(duì)這種轉(zhuǎn)變的研究已經(jīng)成為了通訊領(lǐng)域現(xiàn)階段的熱點(diǎn)之一。1、有線通訊系統(tǒng)中集成電路的應(yīng)用密集波復(fù)用技術(shù)和摻鉺光纖放大器在二十世紀(jì)后期出現(xiàn)，這使得光纖通信展現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)并成為了有線通信網(wǎng)中的首選，在傳輸容量和傳輸距離以及傳輸速度方便大大增強(qiáng)，從此慢慢終結(jié)了早期銅線通信的時(shí)代。在二十一世紀(jì)的今天，光纖通信不斷發(fā)展，又出現(xiàn)了微電子和光電器以及光電子等一系列技術(shù)?，F(xiàn)如今，一根光纖就可以完成上百個(gè)波長(zhǎng)的傳輸，而傳輸距離能夠達(dá)到1000Km以上。光通訊中一個(gè)最關(guān)鍵的組成部分是激光源，半導(dǎo)體激光器的壽命在之前一直很低，自上個(gè)世紀(jì)七十年代，半導(dǎo)體激光器的壽命問題得到了解決，長(zhǎng)壽命的半導(dǎo)體激光器得到成功研制，這為光通信的實(shí)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。這種激光器有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如：體積小和工作可靠性高等，使得這種激光器成為光纖通信中的理想光源。半導(dǎo)體激光器構(gòu)成中的核心器件是集成電路，而集成電路構(gòu)成的基礎(chǔ)是硅基化合物半導(dǎo)體?，F(xiàn)如今，D F B激光器的實(shí)現(xiàn)正是借助光電單片集成技術(shù)，而這種激光器正在廣泛應(yīng)用于光通信領(lǐng)域。光放大器和光探測(cè)器等都是光纖通信中的重要組成部分，它們核心部件的構(gòu)成是利用光電子集成技術(shù)來完成的。這種技術(shù)能夠?qū)⑵骷母鞣矫嫘阅艽蠓却蠓秶奶岣?，并將器件都集中在同一塊芯片上面，使得在體積和功耗等方面得到優(yōu)化。而光的合波或者分波器在D W D M系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)也是通過集成電路技術(shù)來完成的，目前正在向著全光處理以及高速傳輸?shù)姆较蛱剿餮芯俊＜晒鈱W(xué)是在集成電路廣泛應(yīng)用的背景下產(chǎn)生的，現(xiàn)在已經(jīng)持續(xù)發(fā)展成為一門新興的光學(xué)學(xué)科。2、無線通訊系統(tǒng)中集成電路的應(yīng)用現(xiàn)如今，我國(guó)的信息化社會(huì)正在以我們想象不到的速度飛速發(fā)展，無線通信有著眾多的優(yōu)點(diǎn)，例如：及時(shí)性強(qiáng)和靈活方便等，這種通信技術(shù)的潛力十分廣闊。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)就是我們常說的2G，這種系統(tǒng)的是在二十世紀(jì)八十年代開始商用的，從那以后的短短30多年，無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙和全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，以及3G甚至4G都已經(jīng)風(fēng)靡全球并普及到尋常百姓的家中。各種無線終端以及移動(dòng)電話也慢慢走入人們生活的方方面面，例如通過手機(jī)就可以完成酒店的預(yù)訂、電影票的預(yù)訂、火車票和飛機(jī)票的預(yù)訂以及旅游門票的預(yù)訂。與此同時(shí)，無線通訊設(shè)備的發(fā)展也越來越小型化、越來越容量達(dá)、越來越低功耗，這其中小型化的實(shí)現(xiàn)正是靠著電子元件的集成化來完成的。目前，移動(dòng)終端的核心芯片尺寸已將縮小為不到三十平方厘米，這種轉(zhuǎn)變的實(shí)現(xiàn)絕對(duì)離不開集成電路技術(shù)的發(fā)展，因此研究和探索集成電路是十分有必要的一件事?；鶐卧蜕漕l單元都是無線通信終端的關(guān)鍵部件，這兩個(gè)部件都是由集成電路構(gòu)成的?；パa(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體集成電路簡(jiǎn)稱CM O S，基帶單元的構(gòu)成正是由這種集成電路來完成的，而射頻單元的構(gòu)成是由半導(dǎo)體器件來完成的。集成電路技術(shù)正在廣泛應(yīng)用于無線通信基站的信號(hào)處理單元和交換設(shè)備，這使得高效的信號(hào)交換過程得以發(fā)展和實(shí)現(xiàn)。由此可見，無線通信借助于集成電路的發(fā)展迅速實(shí)現(xiàn)了快和小的特點(diǎn)，為用戶提供了滿意的服務(wù)，豐富和滿足以及方便了人們的生活的方方面面。四、集成電路的應(yīng)用前景通訊領(lǐng)域與集成電路技術(shù)就好比魚和水的關(guān)系，通訊領(lǐng)域自從有了集成電路如魚得水般的取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，同樣的，通訊行業(yè)中新型技術(shù)的不斷涌現(xiàn)也使得集成電路技術(shù)如魚得水般的有了飛速的發(fā)展?，F(xiàn)如今，通信正在向光通信轉(zhuǎn)變，而通信元件的尺寸也在不斷變小，正在向著納米量級(jí)跨越。在今后，光集成必將會(huì)取代電集成，相信在不久的將來通信領(lǐng)域會(huì)有一個(gè)質(zhì)的跨越。1、在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用前景集成電路在光纖通信系統(tǒng)中的發(fā)展及研究將會(huì)聚集在新型高速全光器上面。這種全光器應(yīng)該具有能夠?qū)崿F(xiàn)全光信號(hào)處理和易集成的特點(diǎn)，這是全光通信完成以及實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。現(xiàn)如今，光通信系統(tǒng)還有一些問題需要解決，光通信網(wǎng)絡(luò)速度還有待提高。相信在今后，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新型高速全光器的應(yīng)用和創(chuàng)新一定能夠?qū)崿F(xiàn)。2、在無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用前景無線設(shè)備的終端芯片在無線通信中發(fā)揮著巨大的作用，這種芯片一直以來都向著小型化的方向發(fā)展著，但未來的研究熱點(diǎn)并不僅限于此，應(yīng)該向著多元化的方向去研究，即多業(yè)務(wù)、多功能、多種工作模式的集成電路模塊。除此之外還有一些技術(shù)需要進(jìn)行不斷的深入研究并進(jìn)行創(chuàng)新，如智能天線技術(shù)、無線通信終端之間的信息傳遞以及軟件無線電技術(shù)等，這些技術(shù)都會(huì)為通信集成電路技術(shù)的發(fā)展增光添彩。總結(jié)綜上所述，縱觀近年來世界電子信息新興技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史我們可以發(fā)現(xiàn)，集成電路是當(dāng)代電子信息技術(shù)的核心和發(fā)展基礎(chǔ)，關(guān)系到國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，是典型的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)。本文簡(jiǎn)要介紹了集成電路的概念，對(duì)集成電路工藝技術(shù)水平指標(biāo)進(jìn)行了梳理和歸納，最后展望了其未來發(fā)展趨勢(shì)，旨在進(jìn)一步促進(jìn)集成電路技術(shù)的發(fā)展。硅集成電路的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)潛力和發(fā)展前景還十分廣闊，至少還有很長(zhǎng)時(shí)間會(huì)按照摩爾定律去穩(wěn)步發(fā)展。目前對(duì)微電子技術(shù)也有了更深的研究，已經(jīng)由納米時(shí)代向深納米時(shí)代逐步發(fā)展。在通訊行業(yè)及領(lǐng)域中，集成電路技術(shù)還有很大的提升空間，還有一些困難和問題需要去研究并解決。盡管如此，集成電路會(huì)隨著材料制造水平的進(jìn)步以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)揮更重要的作用，相信集成電路的發(fā)展將會(huì)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和通訊行業(yè)及領(lǐng)域帶來更好的促進(jìn)作用。通訊工程的整體效益受到通訊工程技術(shù)高低的影響，因此在今后我們需要緊緊跟上時(shí)代的步伐，加大對(duì)通訊集成電路的研究和探索，從而對(duì)通訊工程的建設(shè)水平進(jìn)行提升，進(jìn)而促進(jìn)整個(gè)人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)研究。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國(guó)內(nèi)外芯片代理商，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS方案開發(fā)、藍(lán)牙音頻開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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07-27
2021
BGA芯片PCB設(shè)計(jì)
0.5mm間距BGA芯片的PCB設(shè)計(jì)隨著微電子技術(shù)和工藝的飛速發(fā)展，高密度的球柵陣列（BGA）器件具有封裝體積小、單位面積引腳數(shù)量多、焊球耐沖擊力強(qiáng)、信號(hào)完整性和散熱性能佳以及更小的焊接誤差等優(yōu)點(diǎn)，因而在通信網(wǎng)絡(luò)、消費(fèi)終端、軍工電子、可編程邏輯器件等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。如今，市面上可見的BGA器件管腳數(shù)目最高可達(dá)2000多個(gè)，管腳間距最小可達(dá)0.3mm，更高的引腳數(shù)和更小的引腳間距使得硬件設(shè)計(jì)師面臨巨大挑戰(zhàn)，必須采用更先進(jìn)的PCB技術(shù)來滿足設(shè)計(jì)需求，而提高PCB密度最有效的方法是減少通孔的數(shù)量，及精確設(shè)置盲孔，埋孔來實(shí)現(xiàn)。本文以某項(xiàng)目采用萊迪斯公司的EPLD芯片為例，著重從高速信號(hào)回流、疊層設(shè)計(jì)、加工工藝技術(shù)等方面考慮，進(jìn)行了0.5mm間距BGA封裝的具體PCB設(shè)計(jì)，較好實(shí)現(xiàn)了單板的工作性能。一、0.5mm間距BGA某項(xiàng)目單板設(shè)計(jì)方案采用了萊迪斯公司的可編程邏輯器件（EPLD）芯片，該BGA器件引腳數(shù)目為256，尺寸大小10mm×10mm，焊盤間距0.5mm。芯片焊盤尺寸如圖1所示。如圖所示：焊盤直徑為0.3mm，相鄰兩個(gè)焊盤的中心點(diǎn)間距為0.5mm，邊緣間距為0.2mm（7.87mil），相鄰兩個(gè)對(duì)角線焊盤的中心點(diǎn)間距為0.47mm。顯然，焊盤之間的銅線越細(xì)，銅線與焊盤的間距越小，加工工藝難度越大，PCB成本也就越高，可靠性也越差。目前，主流印制板廠商的成熟工藝水平是銅線寬度為0.1mm（4mil），銅線到焊盤間距為0.1mm（4mil），所以，如果要在0.5mmBGA芯片的兩個(gè)焊盤之間畫銅線，至少需要的距離是0.3mm（12mil），顯然在兩個(gè)焊盤之間直接畫銅線不可行。另外，目前國(guó)內(nèi)主流印制板廠商的最小金屬化通孔大小為內(nèi)徑0.2mm，外徑0.4mm，大于圖1中兩個(gè)相鄰對(duì)角線焊盤0.4mm的間距，因此常規(guī)從焊盤引線打孔方法亦不可行。二、BGA芯片PCB設(shè)計(jì)方案鑒于0.5mmBGA芯片兩個(gè)焊盤之間很難直接畫線或焊盤直接扇出走線，也因?yàn)椴捎妹た准夹g(shù)后，PCB加工成本急劇攀升的情況，決定在BGA特殊規(guī)則區(qū)域采用盤中孔和盲孔技術(shù)，即在0.5mmBGA芯片焊盤上直接打盲孔到緊鄰的第二層，然后從第二層焊盤處繼續(xù)布線。利用激光鉆孔技術(shù)制作盲孔技術(shù)成熟可靠，廣泛應(yīng)用于0.15mm微過孔制作，但激光鉆孔方式制作的盲孔深度有限，一般不能超過0.075m，因而本設(shè)計(jì)中為1~2層盲孔，頂層與第二層間的介質(zhì)厚度小于0.075m，順序?qū)訅汗に嚪?。制作盲孔?duì)焊接的一致性、可靠性要求較高，為防止銅氧化而造成可焊性變差，所有器件的焊盤都需經(jīng)過保護(hù)涂層或電鍍處理。目前一種加強(qiáng)焊接成功率的低成本應(yīng)用技術(shù)就是“OSP（Organic Solderability Preseraties，有機(jī)保焊膜）+沉金”方案。OSP就是在潔凈裸銅表面采用化學(xué)方法生成一層有機(jī)膜，該有機(jī)膜具有良好的防氧化、耐熱沖擊和耐濕性，防止金屬銅表面在常態(tài)環(huán)境中被氧化；但在后續(xù)焊接高溫環(huán)境中，此有機(jī)膜又必須很容易被助焊劑快速清除，這樣剛剛裸露的干凈金屬銅表面就會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)與熔融焊錫立即結(jié)合成為牢固的焊點(diǎn)。沉金就是在PCB焊盤上電鍍一層鎳金，由于鎳金比銅具有更強(qiáng)的吸附焊錫能力，可以顯著增強(qiáng)焊接性。順序?qū)訅悍ㄓ幸欢ǖ墓に嚲窒扌裕荒苋我饣ミB，所以在設(shè)計(jì)高密度的PCB時(shí)盡量少采用盲孔，采用的盲孔互連不要超過總層數(shù)一半，這樣可減少層壓次數(shù)和加工難度。為減少盲孔數(shù)量，設(shè)計(jì)中的0.5mmBGA芯片最外部分管腳焊盤優(yōu)先通過通孔方式進(jìn)行畫線，靠?jī)?nèi)分部管腳才通過盲孔方式進(jìn)行布線。三、BGA芯片PCB實(shí)際應(yīng)用實(shí)際上，高速信號(hào)的回流路徑一定是沿著阻抗最小路徑進(jìn)行，阻抗最小回流路徑一般位于信號(hào)導(dǎo)體下部最近的地平面上，總回路面積越小，對(duì)外界電磁干擾也越小，也越不易受到外界干擾。因?yàn)樾枰?.5mmBGA芯片的焊盤上制作盲孔，導(dǎo)致在PCB的第二層地平面上形成局部區(qū)域布線槽，這就肯定會(huì)破壞地平面的完整性。對(duì)于空間上任何垂直經(jīng)過該區(qū)域槽的信號(hào)，其回流路徑都不得不會(huì)繞過此區(qū)域，從而大大增加回流面積。為減少此區(qū)域開槽造成的影響，PCB布局布線就必須進(jìn)行充分考慮，盡量不要將該BGA芯片放置在板子的靠近中心位置，避免以該開槽地平面對(duì)其它信號(hào)布線造成嚴(yán)重影響。單板PCB設(shè)計(jì)厚度1mm，層數(shù)為6層，疊層方案如圖2所示。0.5mmBGA芯片放置在頂層TOP，第二層為地平面，頂層和地平面間的介質(zhì)厚度定為0.071mm（2.8mil）（小于75m）。由于設(shè)計(jì)方案需要將盲孔貫通到第二層，然后繼續(xù)在第二層就近打通孔換到其它信號(hào)層走線，這樣只需在第二層中的很一小塊區(qū)域開槽。為降低走線難度，第二層0.5mmBGA區(qū)域銅線寬度采用4mil，過孔類型選擇內(nèi)徑0.2mm，外徑0.4mm的通孔設(shè)計(jì)。根據(jù)阻抗設(shè)計(jì)公式計(jì)算，當(dāng)銅線寬度為0.1mm（4mil）時(shí)，平面層覆銅厚度只能為18m?？偨Y(jié)針對(duì)0.5mmBGA芯片在PCB設(shè)計(jì)使用單板局部盲孔技術(shù)后，加工成本增加不多。而從使用該EPLD器件的10塊研發(fā)樣板生產(chǎn)情況看，沒有出現(xiàn)因?yàn)樾酒M(jìn)行溫度較高的無鉛焊接不良而導(dǎo)致的單板故障。該芯片管腳引出的控制信號(hào)也通過嚴(yán)格的時(shí)序功能測(cè)試，單板一致性和穩(wěn)定性也很好，無翹曲和焊盤斷裂情況發(fā)生。由于“盤中孔”和盲孔技術(shù)肯定會(huì)增加額外的PCB制作成本和設(shè)計(jì)難度，所以在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和芯片選型的階段，就要開始高度關(guān)注芯片的封裝尺寸。在原理圖和PCB設(shè)計(jì)階段，需要合理使用BGA芯片I/O引腳功能，使得各個(gè)信號(hào)在整個(gè)BGA芯片區(qū)域盡量均勻分布。芯片按照就近布局原則，避免出現(xiàn)走線過長(zhǎng)情況，以減小PCB的設(shè)計(jì)難度。同時(shí)為保證0.5mmBGA芯片的最佳焊接效果，在PCB裸板開封后24小時(shí)內(nèi)必須開始焊接，否則就將PCB裸板重新進(jìn)行抽真空的密封包裝。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的0.5mm間距BGA芯片的PCB設(shè)計(jì)技術(shù)。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國(guó)內(nèi)外芯片代理商：松翰、應(yīng)廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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07-26
2021
同步開關(guān)噪聲分析
PCB設(shè)計(jì)中同步開關(guān)噪聲問題分析隨著通信設(shè)備電路板上大量使用高集成度的高速數(shù)字芯片，同步開關(guān)噪聲(Simultaneous Switching Noise，SSN)問題成為制約高速PCB設(shè)計(jì)的一個(gè)瓶頸。SSN是指當(dāng)器件上多個(gè)邏輯電路或I/O管腳同時(shí)處于開關(guān)狀態(tài)，產(chǎn)生瞬間變化的電流，在經(jīng)過回流路徑上存在電感時(shí)，形成交流壓降，從而引起噪聲。如果引起地平面的波動(dòng)，造成芯片地和系統(tǒng)地不一致，這種現(xiàn)象稱為地彈。同樣，如果引起的芯片電源和系統(tǒng)電源差異，就稱為電源反彈。一、同步開關(guān)噪聲（SSN）產(chǎn)生的原因與危害根據(jù)電源完整性的理論，產(chǎn)生SSN的一個(gè)主要原因是電源分配系統(tǒng)存在阻抗。具體講就是從電源的輸出端到芯片的輸入端存在著一段距離，在這段路徑上存在著阻抗。從集中模型來看，相當(dāng)于串聯(lián)了集中分布的電阻和電感元件，當(dāng)一定數(shù)量的輸出驅(qū)動(dòng)電路同時(shí)打開時(shí)，就會(huì)有很大的電流瞬間涌入這些感性元件中，這種瞬間快速變化的電流會(huì)在感性元件上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，引起芯片電源輸入端的供給凈電壓不足或過高。同樣，根據(jù)信號(hào)完整性的理論，造成SSN的另一個(gè)重要原因是互感耦合，尤其是在芯片封裝、PCB邊沿周圍產(chǎn)生的互感耦合。芯片B GA封裝上的焊球與PCB上的過孔都屬于緊耦合的多導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，每個(gè)I/O焊球及其相應(yīng)的PCB過孔與離它最近的接地焊球和接地過孔構(gòu)成一個(gè)閉合環(huán)路，當(dāng)多個(gè)I/O口的狀態(tài)同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)有瞬態(tài)I/O電流流過這些信號(hào)環(huán)路，這種瞬態(tài)I/O電流又會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，從而侵入鄰近的信號(hào)環(huán)路造成感應(yīng)電壓噪聲。SSN危害是非常大的，會(huì)增加電源噪聲，影響信號(hào)質(zhì)量和時(shí)序，從而導(dǎo)致數(shù)字電路誤采樣。另外，SSN引起的問題一般隱藏很深，只是在器件多個(gè)邏輯單元同時(shí)開關(guān)時(shí)才發(fā)生，用正常的業(yè)務(wù)測(cè)試方法很難發(fā)現(xiàn)，容易漏測(cè)，這給設(shè)備可靠運(yùn)行帶來了巨大風(fēng)險(xiǎn)。本文基于同步開關(guān)噪聲的機(jī)理，設(shè)計(jì)了一種暴露SSN問題的可靠性測(cè)試方法，并利用這種方法發(fā)現(xiàn)一個(gè)具體的Serdes鏈路異常問題，針對(duì)該問題，借助噪聲和阻抗分析等實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法找到了PCB設(shè)計(jì)上存在的缺陷并進(jìn)行了修改。最后，總結(jié)輸出PCB設(shè)計(jì)過程中抑制同步開關(guān)噪聲的一些方法。二、同步開關(guān)噪聲（SSN）可靠性測(cè)試方法可靠性測(cè)試就是讓設(shè)備暴露在各種可能的極限工作狀態(tài)下進(jìn)行驗(yàn)證，找到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷，對(duì)同步開關(guān)噪聲來說，我們可以從產(chǎn)生的機(jī)理和常見的危害來設(shè)計(jì)測(cè)試用例。例如，當(dāng)大量總線在同一時(shí)刻切換，會(huì)在相鄰的管腳上引入串?dāng)_噪聲，對(duì)這種情況，在測(cè)試設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)被測(cè)設(shè)備施加一種特殊的業(yè)務(wù)負(fù)荷，讓總線暴露在盡可能大的串?dāng)_條件下，并用示波器觀察總線信號(hào)質(zhì)量和時(shí)序是否可接受。以16位并行總線為例，為了將這種影響極端化，設(shè)計(jì)測(cè)試報(bào)文時(shí)讓16根信號(hào)中有15根線的跳變方向一致，即15根信號(hào)線都同時(shí)從0跳變到1，同時(shí)讓另一根被干擾的信號(hào)線從1下跳到0。可以設(shè)計(jì)一個(gè)循環(huán)程序，讓16根線依次遍歷這種測(cè)試場(chǎng)景。另外，同步開關(guān)噪聲也可能影響回流路徑上的敏感信號(hào)，這是并行總線非常惡劣的一種工作狀態(tài)，為了驗(yàn)證產(chǎn)品在這種工作條件下工作是否可靠，必須在被測(cè)設(shè)備加上一種特殊的SSN測(cè)試報(bào)文進(jìn)行驗(yàn)證。如果被測(cè)總線為16位寬，要使所有16根信號(hào)線同步翻轉(zhuǎn)，報(bào)文內(nèi)容應(yīng)該為:FFFF 0000;如果被測(cè)總線為32位寬，要使所有32根信號(hào)線同步翻轉(zhuǎn)，測(cè)試報(bào)文內(nèi)容應(yīng)該為:FFFF FFFF 0000 0000。當(dāng)然，設(shè)備的工作環(huán)境也可能有高溫或低溫的情況，而溫度對(duì)電路的影響是十分顯著的，比如低溫和高溫時(shí)電容的容值會(huì)發(fā)生變化，低溫時(shí)器件內(nèi)部的時(shí)序參數(shù)會(huì)發(fā)生漂移，高溫時(shí)PCB走線的阻抗變大等，因此在進(jìn)行上述SSN可靠性測(cè)試時(shí)，還需要增加溫度應(yīng)力來驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性。三、同步開關(guān)噪聲抑制方法通過Serdes鏈路異常問題的分析，可見同步開關(guān)噪聲對(duì)電路可靠性的影響越來越大，隨著器件速率的不斷提高，這一影響將更加明顯，那么，如何盡量避免SSN問題帶來的危害呢?一般我們?cè)趩伟錚CB設(shè)計(jì)時(shí)可以參照如下規(guī)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。(1)DDR存儲(chǔ)類器件，數(shù)據(jù)總線最好不要走在同一層，降低SSN情況下對(duì)參考平面噪聲的影響;可以考慮和地址總線布在同一層，數(shù)據(jù)總線優(yōu)先參考其I/O電源。(2)Serdes等敏感信號(hào)盡量避免走在參考平面邊緣。(3)Serdes等敏感信號(hào)和RAM數(shù)據(jù)總線在PCB上盡量拉開距離，布在不同走線層，避免參考同一電源平面。(4)在滿足通流的情況下，電源平面不要鋪得太大。在有高速I/O信號(hào)或者Serdes敏感信號(hào)參考該平面情況下，在沒有使用該電源的地方做鋪地處理。(5)電源平面不能大面積沒有高頻去耦電容，尤其是平面邊緣有高速信號(hào)跨分割的地方推薦添加去耦電容，去耦電容可以使用分立電容或埋容。(6)進(jìn)行電源平面諧振仿真分析評(píng)估，盡量避免和存儲(chǔ)類器件工作頻率產(chǎn)生諧振。(7)在緊靠芯片的電源輸入端加足夠的退耦電容，可以起到穩(wěn)壓的作用，并最好使用L型或π型LC濾波電路。(8)I/O的布線層優(yōu)先靠近TOP面，減小信號(hào)換層引起的環(huán)路電感。(9)邏輯芯片的pin排布時(shí)，將堆在一起的同步I/O散開，減小空間耦合引起的環(huán)路電感，未使用的pin腳接地或電源處理，增加返回路徑。(10)在芯片內(nèi)加旁路電容或選用低阻抗特性封裝的芯片。(11)對(duì)于抑制甚高頻的同步開關(guān)噪聲，可以考慮采用高阻抗電磁表面結(jié)構(gòu)(EB G)，采用EB G結(jié)構(gòu)作為PCB襯底時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)在微帶電路襯底中集成具有很寬阻帶的濾波器，當(dāng)和其他電路元件有機(jī)地結(jié)合起來時(shí)，可節(jié)省電路空間?？偨Y(jié)總的來說，文中提到的根據(jù)單板上邏輯單元或I/O接口的總線結(jié)構(gòu)，在測(cè)試階段構(gòu)造特殊報(bào)文，讓這些接口同步翻轉(zhuǎn)的測(cè)試方法，能快速發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，暴露電路板上潛在的同步開關(guān)噪聲問題，提升單板的可靠性。同時(shí)，根據(jù)具體問題總結(jié)出的抑制同步開關(guān)噪聲的方法既是前期設(shè)計(jì)階段需要遵循的原則，也是后期解決問題的方案。后續(xù)我們還可以通過等效模型的方法，在前期對(duì)單板可能存在的同步開關(guān)噪聲風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行仿真分析，提前規(guī)避問題。也可以設(shè)計(jì)出可編程的SSN測(cè)試程序，讓芯片廠家內(nèi)嵌在控制器里，可以在可靠性測(cè)試階段直接調(diào)用驗(yàn)證，增強(qiáng)單板的可測(cè)試性。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的PCB設(shè)計(jì)中同步開關(guān)噪聲問題分析。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國(guó)內(nèi)外芯片代理商：松翰、應(yīng)廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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07-25
2021
高速PCB設(shè)計(jì)規(guī)范
高速PCB設(shè)計(jì)是我國(guó)電子行業(yè)發(fā)展的一個(gè)必要階段，主要是保證電子產(chǎn)品的穩(wěn)定性和兼容性。高速PCB設(shè)計(jì)是一個(gè)很復(fù)雜、專業(yè)性很強(qiáng)的工作，對(duì)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)性，以及工作經(jīng)驗(yàn)都有著相對(duì)較高的要求。另外，在高速PCB設(shè)計(jì)的過程中，需要的規(guī)則有很多，但是在這些規(guī)則里，經(jīng)常會(huì)發(fā)生沖突和矛盾，導(dǎo)致高速PCB設(shè)計(jì)工作無法順利進(jìn)行。因此，在這個(gè)情況下，設(shè)計(jì)人員就需要根據(jù)自身的高速PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以及從設(shè)計(jì)的實(shí)際情況出發(fā)，做出相應(yīng)的判斷，進(jìn)行有效的解決，進(jìn)而保證高速PCB設(shè)計(jì)工作的順利展開，保證電子數(shù)字化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，對(duì)其功能的實(shí)現(xiàn)，也起到了非常重要的作用和意義。一、高速PCB設(shè)計(jì)規(guī)則分析為了提升高速PCB設(shè)計(jì)的質(zhì)量，需要對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行一定的了解，例如：布局，布線等方面，這樣可以保證高速PCB設(shè)計(jì)中的針對(duì)性，具體的內(nèi)容如下：1.1布局在高速PCB布局的過程中，一定要從整體的角度出發(fā)，根據(jù)整體到細(xì)節(jié)的原則展開規(guī)劃，保證高速PCB設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。那么，在高速PCB布局設(shè)計(jì)的過程中，具體的內(nèi)容如下：（1）高速PCB布局設(shè)計(jì)的過程中，一定要盡可能錯(cuò)度按高頻元器件之間的連接，降低它們分布參數(shù)和相互之間的電磁干擾。同時(shí)，針對(duì)容易受到干擾的元器件，它們之間一定不能相互離的太近，輸入和輸出元器件之間保持著一定距離，這樣可以降低對(duì)元器件的干擾。（2）元器件若質(zhì)量較重的情況下，應(yīng)當(dāng)利用支架進(jìn)行相應(yīng)的固定，然后再進(jìn)行相應(yīng)的焊接工作。但是，針對(duì)那些又大又重、熱量發(fā)熱的元器件，一定不能在印制板上，而應(yīng)裝在整機(jī)的機(jī)箱底板上，且應(yīng)考慮散熱問題，這樣可以保證布局的合理性。（3）針對(duì)電路板附近的元器件，應(yīng)當(dāng)與電路板保持一定的距離，一般情況下應(yīng)當(dāng)控制在2mm。同時(shí)，電路板的最佳形狀，應(yīng)當(dāng)為矩形。另外，當(dāng)電路板面尺寸為200mm×150mm的時(shí)候，一定要考慮對(duì)電路板所受到機(jī)械強(qiáng)度，保證高速PCB設(shè)計(jì)的合理性。1.2布線（1）輸入輸出端所用的導(dǎo)線，一定要盡量避免相鄰平行的現(xiàn)象，最好是利用加線間地線，這樣可以保證保證布線的合理性。（2）印制導(dǎo)向的最小寬度主要是由導(dǎo)線與基板間的粘附強(qiáng)度和流過它們之間的電流值決定。同時(shí)，在高速PCB布線設(shè)計(jì)的過程中，若是銅箔的厚度為0.05mm，寬度為1mm~15mm，并且通過電流小于2A，溫度是不會(huì)高于3℃的。另外，針對(duì)集成電流，尤其是數(shù)字電路，一般情況下選擇0.02mm~0.3mm導(dǎo)線寬度，這樣可以保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。但是，在高速PCB設(shè)計(jì)的過程中，是有誤差存在的，所以一定要控制其誤差，一般情況下應(yīng)當(dāng)控制在5mm~8mm之間即可。二、高速PCB設(shè)計(jì)內(nèi)容分析在高速PCB設(shè)計(jì)的過程中，所包含的內(nèi)容有很多，例如：前期的準(zhǔn)備工作、布局的設(shè)計(jì)、布線設(shè)計(jì)等方面，只有對(duì)各項(xiàng)環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的了解，并且加強(qiáng)設(shè)計(jì)力度，才能保證高速PCB設(shè)計(jì)的質(zhì)量，下面就針對(duì)這幾方面，簡(jiǎn)要介紹一些設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)：2.1準(zhǔn)備工作高速PCB設(shè)計(jì)前期的準(zhǔn)備工作，直接影響著設(shè)計(jì)工作的展開，以及設(shè)計(jì)工作的速度。因此，在高速PCB設(shè)計(jì)的過程中，一定要做好詳細(xì)的準(zhǔn)備工作，根據(jù)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)，可以從以下幾個(gè)方面展開：（1）做好詳細(xì)的電路圖。電路圖的準(zhǔn)確性和全面性，直接影響著高速PCB設(shè)計(jì)的質(zhì)量，盡管利用計(jì)算機(jī)可以對(duì)高速PCB設(shè)計(jì)，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和更改。但是，在影響度的過程中，若是一個(gè)元件更改，整體布局度就會(huì)隨之發(fā)生改變，這樣就會(huì)影響高速PCB設(shè)計(jì)的質(zhì)量和進(jìn)程。因此，根據(jù)設(shè)計(jì)人員的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，一定要做好相應(yīng)的電路圖，這樣才能保證高速PCB設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，以及設(shè)計(jì)的質(zhì)量。（2）電路元件裝封。電路元件裝封是高速PCB設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，但是在設(shè)計(jì)封裝的過程中，一定要在實(shí)物的基礎(chǔ)之上，并且要預(yù)留出一定的空間。在空間預(yù)留的過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行計(jì)算，不能出現(xiàn)隨意估計(jì)的現(xiàn)象，這樣主要是避免高速PCB設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的穩(wěn)定性，若是情況相對(duì)較為嚴(yán)重的話，還會(huì)出現(xiàn)報(bào)廢的現(xiàn)象。（3）產(chǎn)品外部的實(shí)際尺寸和大小。外部的實(shí)際尺寸和大小直接影響了高速PCB的大小。因此，在高速PCB設(shè)計(jì)的過程中，一定要將高速PCB設(shè)計(jì)和外部設(shè)計(jì)相互結(jié)合起來。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中，若是外部面板上的可調(diào)元件，接插件和開關(guān)性元件安裝在高速PCB上，那么高速PCB和外部應(yīng)當(dāng)進(jìn)行綜合性的考慮，確保良好的協(xié)調(diào)一起進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而保證高速PCB設(shè)計(jì)的質(zhì)量。2.2高速PCB大小的合理性高速PCB大小是設(shè)計(jì)中非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容。在高速PCB設(shè)計(jì)的過程中，若是高速PCB尺寸相對(duì)較大的話，印制線條就會(huì)相對(duì)較長(zhǎng)，這樣阻抗就會(huì)隨之增加，抗噪能力也會(huì)隨之性下降。高速PCB尺寸相對(duì)較小的話，元器件的散熱性能就會(huì)相對(duì)較差，安裝也會(huì)相對(duì)較為困難，其干擾性也會(huì)相對(duì)較大。因此，高速PCB設(shè)計(jì)的過程中，尺寸一定要根據(jù)電路的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣可以進(jìn)一步的保證高速PCB設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。2.3高速PCB的整體布局設(shè)計(jì)布局設(shè)計(jì)是高速PCB設(shè)計(jì)的一個(gè)總體規(guī)劃，因此在高速PCB設(shè)計(jì)的過程中，一定要對(duì)整體布局設(shè)計(jì)給予足夠的重視。那么，在具體設(shè)計(jì)的過程中，可以從以下幾個(gè)方面展開：（1）一般情況下，電子電路都由輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)等方面構(gòu)成。因此，在高速PCB設(shè)計(jì)的過程中，整體布局應(yīng)該按照信號(hào)流程，對(duì)電路單元位置進(jìn)行合理的布局，這樣可以保證各種信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。（2）在各個(gè)功能單元電路布局設(shè)計(jì)的過程中，主要是以元件為主，圍繞著這個(gè)中心點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的布局，進(jìn)而保證高速PCB設(shè)計(jì)的完整性。（3）針對(duì)特殊元件的布局設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)其特殊性，設(shè)置相對(duì)合適的位置。（4）在高速PCB設(shè)計(jì)的過程中，若是有一些相對(duì)較重元件的話，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)固定支架的位置，并且注重各個(gè)部分的平衡性，這樣為后期的的生產(chǎn)，提供了相對(duì)便利的條件。（5）針對(duì)發(fā)熱性能相對(duì)較高的元器件，一定設(shè)置相應(yīng)的散熱性，或者采取相應(yīng)的散熱方式，來保證元器件的穩(wěn)定性。2.4高速PCB布線設(shè)計(jì)（1）數(shù)字信號(hào)和高頻模擬信號(hào)都是有諧波存在的。因此，在設(shè)計(jì)的過程中，印制導(dǎo)線拐彎處一定不能設(shè)計(jì)直角和夾角的，可以利用圓弧的設(shè)計(jì)形態(tài)，這樣可以起到防輻射的作用。（2）在設(shè)計(jì)的過程中，針對(duì)高速PCB銅箔面積相對(duì)較大的話，可以利用網(wǎng)格的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，其主要的目的就是避免變形的現(xiàn)象發(fā)生。2.5地線設(shè)計(jì)地線設(shè)計(jì)是高速PCB設(shè)計(jì)中非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容，主要可以從以下幾個(gè)方面展開：（1）地線設(shè)計(jì)是高速PCB設(shè)計(jì)中，非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容，一定要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的了解，其中主要包括有：系統(tǒng)地、屏蔽地、數(shù)字地和模擬地等方面構(gòu)成。（2）在設(shè)計(jì)的過程中，盡量使用加粗的地線，這樣可以保證電流運(yùn)行的穩(wěn)定性，并且可以允許3倍的電流流過。（3）在地線設(shè)計(jì)的過程中，各個(gè)地線結(jié)構(gòu)一定要形成閉合回路，這樣可起到康噪音的作用，并且還有效的縮小了電位差的現(xiàn)象?？偨Y(jié)綜上所述，本文對(duì)高速PCB設(shè)計(jì)的一些規(guī)則的相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析和闡述，并且從高速PCB大小的合理性、高速PCB的整體布局設(shè)計(jì)、高速PCB布線設(shè)計(jì)、地線設(shè)計(jì)等方面，對(duì)其設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的探討，其主要的目的就是保證高速PCB的質(zhì)量和進(jìn)度，為我國(guó)電子行業(yè)的發(fā)展，給予了重要的支持。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的高速PCB的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國(guó)內(nèi)外芯片代理商：松翰、應(yīng)廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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07-24
2021
數(shù)字電路PCB設(shè)計(jì)
基于SI的數(shù)字電路PCB高速設(shè)計(jì)近幾年來,隨著集成電路工藝技術(shù)的飛速發(fā)展,使得其工作的速度越來越高。這樣就帶來了一個(gè)問題,體積減小使得電路的布局布線密度變大,集成電路輸出開關(guān)速度變快,而同時(shí)信號(hào)工作頻率不斷提高,因此如何處理高速信號(hào),保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能成為一個(gè)設(shè)計(jì)能否成功的關(guān)鍵因素。隨著電子系統(tǒng)時(shí)鐘頻率迅速提高,信號(hào)邊沿不斷變陡,印刷電路板的線跡互連和板層特性對(duì)系統(tǒng)電氣性能的影響也越發(fā)重要。對(duì)于低頻設(shè)計(jì),線跡互連和板層的影響可以不考慮。而當(dāng)系統(tǒng)工作頻率超過50MHz時(shí),一方面互連關(guān)系必須考慮傳輸線的影響,另一方面評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能也應(yīng)考慮印刷電路板板材的電參數(shù)。因此,高速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須面對(duì)互連延遲引起的時(shí)序問題以及串?dāng)_、傳輸線效應(yīng)等信號(hào)完整性(信號(hào)質(zhì)量)問題。如何在系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及極板設(shè)計(jì)中考慮到信號(hào)完整性的因素,并采取有效的控制措施,已經(jīng)成為當(dāng)今系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師和PCB設(shè)計(jì)業(yè)界中的一個(gè)熱門課題。一、確保PCB板信號(hào)完整性的方法1.1隔離PCB板上的器件有各種邊值(edgerates)和各種容性噪聲。最直接的提高信號(hào)完整性的方法是根據(jù)它們不同的邊值和靈敏度,將它們?cè)赑CB上物理地隔離開來。1.2阻抗、反射和終端負(fù)載阻抗控制和終端負(fù)載是高速設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)問題。在每個(gè)射頻電路設(shè)計(jì)中也是個(gè)核心問題。然而一些數(shù)字電路運(yùn)行的頻率超過了射頻電路,在設(shè)計(jì)中仍然沒有考慮阻抗和終端負(fù)載,阻抗失配會(huì)對(duì)數(shù)字電路產(chǎn)生以下致命影響:(1)數(shù)字信號(hào)將會(huì)在接受設(shè)備輸入端和發(fā)射設(shè)備輸出端間造成反射,反射信號(hào)被彈回并沿著線的兩端傳播直到最后被完全吸收；(2)反射信號(hào)造成信號(hào)通過傳輸線的振鈴效應(yīng),振鈴將影響電壓和信號(hào)時(shí)延甚至信號(hào)的完全惡化；(3)失配信號(hào)路徑可能導(dǎo)致信號(hào)對(duì)環(huán)境的輻射；阻抗不匹配所引發(fā)的問題可以通過終端負(fù)載來減小。通常在靠近接收器的信號(hào)線上放置一個(gè)或兩個(gè)分離的終端負(fù)載,簡(jiǎn)單的做法是串接低值的排阻。終端負(fù)載限制信號(hào)的上升時(shí)間并能部分地吸收反射能量。值得注意的是終端負(fù)載并不能完全消除由于阻抗不匹配所引起的破壞性的影響。然而仔細(xì)地挑選合適的器件,終端負(fù)載可以有效地控制信號(hào)的完整性。并不是所有的布線都需要阻抗控制,這要由設(shè)計(jì)者來決定是否進(jìn)行匹配。各種應(yīng)用中規(guī)則是多種多樣的,但一般會(huì)遵循布線長(zhǎng)度和信號(hào)的上升時(shí)間之間的規(guī)則,即通用的對(duì)阻抗控制規(guī)則是布線長(zhǎng)度大于上升時(shí)間的1/6時(shí),必須進(jìn)行阻抗匹配。1.3層面和層面分割經(jīng)常被數(shù)字設(shè)計(jì)者忽略的一個(gè)問題是回路的電流傳播。舉例來說,假設(shè)一個(gè)單向信號(hào)在兩個(gè)門之間傳輸(如圖2所示),電流會(huì)在門A到門B的回路中傳播,然后通過地線連接端回到門A.,這里存在兩個(gè)潛在的問題:(1)接地應(yīng)靠一個(gè)低阻抗值的路徑來接。如果是用一個(gè)高阻抗值的路徑,那么在圖2的接地管腳就會(huì)有壓降,這將會(huì)破壞所有器件對(duì)地的參考和降低輸入噪聲容限；(2)電流回路所造成的回路面積盡可能小?；芈肪拖喈?dāng)于天線,通常來講,大的回路面積會(huì)增加回路輻射和導(dǎo)電的機(jī)會(huì),每個(gè)PCB的設(shè)計(jì)者都希望返回的電流直接沿著信號(hào)線,這樣可以得到最小的回路面積；用大面積地線層可以同時(shí)解決上面的的問題。大面積接地在所有的接地點(diǎn)之間提供低阻抗,同時(shí)允許回路電流直接通過各自的信號(hào)路徑傳輸。PCB設(shè)計(jì)者一個(gè)常犯的錯(cuò)誤是在地線層開槽(如圖3a所示)。圖3(a)顯示的是當(dāng)信號(hào)線繞過地線層的開槽時(shí)的電流流向?；芈冯娏鲗⒈黄壤@過開槽,這就必然會(huì)產(chǎn)生大的環(huán)流回路。圖3(b)顯示的是地線層沒有開槽時(shí)的電流流向。通常來講,地線層不能開槽。然而也存在開槽無法避免的情況,當(dāng)發(fā)生時(shí),PCB的設(shè)計(jì)者必須保證沒有任何信號(hào)路徑經(jīng)過開槽部分。在帶有鏡像差異的電源層中也應(yīng)注意層面間區(qū)域的面積,PCB的電源層和地線層在板子的邊緣有輻射。從邊緣輻射出來的電磁能量可能破壞臨近的連接板。解決的辦法是縮小電源層,使其與地線層交疊一段固定的距離。這樣可以減小板外部直接區(qū)域的電磁輻射能量值,而且降低了電磁泄漏對(duì)鄰近板的影響。1.4信號(hào)布線保證信號(hào)完整性最重要的就是信號(hào)線的物理布線。高速信號(hào)在不連續(xù)的信號(hào)線中不能傳播。圖4(a)所示的右轉(zhuǎn)角是通常比較容易犯的有問題的布線方法,這樣的布線在低頻率下沒有問題,如果在高頻下就會(huì)輻射。要用圖4(b)一個(gè)45o或圖4(c)兩個(gè)45度的轉(zhuǎn)角來替代。在高速電路設(shè)計(jì)中,對(duì)信號(hào)布線如果沒有特別的原因,應(yīng)該盡可能消除所有的短接線,短接線就如同由于信號(hào)線的阻抗失配而引發(fā)的輻射一樣。另外在高速電路設(shè)計(jì)的布線中特別需要注意差分對(duì)的布線。差分對(duì)是通過兩條完全互補(bǔ)信號(hào)線驅(qū)動(dòng)的,差分對(duì)可以很好地避免噪聲干擾和改進(jìn)S/N率。然而差分對(duì)信號(hào)線對(duì)布線有特別高的要求:(1)兩條線必須盡可能靠近布線；(2)兩條線必須長(zhǎng)度完全一致；1.5克服串?dāng)_在PCB設(shè)計(jì)中,串?dāng)_問題是另一個(gè)值得關(guān)注的問題當(dāng)信號(hào)線間的間隔太小時(shí),信號(hào)線間的電磁區(qū)將相互影響,從而導(dǎo)致信號(hào)的惡化,形成串?dāng)_。串?dāng)_可以通過增加信號(hào)線的間距解決。然而,PCB設(shè)計(jì)者通常受制于日益緊縮的布線空間和狹窄的信號(hào)線間距,由于在設(shè)計(jì)中沒有更多的選擇,從而不可避免地在設(shè)計(jì)中引入一些串?dāng)_問題。文獻(xiàn)中給出了許多可靠間距的相關(guān)規(guī)則,常用規(guī)則是3W規(guī)則,即相鄰信號(hào)線間距至少應(yīng)為信號(hào)線寬度的3倍。然而,實(shí)際中可接受的信號(hào)線間距依賴于實(shí)際的應(yīng)用、工作環(huán)境及設(shè)計(jì)冗余等因素。因此,當(dāng)串?dāng)_問題不可避免時(shí),就應(yīng)該對(duì)串?dāng)_定量化,設(shè)計(jì)者可以通過計(jì)算機(jī)仿真決定信號(hào)完整性效果和評(píng)估系統(tǒng)的串?dāng)_影響效果。結(jié)論信號(hào)完整性是貫穿于高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中最重要的問題之一,在此列出幾種在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中保證信號(hào)完整性的方法:(1)對(duì)靈敏元件實(shí)施與噪聲器件的物理隔離；(2)阻抗控制、反射和信號(hào)終端匹配；(3)用連續(xù)的電源和地平面層；(4)布線中盡量避免采用直角；(5)差分對(duì)布線長(zhǎng)度相等；(6)高速電路設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮串?dāng)_問題；(7)電源進(jìn)行退耦處理。在PCB板的設(shè)計(jì)過程中充分考慮到信號(hào)完整性的因素,并采取有效的控制措施,從而可以設(shè)計(jì)出安全可靠的高速電路。本文作者創(chuàng)新點(diǎn):信號(hào)完整性(SI)問題已經(jīng)成為當(dāng)今PCB設(shè)計(jì)業(yè)界中一個(gè)新的熱門課題。本文闡述了高速PCB電路設(shè)計(jì)中的典型信號(hào)完整性問題.描述了信號(hào)完整性問題的表現(xiàn)形式,著重分析了影響信號(hào)完整性的幾個(gè)常見問題——串?dāng)_,電磁干擾和反射等。并有針對(duì)性地提出了解決問題的具體方案。在電路設(shè)計(jì)中,采取相應(yīng)的措施能有效地提高信號(hào)完整性。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的基于SI的數(shù)字電路PCB高速設(shè)計(jì)技術(shù)。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國(guó)內(nèi)外芯片代理商：松翰、應(yīng)廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。注：部分圖片內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除。
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07-23
2021
高速電路串?dāng)_問題
高速電路PCB設(shè)計(jì)中串?dāng)_問題的抑制隨著PCB設(shè)計(jì)的飛速發(fā)展，其高速化和小型化已成為一種趨勢(shì)。一方面是由于PCB電路板尺寸的變小，布線密度大大增加;一方面是信號(hào)頻率變高，邊沿變陡。這樣，在高頻電路PCB電路板的設(shè)計(jì)中，信號(hào)間的串?dāng)_問題越來越不可忽視。這是在高頻PCB電路板設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的問題。通過對(duì)串?dāng)_問題的分析，可以在PCB設(shè)計(jì)中迅速地發(fā)現(xiàn)、定位和解決串?dāng)_問題。那么串?dāng)_是如何產(chǎn)生的？與哪些因素有關(guān)系？對(duì)PCB電路有什么影響？而又如何控制呢？一、串?dāng)_問題的產(chǎn)生信號(hào)傳輸線之間的互感和互容是引起串?dāng)_問題的2個(gè)重要因素。信號(hào)傳輸線包括印制線、導(dǎo)線和電纜束等。串?dāng)_就是電信號(hào)從一根傳輸線耦合到另一根傳輸線上。信號(hào)的交變電流通過傳輸線時(shí)，就在其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)不同的傳輸線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)發(fā)生疊加并相互作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_現(xiàn)象。在數(shù)字電路中，由于主要是脈沖電路，串?dāng)_發(fā)生在信號(hào)跳變的過程中，信號(hào)變化得越快，產(chǎn)生的串?dāng)_也就越大。如圖1所示，沿傳輸線由A到B傳播的變化的信號(hào)，在傳輸線CD上產(chǎn)生耦合信號(hào)。當(dāng)變化的信號(hào)恢復(fù)到穩(wěn)定的直流電平時(shí)，耦合信號(hào)也就不存在了。串?dāng)_可以分為容性耦合串?dāng)_(Sc)和感性耦合串?dāng)_(Sl)。容性耦合串?dāng)_，是當(dāng)干擾線上有信號(hào)傳輸時(shí)，由于信號(hào)邊沿電壓的變化，在信號(hào)邊沿附近的區(qū)域，干擾線上的分布電容會(huì)感應(yīng)出時(shí)變的電場(chǎng)，而受害線處于這個(gè)電場(chǎng)里面，所以變化的電場(chǎng)會(huì)在受害線上產(chǎn)生感應(yīng)電流。由此產(chǎn)生容性耦合串?dāng)_。如圖2所示。感性耦合串?dāng)_，是當(dāng)信號(hào)在干擾線上傳播時(shí)，由于信號(hào)電流的變化，在信號(hào)躍變的附近區(qū)域，通過分布電感的作用將產(chǎn)生時(shí)變的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)在受害線上將感應(yīng)出噪聲電壓，進(jìn)而形成感性的耦合電流，由此產(chǎn)生的串?dāng)_為感性耦合串?dāng)_。如圖3所示。二、影響串?dāng)_的參數(shù)因素（1）信號(hào)傳輸線耦合長(zhǎng)度對(duì)串?dāng)_的影響：信號(hào)傳輸線的耦合長(zhǎng)度不同，產(chǎn)生的串?dāng)_的程度是不同的。對(duì)于遠(yuǎn)端串?dāng)_與信號(hào)傳輸線的長(zhǎng)度是成正比的，耦合長(zhǎng)度越長(zhǎng)，串?dāng)_越大。而對(duì)于近端串?dāng)_，只有當(dāng)耦合長(zhǎng)度小于飽和長(zhǎng)度時(shí)，串?dāng)_才隨著耦合長(zhǎng)度的增加而增加，在耦合長(zhǎng)度大于飽和長(zhǎng)度時(shí)，近端串?dāng)_是一個(gè)穩(wěn)定值。（2）線間距對(duì)串?dāng)_的影響：線間距是與串?dāng)_成反比例的。當(dāng)線間距大于或等于線寬的3倍時(shí)，串?dāng)_是很小的。（3）信號(hào)上升時(shí)間對(duì)串?dāng)_的影響：在高速PCB設(shè)計(jì)中，信號(hào)上升時(shí)間的快慢，對(duì)信號(hào)串?dāng)_的影響很大。隨著上升時(shí)間的變短，特別是當(dāng)平行走線長(zhǎng)度小于飽和長(zhǎng)度時(shí)，串?dāng)_電壓幅度將迅速減小。因此在現(xiàn)代高速板設(shè)計(jì)中，具有快速邊沿速率的器件越來越被廣泛使用。（4）介質(zhì)層厚度對(duì)串?dāng)_的影響：串?dāng)_與介質(zhì)的厚度成反比列關(guān)系。介質(zhì)厚度越薄，引起的串?dāng)_就越小。三、串?dāng)_對(duì)高速PCB電路的影響串?dāng)_在高速高密度PCB電路中普遍存在。其每條信號(hào)傳輸線對(duì)和它最近的信號(hào)線都相互影響。在高速PCB設(shè)計(jì)中，要正確處理信號(hào)線的串?dāng)_問題，提高信號(hào)線的抗干擾能力。一般串?dāng)_對(duì)高速PCB電路產(chǎn)生以下兩種影響。（1）串?dāng)_引起誤觸發(fā)：信號(hào)串?dāng)_是高速PCB設(shè)計(jì)所面臨的信號(hào)完整性問題中的一個(gè)重要內(nèi)容。由串?dāng)_引起的數(shù)字電路功能錯(cuò)誤是最常見的一種。（2）串?dāng)_引起的觸發(fā)延時(shí)：在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，時(shí)序是重點(diǎn)考慮的問題。由于串?dāng)_的存在，而導(dǎo)致時(shí)序的延時(shí)。四、串?dāng)_問題的抑制串?dāng)_在高速PCB設(shè)計(jì)中是要重點(diǎn)關(guān)注的問題，雖然要消除串?dāng)_是不可能的，但是將其抑制在可以容忍的范圍內(nèi)，技術(shù)上還是能夠做到的。在高速PCB設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中包括了電路設(shè)計(jì)、芯片選擇、原理圖設(shè)計(jì)、PCB布局布線等步驟，設(shè)計(jì)時(shí)需要在不同的步驟里發(fā)現(xiàn)串?dāng)_并采取辦法來抑制它，以達(dá)到減小干擾的目的?？刂拼?dāng)_問題可以從以下幾個(gè)方面考慮:4.1通過控制信號(hào)來抑制串?dāng)_傳輸信號(hào)沿的變換速率對(duì)抑制串?dāng)_也有影響。其變換速率越快，對(duì)串?dāng)_的影響就越大。因此在器件選型的時(shí)候，在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的同時(shí)盡量選擇慢速的器件，并且避免不同種類的信號(hào)混合使用，因?yàn)榭焖僮儞Q的信號(hào)對(duì)慢變換的信號(hào)有潛在的串?dāng)_危險(xiǎn)。通過PCB電路設(shè)計(jì)，使得信號(hào)傳輸線的阻抗相匹配。要盡量使傳輸線近端或遠(yuǎn)端的終端阻抗與傳輸線阻抗相匹配，這樣可以對(duì)串?dāng)_的幅度進(jìn)行抑制，進(jìn)而達(dá)到抑制串?dāng)_的目的。4.2采用屏蔽措施為高速信號(hào)提供包地是解決串?dāng)_問題的一個(gè)有效途徑。但是，包地又增加了布線量，從而導(dǎo)致有限的布線區(qū)域更加擁擠。地線屏蔽要求接地點(diǎn)間距要滿足一定的要求，一般小于信號(hào)變化沿長(zhǎng)度的2倍。同時(shí)地線也會(huì)增大信號(hào)的分布電容，使傳輸線阻抗增大，信號(hào)沿變緩。4.3從產(chǎn)品設(shè)計(jì)上抑制串?dāng)_對(duì)于敏感的內(nèi)部電路要防止外界干擾信號(hào)的注入;同時(shí)也要防止內(nèi)部的噪聲電路與其他信號(hào)線之間的串?dāng)_，特別是對(duì)I/O信號(hào)線之間的串?dāng)_。4.4通過PCB布線層和布線間距抑制串?dāng)_通過對(duì)布線層和布線間距的合理設(shè)置，有效的縮短并行信號(hào)線的長(zhǎng)度，增大信號(hào)傳輸線的間距，都可以有效的抑制串?dāng)_。增大印制線之間的距離可以減小容性耦合，而在印制線之間插入一根地線，對(duì)減小容性串?dāng)_更有效。抑制感性耦合相對(duì)比較難，要盡量降低回路數(shù)量，禁止信號(hào)回路共用同一段導(dǎo)線。同時(shí)由于容性耦合和感性耦合產(chǎn)生的串?dāng)_隨受干擾線路負(fù)載阻抗的增大而增大，所以減小負(fù)載以達(dá)到減小耦合干擾的影響。在條件允許的情況下，盡量增大走線間的距離，減小平行走線的長(zhǎng)度，必要時(shí)可以采用固定最大平行長(zhǎng)度推擠的布線方式，即jog走線。這種布線方式可以有效抑制串?dāng)_。如圖4所示。與地線相鄰的信號(hào)層應(yīng)布低電平模擬信號(hào)線和高速數(shù)字信號(hào)線，而與地線較遠(yuǎn)的信號(hào)層應(yīng)布低速信號(hào)線和高電平模擬信號(hào)線。減少平行布線，特別是輸人端與輸出端的布線，要嚴(yán)格禁止平行。這樣就可以避免反饋耦合，從而有效抑制了串?dāng)_的發(fā)生。在PCB設(shè)計(jì)中，印制導(dǎo)線拐彎處一般取135度鈍角。時(shí)鐘線要與地線層相鄰，線寬盡量加大，每根時(shí)鐘線的線寬應(yīng)一致。應(yīng)盡量加大電源線和地線的線寬。一般數(shù)字電路信號(hào)線寬度應(yīng)在8mil—10mil之間，線間距應(yīng)在6mil—8mil。而對(duì)于0.5mm腳間距的器件布線寬度應(yīng)不小于12mil，高速信號(hào)線要設(shè)計(jì)成帶狀線或嵌入式微帶線。如果兩個(gè)信號(hào)層是鄰近的，布線時(shí)按正交方向進(jìn)行布線，以減少層與層之間的耦合，通過端接，使傳輸線的遠(yuǎn)端和近端阻抗與傳輸線匹配，進(jìn)而減小串?dāng)_。在PCB設(shè)計(jì)中，一般采用統(tǒng)一的地，通過數(shù)字電路和模擬電路分區(qū)布局布線。數(shù)字地與模擬地要分開，布線不能跨越分區(qū)間隙，否則串?dāng)_將會(huì)急劇增強(qiáng)?？偨Y(jié)串?dāng)_在高速高密度的PCB設(shè)計(jì)中是普遍存在的，串?dāng)_對(duì)電路的影響是不能忽視的。為了減少串?dāng)_，最有效的方法就是減少不良的信號(hào)耦合，在PCB設(shè)計(jì)中盡可能減少串?dāng)_發(fā)生的可能，使串?dāng)_影響達(dá)到最小程度。以上就是本人結(jié)合PCB設(shè)計(jì)的一些經(jīng)驗(yàn)，并參閱了一些相關(guān)的專業(yè)書籍，對(duì)高速高密度的PCB設(shè)計(jì)中的串?dāng)_問題提出了一些解決的辦法，供同行們?cè)谝院蟮母咚俑呙芏鹊腜CB設(shè)計(jì)中借鑒。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的高速電路PCB設(shè)計(jì)中串?dāng)_問題的抑制方法。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國(guó)內(nèi)外芯片代理商：松翰、應(yīng)廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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07-22
2021
電路板改裝工藝分析
由于設(shè)計(jì)更改、制造等原因，在很多電子電氣產(chǎn)品研制單位，改裝工作幾乎不可避免。所謂改裝是指為滿足新的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)產(chǎn)品的功能所做的修改。如由于設(shè)計(jì)方案和技術(shù)狀態(tài)改變?cè)斐傻碾娐愤B接或元器件變化，即導(dǎo)線的增減、元器件的增減或變更以及與之所帶來的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)上的變化。航天標(biāo)準(zhǔn)QJ2940A-2001中規(guī)定：“印制電路板組裝件的改裝是指連接特性的改變。這種特性的改變是通過切斷印制導(dǎo)線、增加元器件以及切斷和增加導(dǎo)線（引線）連接來實(shí)現(xiàn)的?！庇≈齐娐钒褰M裝件發(fā)生改裝的原因通常是設(shè)計(jì)更改以及可靠性、安全性的需求。對(duì)于部分產(chǎn)品而言，這種改裝是無奈的，很多時(shí)候也是不可避免的。例如當(dāng)某一印制電路板需要進(jìn)行設(shè)計(jì)更改時(shí)，通常的選擇有兩種：其一，是通過改裝的辦法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)更改。此種辦法的優(yōu)點(diǎn)顯而易見：周期短、成本低、易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是改裝及由改裝帶來的風(fēng)險(xiǎn)要經(jīng)過充分論證，如改裝后元器件的固定方式、焊點(diǎn)質(zhì)量、安全間距等。改裝經(jīng)常會(huì)伴生出許多意想不到的情況，如對(duì)周邊器件的影響、改裝部分在各種環(huán)境實(shí)驗(yàn)中的性能等。其二，是重新制板，重新焊接。這種辦法的優(yōu)點(diǎn)在于風(fēng)險(xiǎn)受控，可以徹底解決由改裝帶來的一系列問題；缺點(diǎn)則非常明顯：所有元器件都要有足夠的余量（對(duì)于很多價(jià)格昂貴的元器件這實(shí)際上很難做到）；已經(jīng)進(jìn)行完的環(huán)境試驗(yàn)都必須重新進(jìn)行，而這兩點(diǎn)及由這兩方面因素導(dǎo)致的拖期是很多研制單位所不能承受的。一、印制電路板組裝件的改裝印制電路板組裝件的改裝通常包括元器件的增添、元器件連接的改裝以及多層印制電路板內(nèi)層印制導(dǎo)線的切斷等。1、電路板改裝的原則一般而言，經(jīng)過改裝的產(chǎn)品質(zhì)量不會(huì)下降，不應(yīng)存在隱患，甚至產(chǎn)品質(zhì)量更加優(yōu)良。根據(jù)QJ2940A-2001中的相關(guān)規(guī)定，印制電路板改裝應(yīng)遵循如下原則：任何一塊印制電路板組裝件上任意25 cm2面積內(nèi)，改裝總數(shù)應(yīng)不超過2處；只有在不改變印制電路板結(jié)構(gòu)尺寸的情況下方可增添元器件；元器件導(dǎo)線應(yīng)套以相應(yīng)的絕緣材料；引線加長(zhǎng)應(yīng)有限制，以防止隨后的振動(dòng)問題；加長(zhǎng)導(dǎo)線上的第一個(gè)粘接點(diǎn)，離元器件對(duì)導(dǎo)線的焊點(diǎn)的距離應(yīng)不大于15 mm。2、常見的電路板改裝方法（1）元器件的增添：傳統(tǒng)的元器件的增添方法通?？煞譃椋涸谟≈齐娐钒搴附用姘惭b增添元器件，在印制板元件面安裝增添元器件，在接線端子上安裝增添元器件，使用粘固膠安裝增添元器件，以及通過鄰近元器件的引線安裝增添元器件等幾種方法。上述方法需根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇。（2）元器件連接的改裝：元器件連接的改裝一般包括以下幾種方法：與加長(zhǎng)的元器件引線纏繞相連后的焊接；元器件引線與安裝在現(xiàn)成孔中的直立引線相焊接；安裝雙列直插封裝元器件，在切頭引線上焊或不焊連線（只有當(dāng)需要切頭的引線不超過雙列直插封裝每一側(cè)引線數(shù)的三分之一時(shí)，本方法方可使用）；安裝在切頭引線上焊或不焊連線連接器；插有扁平截面引線的金屬化孔中增加一條連線；在扁平封裝器件的引線上增加一條連線；元器件引線的絕緣。二、實(shí)際電路板改裝案例分析1、電路板改裝需要考慮的問題在實(shí)際工作中，需要在一塊焊裝好的印制電路板上加裝4個(gè)上拉電阻（該印制電路板已經(jīng)進(jìn)行過敷形涂覆及點(diǎn)膠加固處理）。在改裝前我們主要考慮了以下幾個(gè)方面因素。（1）加裝電阻的封裝形式：可供選擇的電阻封裝形式有插裝和表貼兩種。其中插裝電阻直接引線方便，但體積相對(duì)較大、質(zhì)量相對(duì)較沉，加裝后需要重點(diǎn)考慮其力學(xué)加固的方式，如果力學(xué)加固不當(dāng)很容易在后續(xù)的力學(xué)振動(dòng)試驗(yàn)中出現(xiàn)問題。表貼電阻引線相對(duì)不便，但其體積小、質(zhì)量輕，易于進(jìn)行力學(xué)加固，因此以何種方式焊接引出線是其需要著重考慮的問題。（2）粘固膠的選擇：對(duì)于加裝元器件的力學(xué)加固是必須考慮的工藝環(huán)節(jié)。一般而言，可以考慮機(jī)械加固和粘固兩種方式。由于機(jī)械加固通常需要打孔破壞印制電路板，因此常選用粘固方式對(duì)加裝件進(jìn)行力學(xué)加固。常見的可供選擇的粘固膠主要有兩種—硅橡膠與環(huán)氧樹脂膠。其中，硅橡膠粘接強(qiáng)度不及環(huán)氧樹脂，但固化過程中釋放應(yīng)力較小，其自身彈性較大，具備一定的力學(xué)減震效果；環(huán)氧樹脂膠粘接強(qiáng)度大，但其固化過程中釋放應(yīng)力也較大，使用不當(dāng)容易拉斷金屬化孔及損傷粘固的元器件。兩者各有利弊，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。如當(dāng)元器件密集、金屬化孔較多時(shí)宜選用硅橡膠粘固；當(dāng)空間相對(duì)充裕、金屬化孔不多時(shí)，宜選用環(huán)氧樹脂膠粘固。（3）粘固位置的選擇：粘固位置應(yīng)選擇在寬敞、金屬化孔較少、盡量遠(yuǎn)離邊框的位置；所粘固的位置不能與其他元器件、機(jī)械安裝框、散熱框架發(fā)生干涉。同時(shí)，所粘固的位置還要兼顧引出線與引出線目標(biāo)焊接點(diǎn)之間的距離，這個(gè)距離越近越好。（4）走線路經(jīng)的選擇：從電阻引出線到目標(biāo)點(diǎn)之間的走線路徑也是一個(gè)必須考慮的問題。一般而言，引出線不應(yīng)跨越其他元器件本體、焊盤及焊點(diǎn)，如必需跨越則必須采取可靠的絕緣措施。同時(shí)，導(dǎo)線兩端焊點(diǎn)不應(yīng)受明顯的導(dǎo)線應(yīng)力作用，連接導(dǎo)線應(yīng)在導(dǎo)線路徑確定后進(jìn)行預(yù)成形處理，確保其自身應(yīng)力作用降低到最小。2、電路板改裝方案的確定改裝方案的確定應(yīng)從待改裝的印制電路板組裝件實(shí)際情況出發(fā)，全面、均衡地考慮各方面因素。這里，我們采用了“加裝小電阻板”的改裝方案—利用制作的小電阻板焊接貼片0805封裝電阻，電阻板示意圖如圖1所示。電阻板與被改裝板之間采用HY914雙組分環(huán)氧樹脂膠粘固，其示意圖如圖2所示。采用“加裝電阻板”的方法，主要優(yōu)點(diǎn)如下：其一，加裝元器件焊點(diǎn)可靠。在電阻板上，加裝的電阻元件能夠正常焊接于焊盤上，引出線焊接在引出線焊盤上，這些焊點(diǎn)與正常焊接時(shí)形成的焊點(diǎn)無異，因此在電阻板焊接環(huán)節(jié)不會(huì)增加不可靠因素。其二，電阻板與改裝電路板之間的粘接。由于兩電路板均為FR4基材，因此在粘接完成后，材料間的熱膨脹系數(shù)的不匹配性大大降低。這在很大程度上降低了印制電路板基材、元器件、粘固膠之間熱膨脹系數(shù)不一致而導(dǎo)致元器件損壞風(fēng)險(xiǎn)（傳統(tǒng)的改裝方法是將元器件直接粘貼于印制電路板表面）。3、電路板改裝工藝流程印制電路板改裝工藝流程分為裝前準(zhǔn)備、電阻板焊接、清洗等14個(gè)工序，如圖3所示。（a）裝前準(zhǔn)備。裝前，應(yīng)將改裝所需的工具、材料備齊待用。（b）電阻板焊接。電阻板焊接采用OK 037烙鐵頭，焊接時(shí)間2~3 s，焊接過程采用R型助焊劑。（c）清洗。清洗采用無塵布蘸取酒精手工擦洗，擦洗后焊點(diǎn)應(yīng)外觀光亮、潤(rùn)濕良好，印制電路板應(yīng)無松香、焊錫殘?jiān)葰埩簟＃╡）焊點(diǎn)檢驗(yàn)。（e）粘接：印制電路板粘接首先采用HY914環(huán)氧樹脂膠，在粘接面雙側(cè)涂膠，涂膠應(yīng)均勻，膠量應(yīng)適當(dāng)，以粘接后無溢出為宜，而后固化4 h。待HY914完全固化后，采用GD414單組份室溫硫化硅橡膠均勻涂于電阻板四周，膠液應(yīng)覆蓋電阻板上邊緣，固化21 h。（f）導(dǎo)線處理：導(dǎo)線采用瑞侃0.15 mm2鍍銀導(dǎo)線。量取從電阻板引出點(diǎn)至目標(biāo)點(diǎn)的合適線長(zhǎng)，剝頭、搪錫備用。量取線長(zhǎng)時(shí)應(yīng)充分考慮走線路徑，盡量避免將線纜置于元器件本體上方、焊點(diǎn)上方、元器件引線上方、金屬接地孔上方等位置。如確實(shí)無法避開上述位置，則必須采取必要的絕緣措施，禁止導(dǎo)線與上述位置直接接觸。（g）去漆。原三防漆選用的是DBSF6101，該漆的稀釋劑為V（甲苯）∶V（正丁醇）∶V（醋酸丁酯）=2∶1∶1混合液。這里，選用其稀釋劑作為去漆劑。用無塵布蘸取少量去漆劑反復(fù)擦拭目標(biāo)焊點(diǎn)表面，以達(dá)到去漆效果。擦拭時(shí)間需控制在15 min以內(nèi)，長(zhǎng)時(shí)間的浸泡會(huì)導(dǎo)致印制電路板焊盤松動(dòng)，進(jìn)而影響電氣連接的可靠性。（h）引出線安裝。將連接線一端焊接于電阻板引出線焊盤，一端焊接于目標(biāo)焊點(diǎn)。（i）清洗。焊接完成后，將焊點(diǎn)及其周邊的助焊劑殘留物等擦拭干凈。（j）焊點(diǎn)檢驗(yàn)。檢驗(yàn)焊點(diǎn)是否存在錯(cuò)焊，在5倍放大鏡下，焊點(diǎn)是否光亮、潤(rùn)濕良好。（k）補(bǔ)漆。對(duì)電阻板、引線焊點(diǎn)等位置補(bǔ)涂三防漆，并自然晾干24 h。（l）導(dǎo)線粘固。對(duì)引出線出線位置進(jìn)行點(diǎn)膠加固處理，另引出線每隔1 cm進(jìn)行粘固。（m）檢驗(yàn)。檢驗(yàn)連接關(guān)系是否正確，粘接膠體是否完全固化，是否存在漏涂漆部位，是否存在焊錫殘?jiān)?、膠粒等多余物。（n）拍照。應(yīng)拍攝改裝后印制電路板全景及局部多角度圖片，備查。三、電路板試驗(yàn)驗(yàn)證改裝完成后，需要進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證工作。該印制電路板進(jìn)行了板級(jí)溫度循環(huán)試驗(yàn)和隨機(jī)力學(xué)振動(dòng)試驗(yàn)。這里，選擇板級(jí)試驗(yàn)條件、溫度循環(huán)試驗(yàn)條件為：溫度范圍-40~75℃；升溫速率10℃/min，降溫速率5℃/min；保持高溫時(shí)間2 h，低溫1.5 h；循環(huán)次數(shù)10次。力學(xué)試驗(yàn)條件為：20~80 Hz，+3 dB/oct；80~350 Hz，0.04g2/Hz（g為重力加速度）；350~2 000 Hz，-3 dB/oct；總均方根值6.06；加載方向，Z向；振動(dòng)時(shí)間，溫度循環(huán)前5 min，溫度循環(huán)后進(jìn)行15 min。經(jīng)過上述溫度及力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)后，印制電路板，特別是印制電路板的改裝部分外觀檢測(cè)正常，通電測(cè)試正常，進(jìn)而證明了該改裝方法可靠、有效。總結(jié)印制電路板組裝件的改裝是一項(xiàng)不確定性強(qiáng)、狀態(tài)復(fù)雜多變、工藝實(shí)施路線多樣的工作。這就更需要工藝人員集思廣益，充分考慮各種利弊因素，優(yōu)中選優(yōu)，拿出最佳的工藝實(shí)施方案。此外，改裝實(shí)屬迫不得已之手段，在研制進(jìn)度、經(jīng)費(fèi)等條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮重新排布印制電路板以確保產(chǎn)品質(zhì)量。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的一種印制電路板改裝工藝方法。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國(guó)內(nèi)外芯片代理商，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS方案開發(fā)、藍(lán)牙音頻開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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07-21
2021
印刷電路板草圖設(shè)計(jì)
所謂印制電路板的草圖，是能夠準(zhǔn)確地反映元器件在印制電路板的位置與連接的設(shè)計(jì)圖，是指繪制黑白底圖的依據(jù)。在草圖中，要求焊盤的位置、焊盤的間距、焊盤間的相互連接、印制導(dǎo)線的走向及形狀、整板的外形尺寸等，均應(yīng)按印制板的實(shí)際尺寸(或按一定的比例)繪制出來，以作為印制板的依據(jù)。繪制草圖是把印制板圖形化的關(guān)鍵和主要工作量。草圖的設(shè)計(jì)，可以用手工設(shè)計(jì)，也可以用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，手工設(shè)計(jì)要求在圖紙上設(shè)計(jì)草圖。采用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)印制板，雖然可以不用在紙上設(shè)計(jì)草圖，直接在計(jì)算機(jī)上繪制黑白底圖，但草圖的設(shè)計(jì)原則仍然要體現(xiàn)在CAD軟件的應(yīng)用過程中。手工設(shè)計(jì)一般是在尺寸固定的網(wǎng)格紙上準(zhǔn)確地標(biāo)出連接盤(焊盤)和孔的位置、尺寸、導(dǎo)電圖形、導(dǎo)線寬度和間距等一系列要求，并可以加文字說明。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)，借助CAD軟件根據(jù)電路原理圖及導(dǎo)線表將印制電路板的結(jié)構(gòu)參數(shù)、電氣要求、設(shè)計(jì)規(guī)則和元件目錄表等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)按照這些指令自動(dòng)完成布線、圖形編制、網(wǎng)表產(chǎn)生、設(shè)計(jì)規(guī)定校驗(yàn)等功能。其結(jié)構(gòu)圖形可由終端顯示，并可人機(jī)交互修改設(shè)計(jì)，完成以后提供一系列數(shù)據(jù)磁帶(磁盤)。草圖通常包括以下幾種圖紙:布設(shè)草圖、原版圖形(或稱導(dǎo)電圖形圖，以圖紙或CAD圖形數(shù)據(jù)的形式，交給印制電路板生產(chǎn)廠家)、阻焊圖、標(biāo)記字符圖、機(jī)械加工圖和裝配圖等。布設(shè)草圖是設(shè)計(jì)印制電路板的關(guān)鍵。根據(jù)布設(shè)草圖，再設(shè)計(jì)機(jī)械加工圖、電氣裝配圖和照相底圖。根據(jù)照相底圖設(shè)計(jì)阻焊圖、標(biāo)記字符圖(簡(jiǎn)稱字符圖)。布設(shè)草圖是根據(jù)電原理圖或邏輯圖的要求，標(biāo)出印制電路板上所有尺寸范圍和網(wǎng)格位置的一個(gè)技術(shù)文件。它包括導(dǎo)電圖形、元器件尺寸和類型、孔的位置以及制造印制電路板必須的說明，可以用一張或多張草圖標(biāo)明。一般情況下，印制電路板圖形和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)盡可能放在一張草圖上表示。一、印刷電路板草圖設(shè)計(jì)的原則完成準(zhǔn)備工作后，就可以開始繪制草圖了。除了應(yīng)該注意處理各類干擾并解決接地問題以外，草圖排版設(shè)計(jì)主要原則是保證印制導(dǎo)線不交叉接地連通。要做好這一點(diǎn)并不容易，草圖設(shè)計(jì)的主要工作量也在于繪制不交叉單線圖。通過重新排列元器件的位置，使元器件在同一平面上按照電路連通，并且彼此之間的連線不能交叉。如果遇到交叉就要重新調(diào)整元器件的排列位置和方向，來解決或避免這種情況。所以，在草圖設(shè)計(jì)時(shí)，首先要繪制不交叉的單線圖。1.1繪制不交叉單線圖時(shí)的注意事項(xiàng)1)元器件是安裝在元件面的，它與焊接面成鏡像關(guān)系，對(duì)于多引線元器件要特別注意。2)印制導(dǎo)線都有一定的寬度及間距要求。分立元件導(dǎo)線一般約為1.5～3.0mm，導(dǎo)線間距由導(dǎo)線間的絕緣電阻和擊穿電壓決定。當(dāng)絕緣電阻超過20 MΩ時(shí)，兩線間距為1.5mm，允許工作電壓為300 V，兩線間距為1.0mm，允許工作電壓為220 V。因此，在畫單線不交叉圖時(shí)，導(dǎo)線間的間距不能太密。3)原理圖的繪制一般以信號(hào)流經(jīng)過程及反映元器件在圖中的作用為原則，以便于對(duì)線路的分析與閱讀，而從不考慮元件的尺寸、形狀以及引線的排列順序，因而原理圖中走線交叉現(xiàn)象較多。這對(duì)讀圖毫無影響，但在印制板中交叉現(xiàn)象是不允許的。因此在排版中，首先要繪制單線不交叉圖，通過重新排列元器件的位置，使元器件在同一平面上彼此間的連線不交叉，如遇交叉，可通過重新排列元器件的位置與方向來解決。當(dāng)很難避免導(dǎo)線交叉時(shí)，可以適當(dāng)加大元器件間距和跨距，也可采用“短接線”法，實(shí)在復(fù)雜時(shí)，可以采用雙面板。畫單線不交叉的時(shí)，先用鉛筆畫，逐步調(diào)整布局，直到符合電原理圖為止。在設(shè)計(jì)過程的開始階段，不要過早的定死每個(gè)元器件的排列位置和方向，來解決或避免這種情況(導(dǎo)線交叉)。在較復(fù)雜的電路中，有時(shí)完全不交叉是困難的，如為了解決2條導(dǎo)線不交叉而使一條轉(zhuǎn)彎抹角，變得很長(zhǎng)，這在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免，因?yàn)檫@不僅增加了印制線的密度，而且很可能因?yàn)榫€長(zhǎng)而產(chǎn)生電路中的干擾。為此，可以采用“飛線”來解決印制導(dǎo)線過長(zhǎng)的問題，但“飛線”不宜過多?！帮w線”即在印制線的交叉處切斷一根，從板的元件面用一根短接線連接，這種現(xiàn)象只有在迫不得已的情況下偶然使用。如“飛線”過多，便會(huì)影響板的質(zhì)量，不能算是成功的作品。不交叉單線圖基本完稿后，即可以著手繪制排版草圖。要求元器件的位置及尺寸大體固定。印制導(dǎo)線排定，并盡量做到短、少、疏。通常需要幾經(jīng)反復(fù)，多次調(diào)整元器件位置和方向，才能達(dá)到滿意的結(jié)果。為了制作印制板的黑白底圖，應(yīng)該繪制一張正式排版草圖。要求版面尺寸、焊盤位置、印制導(dǎo)線的連接與走向、板上各孔的尺寸及位置等，都要與實(shí)際版面相同，并明確地標(biāo)出來。圖的比例可根據(jù)印制板上圖形的密度和精度決定，可以取1∶1，2∶1，4∶1等不同比例。1.2分析電路原理圖對(duì)原理設(shè)計(jì)思想以及整機(jī)運(yùn)用等技術(shù)資料的分析程度，決定了在印制電路設(shè)計(jì)過程中的主動(dòng)性。通過對(duì)原理圖的分析應(yīng)達(dá)到以下目的。1)找出線路中可能的干擾源，以及易受干擾的敏感元件。2)熟悉原理圖中出現(xiàn)的每個(gè)元器件，掌握每個(gè)元器件的外形尺寸、封裝形式、引線方式、管腳排列順序和各管腳功能及其形狀等，確定哪些元件因發(fā)熱而需安裝散熱片并計(jì)算散熱面積，確定哪些元件裝在板上，哪些在板外等。3)確定印制板的種類:單面或雙面。單面:常用于分立元件電路，因?yàn)榉至⒃€少、排列位置便于靈活變換。雙面:多用于集成電路較多的電路，特別是以雙列直插封裝式器件。因?yàn)槠骷€間距小，數(shù)目多(少則8腳，多則40腳或更多)，單面布設(shè)印制線不交叉十分困難，較復(fù)雜的電路幾乎無法實(shí)現(xiàn)。4)確定元器件的安裝方式、排列方式及焊盤走線形式。根據(jù)不同特點(diǎn)常有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系:元件臥式安裝→規(guī)則排列→圓形焊盤，元件立式安裝→不規(guī)則排列→島形焊盤。5)確定對(duì)外連線方式。二、繪制PCB草圖的步驟2.1 單面印制板草圖的繪制按著草圖尺寸，取方格紙或坐標(biāo)紙(應(yīng)留有一定的余量)。畫出版面輪廓尺寸，并在輪廓下留出一定的空間，用于說明圖紙的技術(shù)要求。板面的四周留出一定的空白距離(一般為5～10mm)不設(shè)焊盤與導(dǎo)線。繪制板上各工藝孔(包括印制板基板上各元器件的固定孔)，工藝孔中心一般取在坐標(biāo)網(wǎng)格交點(diǎn)上。用鉛筆畫出各個(gè)元器件外形輪廓(應(yīng)按單線不交叉草圖上元器件的位置順序畫)，注意應(yīng)使各元器件輪廓尺寸與實(shí)物對(duì)應(yīng)，元器件的間距要均勻一致。使用較多的小型元器件可不畫出輪廓圖，如電阻、小電容、小功率晶體管等，但要做到心中有數(shù)。確定并標(biāo)出各焊盤的位置，有精度要求的焊盤要嚴(yán)格按尺寸標(biāo)出，無尺寸要求的應(yīng)盡量使元器件排列均勻、整齊(在規(guī)則排列中更應(yīng)注意)。布置焊盤的位置不要考慮焊盤間距是否整齊一致，而應(yīng)根據(jù)元器件大小形狀而定，最終應(yīng)保證元器件裝配后間距均勻、整齊、疏密適中。為了簡(jiǎn)便起見，勾畫印制導(dǎo)線，只需用細(xì)線標(biāo)明導(dǎo)線走向及路徑即可，不需要按印制導(dǎo)線的實(shí)際寬度畫出，但要考慮導(dǎo)線之間的距離。將鉛筆繪制的草圖反復(fù)核對(duì)無誤后，用繪圖筆重描焊點(diǎn)及印制導(dǎo)線，描后擦掉元件實(shí)物輪廓圖，使草圖清晰明了。標(biāo)明焊盤尺寸及導(dǎo)線寬度，注明印制板的技術(shù)要求。技術(shù)要求內(nèi)容如下:1)焊盤外徑、內(nèi)徑、導(dǎo)線寬度、焊盤間距及公差；2)板料及板厚；板的外形尺寸及公差；3)板的鍍層要求(指鍍金、銀、鉛錫合金等)；4)板面助焊劑、助焊劑的使用；5)其它具體要求等。2.2 雙面印制板草圖的繪制雙面板除與上述單面印制板草圖的設(shè)計(jì)繪制過程外，還應(yīng)考慮下面幾點(diǎn)。元器件布在一面(A面)，主要印制導(dǎo)線布在無元件面(B面)，兩面印制導(dǎo)線應(yīng)盡量避免平行布設(shè)，應(yīng)力求互相垂直，以減小干擾。兩面印制導(dǎo)線最好分別布在兩面，如在一面繪制，應(yīng)用兩種顏色以示區(qū)別，并注明分別在哪一面。兩面對(duì)應(yīng)的焊盤要嚴(yán)格一一對(duì)應(yīng)，方法可通過扎針穿孔法，將一面焊盤中心引到另一面。在繪制元件面導(dǎo)線時(shí)，注意避開元件外殼，屏蔽罩等。兩面彼此間需要連接的印制線，需用金屬化孔實(shí)現(xiàn)。2.3 電路板草圖繪制的注意事項(xiàng)在繪制印制電路板草圖時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)。1)熟悉電路原理。所謂熟悉電路原理，即知曉電路的組成及工作原理，如信號(hào)的來龍去脈，工作電流流向以及元器件之間、單元電路之間的關(guān)系，以確保布線時(shí)的電氣性能。2)收集元器件資料。為確保元器件位置大小與正確排列，對(duì)電路中元器件、配件的外形尺寸和安裝尺寸，引腳排列等情況，盡量收集全面，以供實(shí)施布線時(shí)參閱。3)確定固定件位置。固定件是指印制電路板與機(jī)殼相對(duì)位置，電路中的電位器、可變電容、電池極片、拉線滑輪以及印制電路板固定孔等不能隨意地改變位置，以防布線后將其印制線損壞或重新布線對(duì)于固定件位置，除標(biāo)出其外形或輪廓、定位其尺寸外，還應(yīng)標(biāo)出焊點(diǎn)。對(duì)于部分“地盤”被固定件“占據(jù)”時(shí)，應(yīng)適量留出一定寬度的邊緣備用。4)選擇草圖比例和草圖樣張。印制電路板的草圖是制作印制電路板的依據(jù)。為制作草圖方便、精確，印制電路板的草圖通常比實(shí)物放大，繪制好后再拍照復(fù)印縮小成1∶1的比例，則繪制中的不足可以被縮小，得到相應(yīng)的補(bǔ)償。常用比例為放大一倍(即2∶1)或放大5倍(即5∶1)。放大倍數(shù)是依據(jù)連線或焊盤間的距離而定。為繪制的印制電路板草圖準(zhǔn)確、布線合理清潔、美觀，最好采用淺色坐標(biāo)紙。當(dāng)坐標(biāo)紙大格為10mm×10mm，小格為2.5mm×2.5mm，選其2.5∶1比例時(shí)，大格相當(dāng)于已于4mm×4mm，小格相當(dāng)于已于1mm×1mm，其他比例以此類推?？偨Y(jié)綜上所述，我們即可設(shè)計(jì)出符合要求的印制電路板的草圖，完善了PCB的設(shè)計(jì)過程。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的印制電路板的草圖設(shè)計(jì)方法。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國(guó)內(nèi)外芯片代理商：松翰、應(yīng)廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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07-20
2021
差分線對(duì)PCB設(shè)計(jì)
差分線對(duì)的PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)差分線對(duì)是指一對(duì)存在耦合的傳輸線。差分信號(hào)的傳輸是利用兩個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)差分線對(duì)，一根攜帶信號(hào)，另一根攜帶它的互補(bǔ)信號(hào)。我們需要的就是差分線對(duì)間的電壓差，它攜帶著要傳輸?shù)男畔ⅰＲ?、差分信?hào)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)差分信號(hào)傳輸與單端信號(hào)傳輸相比有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）抗干擾能力強(qiáng)，因?yàn)閮筛罘肿呔€之間的耦合很好，當(dāng)外界存在噪聲干擾時(shí)，幾乎是同時(shí)被耦合到兩條線上，而接收端關(guān)心的只是兩信號(hào)的差值，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消；（2）能有效抑制EMI，同樣的道理，由于兩根信號(hào)的極性相反，他們對(duì)外輻射的電磁場(chǎng)可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少；（3）時(shí)序定位精確，由于差分信號(hào)的開關(guān)變化是位于兩個(gè)信號(hào)的交點(diǎn)，而不像單端信號(hào)依靠高低兩個(gè)閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時(shí)序上的誤差，同時(shí)也更適合于低幅度信號(hào)的電路設(shè)計(jì)。對(duì)于PCB工程師來說，最關(guān)注的還是如何確保在實(shí)際布線中能完全發(fā)揮差分信號(hào)的優(yōu)勢(shì)。接觸過PCB設(shè)計(jì)的人都會(huì)了解差分布線的一般要求，那就是“等長(zhǎng)、等距”。但所有這些規(guī)則都不是用來生搬硬套的，不少工程師似乎還沒有對(duì)差分線對(duì)的實(shí)際設(shè)計(jì)處理做過深入分析。下面就重點(diǎn)討論一下PCB差分信號(hào)PCB設(shè)計(jì)中幾個(gè)常見的要點(diǎn)。二、差分線對(duì)PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)2.1等長(zhǎng)等長(zhǎng)是為了使每根線上的信號(hào)傳輸時(shí)延相同，來確保兩個(gè)差分信號(hào)時(shí)刻保持極性相反。兩條傳輸線上的任何時(shí)延差別都會(huì)使部分差分信號(hào)變成共模信號(hào)，嚴(yán)重影響信號(hào)質(zhì)量。等長(zhǎng)就是使差分線對(duì)的兩根信號(hào)線布線長(zhǎng)度盡量相同。通常對(duì)于高速差分信號(hào)等長(zhǎng)的匹配要求是±10 mils之內(nèi)。當(dāng)然，這是一個(gè)較高的要求，真實(shí)的數(shù)值我們可以通過信號(hào)允許錯(cuò)位（skew，芯片手冊(cè)上可以查到）和信號(hào)傳輸時(shí)延（一般180皮秒每英寸）來計(jì)算。由于器件布局、引腳分布等原因，直接布線生成的差分線對(duì)大多數(shù)情況都不等長(zhǎng)，這就需要進(jìn)行手動(dòng)繞線。手動(dòng)繞線一般在芯片引腳處進(jìn)行，目的是減少差分線對(duì)阻抗不連續(xù)點(diǎn)。圖1展示了兩種常用的繞線方式。2.2等距等距是為了保證差分線對(duì)之間差分阻抗的連續(xù)性，減少反射。差分阻抗是設(shè)計(jì)差分對(duì)的重要參數(shù)，如果不連續(xù),就會(huì)影響信號(hào)完整性。差分阻抗可以看做兩個(gè)單端信號(hào)線的等效阻抗串聯(lián)，通常單端信號(hào)線的等效阻抗為50?，所以一般情況下差分阻抗都應(yīng)保持在100?。等距就是使差分線對(duì)間的距離保持相等（即平行走線），保證差分線對(duì)全程的差分阻抗不改變。差分阻抗和差分線對(duì)的線寬、線間距、印制板層疊順序、介質(zhì)的介電常數(shù)等諸多參數(shù)有關(guān)，其中某些參數(shù)只有印制板生產(chǎn)廠商才能提供，因此印制板設(shè)計(jì)者應(yīng)與生產(chǎn)廠商共同協(xié)商決定線間距等參數(shù)。值得注意的是，一個(gè)差分信號(hào)在多層PCB的不同層傳輸時(shí)(特別是內(nèi)外層都走線時(shí))，要及時(shí)調(diào)整線間距來補(bǔ)償因?yàn)榻橘|(zhì)的介電常數(shù)變化帶來的特性阻抗變化。與不等長(zhǎng)相比，不等距對(duì)信號(hào)完整性的影響較小。當(dāng)?shù)乳L(zhǎng)與等距規(guī)則沖突時(shí)，應(yīng)優(yōu)先滿足等長(zhǎng)。2.3差分線對(duì)與印制板層疊PCB板的層疊設(shè)置和信號(hào)的耦合以及屏蔽都有著密切的關(guān)系。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為差分線對(duì)彼此為對(duì)方提供回流途徑，因此差分信號(hào)不需要地平面作為回流路徑，這是一個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。一般差分走線之間的耦合較小，往往只占10%～20%的耦合度，更多的還是對(duì)地的耦合，所以差分走線的主要回流路徑還是存在于地平面。在PCB設(shè)計(jì)中，差分信號(hào)要求至少緊鄰一個(gè)地平面，兩側(cè)都能緊鄰地平面最好。推薦層疊方式如圖2所示，信號(hào)質(zhì)量從左到右依次降低，但都能滿足基本要求。同高速單端線路一樣，差分線對(duì)也對(duì)參考地平面有完整性要求。即差分線對(duì)經(jīng)過的路徑上，其參考地平面必須保證連續(xù)，不能出現(xiàn)分割，如圖3所示。2.4差分線對(duì)與其它信號(hào)的距離控制差分線對(duì)和其它信號(hào)間的距離，可以有效減少其它信號(hào)對(duì)差分線對(duì)的干擾和抑制EMI。我們知道，電磁場(chǎng)能量是隨著距離平方遞減的，一般差分線對(duì)和其它信號(hào)間的距離大于差分線寬的4倍或差分線對(duì)間距的3倍（取其數(shù)值大者）以上時(shí)，它們之間的影響就極其微弱了，基本可以忽略。公式如下：L>4w且L>3d，其中，L：差分線對(duì)和其它信號(hào)間的距離；w：差分線的線寬；d：差分線對(duì)的線間距。這里，其它信號(hào)包括其它差分線、單端線、信號(hào)平面等。同時(shí)，差分線對(duì)和其參考平面邊沿的距離也應(yīng)按照上述方式進(jìn)行計(jì)算，這樣做的目的是保證兩條差分線的對(duì)稱性，減少共模噪聲，如圖4所示。2.5差分線對(duì)的端接給差分線對(duì)增加端接電阻是保證差分傳輸線阻抗匹配的一種有效方法。終端匹配電阻的控制要根據(jù)不同的邏輯電平接口，來選擇適當(dāng)?shù)碾娮杈W(wǎng)絡(luò)和負(fù)載并聯(lián)，以達(dá)到阻抗匹配的目的。目前最常用的差分信號(hào)有LVDS和LVPECL兩種，下面就分別介紹這兩種信號(hào)的端接方式。（1）LVDS信號(hào)：LVDS是一種低擺幅的差分信號(hào)技術(shù)，其傳輸速率一般在幾百M(fèi)b/s以上。LVDS信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器由1個(gè)驅(qū)動(dòng)差分線的電流源組成，通常電流為3.5 mA。端接電阻一般只要跨接在正負(fù)兩路信號(hào)的中間就可以了，如圖5所示。（2）LVPECL信號(hào)：LVPECL電平信號(hào)也是適合高速傳輸?shù)牟罘中盘?hào)電平之一，其傳輸速率可達(dá)到1 Gb/s。它的每一單路信號(hào)都有一個(gè)比信號(hào)驅(qū)動(dòng)電壓小2 V的直流電位，因此應(yīng)用終端匹配時(shí)不能在正負(fù)兩條差分線之間跨接電阻，而只能將每一路進(jìn)行單端匹配，如圖6所示。要注意的是，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，很多器件生產(chǎn)商已經(jīng)可以把終端匹配電阻做到器件內(nèi)部（在芯片手冊(cè)上可以查到），以減少PCB設(shè)計(jì)者的工作。此時(shí)就不能再進(jìn)行端接了，否則反而會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量。2.6其它要注意的問題在進(jìn)行差分線對(duì)的PCB設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)注意以下問題：盡量減少使用過孔和其他一些引起阻抗不連續(xù)的因素；不要使用90°折線，可用圓弧或45°折線代替；必要時(shí)在不同差分線對(duì)之間加地平面隔離以防止相互問的串?dāng)_；不要只是保證走線總長(zhǎng)度相等，而是盡量做到走線的每一段都相等（針對(duì)阻抗不連續(xù)點(diǎn)劃分，如插座）；如非必要，盡量不要在差分線上增加測(cè)試焊盤。總結(jié)差分線對(duì)以其優(yōu)異的性能逐漸成為高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的常用手段。在高速數(shù)字PCB設(shè)計(jì)中，運(yùn)用差分線對(duì)傳輸高速信號(hào)，一方面在對(duì)PCB系統(tǒng)的信號(hào)完整性和低功耗等方面大有裨益，另一方面也給的PCB設(shè)計(jì)者的水平提出了更高要求。作為PCB設(shè)計(jì)工程師應(yīng)該深刻理解傳輸線理論的有關(guān)概念，仔細(xì)分析各種畸變現(xiàn)象的原因，找出合理有效的解決辦法；還要不斷把工作中積累的一些經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)，才能夠取得滿意的設(shè)計(jì)效果。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的差分線對(duì)的PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國(guó)內(nèi)外芯片代理商：松翰、應(yīng)廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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07-18
2021
常見SMT設(shè)計(jì)問題
雖然SMT在我國(guó)已有二十幾年的應(yīng)用歷史，但是由于種種原因，在一些以設(shè)計(jì)生產(chǎn)多品種小批量產(chǎn)品為特點(diǎn)的企業(yè)中，PCB設(shè)計(jì)人員還存在對(duì)SMT生產(chǎn)設(shè)備和工藝不熟悉、不能很好地應(yīng)用PCB設(shè)計(jì)規(guī)范和可制造性概念比較模糊的情況。導(dǎo)致在實(shí)際設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)對(duì)制造工藝流程的選擇、元器件與PCB材料的選擇、焊盤設(shè)計(jì)、PCB布局設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、應(yīng)力設(shè)計(jì)和可測(cè)試性設(shè)計(jì)等方面缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，需要反復(fù)多次修改或重新設(shè)計(jì)。不良設(shè)計(jì)在SMT生產(chǎn)制造中帶來的質(zhì)量缺陷隱患非常大，如果PCB布線設(shè)計(jì)不符合規(guī)范要求，會(huì)造成可制造性差，增加工藝流程和工藝難度，影響設(shè)備利用率，降低生產(chǎn)效率，浪費(fèi)工時(shí)，拖延工期，最嚴(yán)重的是會(huì)造成大量焊接缺陷，勢(shì)必會(huì)進(jìn)行PCBA維修。我們知道返修就會(huì)帶來質(zhì)量隱患，可能會(huì)損壞元器件（有的元器件是不可逆的）和印制電路板，直接影響到產(chǎn)品的可靠性。最差情況下會(huì)導(dǎo)致改版或重新設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)產(chǎn)品實(shí)際開發(fā)周期。SMT印制電路板設(shè)計(jì)中的常見問題有：沒有設(shè)計(jì)基準(zhǔn)標(biāo)志、PCB工藝邊、PCB外形和尺寸；元器件布局不合理；焊盤結(jié)構(gòu)尺寸不正確；導(dǎo)通孔設(shè)計(jì)不正確；阻焊膜和絲印不規(guī)范；PCB材料、厚度和寬度尺寸比不合適；PCB外形不規(guī)則和沒有制成拼板等。下面對(duì)此一一進(jìn)行說明并在分析問題的同時(shí)提出正確設(shè)計(jì)要求。1、基準(zhǔn)標(biāo)志基準(zhǔn)標(biāo)志是為了糾正PCB加工和變形引起的誤差，以及用于PCB定位和元器件定位。在整個(gè)SMT工藝流程中相關(guān)的自動(dòng)化設(shè)備都需要利用PCB光板上設(shè)置的基準(zhǔn)標(biāo)志來作精度上的校準(zhǔn)，如：貼片機(jī)、絲印機(jī)、AOI、飛針測(cè)試儀和全自動(dòng)返修臺(tái)等。生產(chǎn)中有的PCBA沒有設(shè)置基準(zhǔn)標(biāo)志也上線組裝了。我們知道，絲印機(jī)和貼片機(jī)除了可用標(biāo)準(zhǔn)形狀基準(zhǔn)標(biāo)志，還可以選用通孔器件焊環(huán)、焊孔及貼裝器件焊盤作為基準(zhǔn)標(biāo)志，但是因其制作不規(guī)范識(shí)別效果差，使用后存在很多問題，會(huì)造成批量返修。建議只要有SMD器件的PCB在布線時(shí)，都設(shè)置上基準(zhǔn)標(biāo)志。2、PCB工藝邊PCB應(yīng)留出一定的邊緣便于設(shè)備的夾持，也就是工藝邊。一般沿PCB焊接傳送方向，兩條邊應(yīng)留出至少5 mm的工藝邊，在這個(gè)范圍內(nèi)不允許放置元器件和焊盤。工藝邊一般設(shè)置在一對(duì)長(zhǎng)邊上即可。3、PCB尺寸太小為了提高貼裝效率，在P C B外形尺寸小于7 0 mm×70 mm時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)成拼板，對(duì)于某些異形板也需拼板。如圖1所示，該板通過設(shè)計(jì)規(guī)范審查后制作了拼板，但是將工藝邊加在了短邊，應(yīng)該將工藝邊加在長(zhǎng)邊方向，即SMT生產(chǎn)線夾持傳輸方向。建議：當(dāng)貼片機(jī)料位及供料器足夠的前提下，將PCB的頂面和底面拼在同一面，可節(jié)約1塊鋼網(wǎng)制作費(fèi)用，并減少一次更換貼片程序時(shí)間；另外也可以將一個(gè)項(xiàng)目中多塊PCB拼在同一塊大板中。這樣就能夠極大地提高貼裝效率和產(chǎn)成品效率。4、焊盤寬度尺寸焊盤寬度偏小時(shí)會(huì)造成引腳焊接面小、焊錫量小、焊點(diǎn)強(qiáng)度不夠、抗振動(dòng)及導(dǎo)電性能差等。航天及軍工產(chǎn)品要求焊盤寬度應(yīng)于元器件引腳寬度相同或?yàn)槠?.1倍，民品在高密度布線的限制下可縮小0.9倍。如圖2為不合格設(shè)計(jì)，圖3為合格設(shè)計(jì)。5、元器件放置位置當(dāng)元器件靠近印制板邊緣時(shí)會(huì)有下列問題：（a）不利于自動(dòng)化裝配；（b）機(jī)械應(yīng)力集中；（c）周轉(zhuǎn)過程中易損傷；（d）金屬化孔和焊盤易被拉傷。一般要求在距工藝邊、夾持邊或印制板邊緣3 mm內(nèi)，不允許布放元器件?？拷≈瓢暹吘壊挤旁骷r(shí)，元器件長(zhǎng)邊應(yīng)于印制板邊平行。對(duì)于片式陶瓷電容，高溫老化或使用一段時(shí)間，會(huì)發(fā)現(xiàn)其失效有一個(gè)共同特征，大多位于拼板邊緣、螺釘和插座附近?？拷黀CB邊緣，如圖4所示。失效表現(xiàn)形式，如圖5和圖6所示。6、元器件放置方向在大型器件的四周要留出一定的維修空間，便于返修設(shè)備加熱頭進(jìn)行操作?？拷笮推骷吘壊挤旁r(shí)，元件長(zhǎng)邊應(yīng)于器件邊緣平行。如圖7和圖8所示。7、關(guān)鍵和貴重元件位置關(guān)鍵和貴重元件靠近高應(yīng)力集中區(qū)域，易造成焊點(diǎn)疲勞或焊點(diǎn)斷裂。不要將其布放在PCB的角和邊緣，也不要靠近接插件、安裝孔、槽、拼板的切割、豁口和拐角等處。如圖9和10所示。BGA器件檢測(cè)一般采用非破壞性的X射線檢測(cè)方法。8、過孔焊盤上面不允許設(shè)置過孔。焊盤上有過孔會(huì)造成焊接時(shí)焊料熔化后通過過孔漏到金屬化孔內(nèi)或底層，引起焊點(diǎn)焊料過少、虛焊、豎碑和熱應(yīng)力等缺陷。過孔一般也不設(shè)置在器件下方，當(dāng)器件封裝小于0805時(shí)，易造成短路；當(dāng)過孔作阻焊處理時(shí)，較厚的阻焊膜會(huì)將器件托起，造成脫焊、立碑和虛焊等。9、翼形引腳設(shè)計(jì)要求翼形引腳腳底應(yīng)全部坐落在焊盤上。保證在引腳足跟部形成焊點(diǎn)，即主焊點(diǎn)，此處焊點(diǎn)是否形成，是保證該類型引腳焊接強(qiáng)度的關(guān)鍵點(diǎn)，保證焊盤伸出引腳足尖部0.3 mm以上。10、BGA布局要求早期設(shè)計(jì)規(guī)范要求不建議在雙面放置BGA器件，但是現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中對(duì)電子產(chǎn)品的微薄輕需求越來越迫切。如案例產(chǎn)品中PCB頂面就設(shè)置了10個(gè)BGA器件，PCB底面設(shè)置了6個(gè)BGA器件，雙面放置BGA器件已經(jīng)成為常態(tài)。PCBA組裝狀態(tài)的焊點(diǎn)接合部溫度循環(huán)壽命，同組裝密度有很大關(guān)系，特別是在兩面PCB相同位置同時(shí)組裝陣列式端子場(chǎng)合，會(huì)使接合部位壽命降低50%左右。11、電連接器孔徑比電連接器孔徑比設(shè)置要合理。孔徑比大，導(dǎo)致孔壁與引腳間隙大焊接時(shí)易造成透錫短路。對(duì)于特殊情況，如J30J微矩形電連接器，焊接的最小間隙為0.136 mm，小于通孔器件焊接最小安全間隙0.2 mm，焊接時(shí)易造成連錫，可設(shè)置橢圓形孔，以增加兩焊盤間的間隙，可達(dá)到0.25 mm，有效防止焊接時(shí)短路。工藝總結(jié)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，采取以下8項(xiàng)措施，PCB設(shè)計(jì)規(guī)范化可在企業(yè)內(nèi)部得到快速、全面和有效應(yīng)用，消除不良設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)可制造性設(shè)計(jì)。（1）制定企業(yè)內(nèi)部PCB設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（或指南）及評(píng)審制度；（2）設(shè)立企業(yè)內(nèi)部PCB設(shè)計(jì)規(guī)范工藝設(shè)計(jì)師崗位；（3）購(gòu)買專業(yè)PCB設(shè)計(jì)規(guī)范軟件工具；（4）建立PCB設(shè)計(jì)人員培訓(xùn)計(jì)劃和檔案，確認(rèn)從事PCB設(shè)計(jì)人員都經(jīng)過了可制造性設(shè)計(jì)培訓(xùn)；（5）充分利用企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，建立快捷有效的PCB設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)信息獲取途徑，建立PCB設(shè)計(jì)問題反饋、審批和批準(zhǔn)快捷有效的實(shí)施流程；（6）建立PCB設(shè)計(jì)缺陷案例庫，方便在日常工作中不同設(shè)計(jì)人員和工藝人員進(jìn)行獲取和更新的綠色通道；（7）PCB設(shè)計(jì)人員與SMT加工廠之間有效溝通和協(xié)作；（8）SMT加工廠向客戶及時(shí)反饋，不斷改進(jìn)和完善產(chǎn)品PCB設(shè)計(jì)。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的SMT印制電路板設(shè)計(jì)常見問題及解決方法。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國(guó)內(nèi)外芯片代理商，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)、語音識(shí)別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS方案開發(fā)、藍(lán)牙音頻開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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