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工厂地址:深圳市宝安区沙井镇万安工业区12栋

深圳市宝安区沙井镇西部工业园A栋5车间

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线路板(电路板)制作出现各种问题及改善方法
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电路板(线路板)制造出现各种问题及改善方法(一)

  一、电路板工程设计制作

1.1CAM制作的基本步骤

每一个线路板 板基本上都是由孔径孔位层、DRILL 层、线路层、阻焊层、组成的,在CAM350 中,每载入一层都会以不同的颜色区分开,以便于我们操作。

1.1.导入文件

首先自动导入文件(File-->Import-->Autoimport),检查资料是否齐全,对齐各层(Edit-->Layers-->Align)并设定原点位置(Edit-->Change-->Origin-->DatumCoordinate),按一定的顺序进行层排列(Edit-->Layers-->Reorder),将没用的层删除(Edit-->Layers-->Reorder)。


1.2.处理钻孔


当客户没有提供钻孔文件时,可以用孔径孔位转成Flash(Utilities-->Draw--


>Custom,Utilities-->Draw-->Flash-->Interactive)后再转成钻孔(钻孔编辑状态下,Utilities-->Gerber to Drill);如果有提供钻孔文件则直接按制作要求加大。

接着检查最小钻孔孔径规格、孔边与孔边(或槽孔)最小间距(Analysis-->CheckDrill)、孔边与成型边最小距离(Info-->Measure-->Object-Object)是否满足制程能力。

1.3.线路处理

测量最小线径、线距(Analysis-->DRC),看其是否满足制程能力。接着根据PCB板类型和基板的铜箔厚度进行线径补偿(Edit-->Change-->Dcode),检查线路PAD 相对于钻孔有无偏移(如果PAD 有偏,用Edit-->Layers-->Snap Pad to Drill 命令;如果钻孔有偏,则用Edit-->Layers-->Snap Drill to Pad 命令),线路PAD 的Ring是否够大(Analysis-->DRC),线路与NPTH 孔边、槽边、成型边距离是否满足制作要求。NPTH 孔的线路PAD 是否取消(Edit-->Delete)。以上完成后再用DRC 检查线路与线路、线路与PAD、PAD 与PAD 间距是否满足制作要求。


1.4.防焊处理

查看防焊与线路PAD 匹配情况(Analysis-->DRC)、防焊与线路间距、防焊与线路PAD间距(将线路与防焊拷贝到一层,然后用Analysis-->DRC 命令检查此层)、防焊条最小宽度、NPTH 处是否有规格大小的防焊挡点(Add-->Flash)。


1.5.文字处理


检查文字线宽(Info-->Report-->Dcode)、高度(Info-->Measure-->Point-point)、空心直径、文字与线路PAD 间距、文字与成型边距离、文字与捞孔或槽的间距、文字与不吃锡的PTH 间距是否满足制作要求。然后按客户要求添加UL MARK 和DATE CODE标记。注:a:UL MARK 和DATE CODE 一般加在文字层,但不可加在零件区域和文字框内(除非有特殊说明)、也不可加在被钻到、冲到或成型的区域。


b:客户有特殊要求或线路板 无文字层时,UL MARK 和DATE CODE 标记可用铜箔蚀刻方式蚀刻于线路板 上(在不导致线路短路或影响安规的情况下)或直接用镂空字加在防焊层上。


1.6.连片与工作边处理


按所指定的连片方式进行连片(Edit-->Copy)、加工作边。接着加AI 孔(钻孔编辑状态下,Add-->Drill Hit)、定位孔、光学点、客户料号(Add-->Text)、扬宣料号。需过V-CUT 的要导V-CUT 角(Edit-->Line Change-->Fillet,如果需导圆角则用下述

命令:Edit-->Line Change-->Chamfer)。有些还要求加ET章、V-CUT 测试点、钻断孔、二此钻孔防呆测试线和PAD、识别标记等。


1.7.排版与工艺边的制作


按剪料表上的排版方式进行排版后,依制作规范制作工艺边。


1.8.压合


操作:Tables-->Composites。按Add 增加一个Composites Name,Bkg 为设置屏幕背影的极性(正、负),Dark 为正片属性(加层),Clear 为负片属性(减层)。在做以上检查合处理工作的同时,应对客户原始资料做审查并记录《D/S&MLB原始资料CHECK LIST》呈主管审核。以上各项检查结果如与制程能力不符,应按规范作适当修改或知会主管处理。


1.9.输出钻孔和光绘资料


CAM 资料制作完毕需记录原始片、工作片的最小线径、线距和铜箔面积(Analysis-->Copper Area)。

经专人检查后,打印孔径孔位和钻孔报告表,等资料确认合格后即可输出钻孔File-->Export-->Drill Data)和光绘资料(File-->Export-->Composites)。钻孔输出格式:Leading 3,3 公制(发给铭旺的多层板为Trailing 3,3 公制)。光绘资料输出格式:Gerber Rs-274-X, Leading 2,4 英制。


1.10.高分辨率ADC的板布线  
  随着14位或更高分辨率ADC的采样率继续提高到百兆采样范围,随之而来的是系统设计人员必须成为时钟设计和分配及板布线方面的专家。本文描述的是系统设计方面的一些关键性问题,特别关注印制电路板(线路板)地和电源平面布线技术。现代化的ADC需要现代化的板设计。没有精确的时钟源或仔细设计的板布线,则高性能变换器将达不到其性能指标。 单IF外差接收机结构和高级的功率放大器线性化算法,正在对ADC性能提出要求。这样的系统正在把变换器的固有抖动性能推向低于1/2 PS。同样,测试仪器工程师需要在宽带内有非常低的噪声性能,以便高级频谱分析仪开发。

 因此,高速数据变换系统中最重要的子电路是时钟源。这是因为时钟信号的定时精度会直接影响ADC的动态性能。为了使这种影响最小,ADC时钟源必须具有非常低的定时抖动或相位噪声。若在选择时钟电路时不考虑这种因数,则系统动态性能不会好。这与前端模拟输入电路的质量或变换器的固有抖动性能无关。精确的时钟在精确的时间间隔总能提供沿转换。实际上,时钟沿在连续变化的时间间隔到达。因此,这种定时的不确定性,可以借助数据变换过程综合评估采样波形的信噪比。


  最大时钟抖动由下式确定:


 ·  Tj(rms)=(VIN(p-p) /VINFSR)×(1/(2(N+1)×π×fin)


  假若输入电压(VIN)等于ADC的满标范围(VINFSR),则抖动要求变为ADC分辨率(N位)和被采样输入频率(fin)的因数。


  对于70MHz 输入频率,总抖动要求是:


  Tj(rms)=1× (1/215π×70×106))


  Tj(rms)=140fs


  由于很多系统通过背板或另外连接分配参考时钟,这会降低信号质量,所以,通常用本机振荡器(低相位噪声的VCXD)做为ADC的定时源。图1示出用NS公司的LMX2531时钟合成实现定时产生。连接到定时产生器的LMX2531由可编程分频器合成器输出,给出小

于100毫微微秒的抖动性能。

  布线考虑


  适当的接地和选定所有信号路线是保证精确信号转换的关键。用分离地平板对于10位ADC的50MSPS和12位ADC的30~35MSPS工作良好。超出此范围,额外的电路噪声是明显的,而且分离的地平板也可引起信号辐射。当线承载电流信号时,会在跨越平板间分离处发生问题。模拟元件集中在板的模拟区域,数字元件集成在板的数字区域。这样可保持模拟和数字返回电流彼此远离。这是为了隔离模拟和数字地电流,而且可使ADC噪声最小,但忽视了EMI效应。另模拟元件集中在板的模拟区域,数字元件集成在板的数字区域。这样可保持模拟和数字返回电流彼此远离。这是为了隔离模拟和数字地电流,而且可使ADC噪声最小,但忽视了EMI效应。另外,当用电源迹线控制模拟和数字电源通路时,返回ADC电流必脱离输出电流通路。这会产生可辐射的电流环路区域。 用分离的地平板和电源板可以消除环路区域问题,使辐射问题最小。这允许输出和返回电流彼此靠近流动,而使RFI/EMI问题最小。然而,元件的相互放置是非常重要的,共同的模拟和数字返回电流通路在模拟电路可能引起数字噪声。我们知道,高频或高沿率信号留心高电阻,甚至在地平板中需要保持模拟和数字返回电流彼此分离开。


  注意,邻近效应导致输出和返回电流尽可能彼此靠近流动。靠精细的元件放置和所有线迹(包括电源线)考虑周到的选定路线,可以控制地平板中的返回电流通路。地返回电流将流经各自的输出线迹,因此,保持模拟和数字返回电流彼此远离是可能的。

  单个地平板消除环路区域,信号和电源线迹控制电流流动。


  模拟和数字元件应放置在它们自己的专门线路板区域。电源应放置在板边沿或者角

落和模拟与数字区域之间。电源布线对噪声性能也是关键。数字元件(特别是高速大功率数字元件)不能放置、也不能靠近模拟返回电流流回电源的通路。这就是数字元件不应放置在靠近承载模拟电流的线或到模拟和混合信号元件的电源线。注意,电源承载信号电流,因为它们重新充电板上的旁路电容器。返回电流必须通过分离地平板的公共节,远离输出线迹/通路流动。此将形成有辐射的环路区域。有时模拟电路会拾取这种辐射。

 上述所建议的布线会使ADC能提供最好的性能。归纳其要求如下:


 ·用一个整体单一化的地平板。不要分开地平板。若多板层中有多个地平板,则应在2cm或更短距离内,用一个通孔栅条把它们连接在一起。


  ·分开电源平板,每个电源平板保持在相同板层中。应该分离模拟电路电源平板、数字电路电源平板和ADC数字输出驱动器的电源平板。


  ·ADC数字芯核电源用模拟电源,但ADC数字驱动器不能用模拟电源。


  ·ADC数字输出驱动器电源可以是ADC输出驱动元件的相同电源。


  ·把所有模拟元件和连线放置在模拟电源平板之上,把所有数字元件和连线放置在数字电源平板之上。


  ·每个平板用分离的电源。ADC数字输出电源,可以来自任何一个电源,但应该用串联扼流圈去耦。ADC模拟电源最好采用线性电压稳压器。


·假若任何数字电路供电电源和ADC输出驱动器电源是同一电源,并有信号线到板的另


外区域,则这两个电源平板之间用电容器。把这些电容器放置在紧靠信号线处。


1.12.线路板光绘(CAM)的操作流程
1.12.1,检查用户的文件
  用户拿来的文件,首先要进行例行的检查:
  1,检查磁盘文件是否完好;
  2,检查该文件是否带有病毒,有病毒则必须先杀病毒;
  3,如果是Gerber文件,则检查有无D码表或内含D码。
1.12.1,检查设计是否符合本厂的工艺水平
  1,检查客户文件中设计的各种间距是否符合本厂工艺:线与线之间的间距`线与焊盘之间的间距`焊盘与焊盘之间的间距。以上各种间距应大于本厂生产工艺所能达到的最小间距。


1.12.2,检查导线的宽度,要求导线的宽度应大于本厂生产工艺所能达到的最小线宽。
  3,检查导通孔大小,以保证本厂生产工艺的最小孔径。
  4,检查焊盘大小与其内部孔径,以保证钻孔后的焊盘边缘有一定的宽度。
1.12.3,确定工艺要求
  根据用户要求确定各种工艺参数。
  工艺要求:
1.12.3.1,后序工艺的不同要求,确定光绘底片(俗称菲林)是否镜像。底片镜像的原则:药膜面(即,乳胶面)贴药膜面,以减小误差。底片镜像的决定因素:工艺。如果是网印工艺或干膜工艺,则以底片药膜面贴基板铜表面为准。如果是用重氮片曝光,由

于重氮片拷贝时镜像,所以其镜像应为底片药膜面不贴基板铜表面。如果光绘时为单元底片,而不是在光绘底片上拼版,则需多加一次镜像。

1.12.3.2,确定阻焊扩大的参数。
 1.12.4.确定原则:
  ①大不能露出焊盘旁边的导线。
  ②小不能盖住焊盘。
  由于操作时的误差,阻焊图对线路可能产生偏差。如果阻焊太小,偏差的结果可能使焊盘边缘被掩盖。因此要求阻焊应大些。但如果阻焊扩大太多,由于偏差的影响可能露出旁边的导线。

  由以上要求可知,阻焊扩大的决定因素为:
  ①本厂阻焊工艺位置的偏差值,阻焊图形的偏差值。
  由于各种工艺所造成的偏差不一样,所以对应各种工艺的阻焊扩大值也
  不同。偏差大的阻焊扩大值应选得大些。
  ②板子导线密度大,焊盘与导线之间的间距小,阻焊扩大值应选小些;板
  子导线密度小,阻焊扩大值可选得大些。
  3,根据板子上是否有印制插头(俗称金手指)以确定是否要加工艺线。
  4,根据电镀工艺要求确定是否要加电镀用的导电边框。
  5,根据热风整平(俗称喷锡)工艺的要求确定是否要加导电工艺线。
  6,根据钻孔工艺确定是否要加焊盘中心孔。
  7,根据后序工艺确定是否要加工艺定位孔。
  8,根据板子外型确定是否要加外形角线。
  9,当用户高精度板子要求线宽精度很高时,要根据本厂生产水平,确定是否进行线宽校正,以调整侧蚀的影响。

1.12.5.,CAD文件转换为Gerber文件
  为了在CAM工序进行统一管理,应该将所有的CAD文件转换为光绘机标准格式Gerber及相当的D码表。

  在转换过程中,应注意所要求的工艺参数,因为有些要求是要在转换中完成的。
  现在通用的各种CAD软件中,除了Smart Work和Tango软件外,都可以转换为Gerber,以上两种软件也可以通过工具软件先转为Protel格式,再转Gerber.

1.12.6.,CAM处理
  根据所定工艺进行各种工艺处理。
  特别需要注意:用户文件中是否有哪些地方间距过小,必须作出相应的处理
1.12.7,光绘输出
  经CAM处理完毕后的文件,就可以光绘输出。
  拼版的工作可以在CAM中进行,也可在输出时进行。
  好的光绘系统具有一定的CAM功能,有些工艺处理是必须在光绘机上进行的,例如线宽较正。

1.12.8.,暗房处理
  光绘的底片,需经显影,定影处理方可供后续工序使用。暗房处理时,要严格控制


以下环节:
  显影的时间:影响生产底版的光密度(俗称黑度)和反差。时间短,光密度和反差均不够;时间过长,灰雾加重。定影的时间:定影时间不够,则生产底版底色不够透明。不洗的时间:如水洗时间不够,生产底版易变黄。

  特别注意:不要划伤底片药膜。  


1.13:高速HDI电路板设计过程
高密度互连(HDI)印制电路板现今正逐步得到广泛应用。传统的HDI电路板应用于便携式产品和半导体封装两类产品中。该文将专注于HDI快速成长的第三类应用:高速工业系统应用,这类应用于电信、计算机系统的印制电路板不同于前述两类的地方在于:线板板面尺寸大、关注重点是电气性能,而且导线的挑战在于非常复杂的PBGA和CCGA的封装。 对设计人员而言,首先要注意的是不顾设计最好的意图而设计高速系统,需要了解在系统中如何使用材料来满足物理器件的性能指标。线路板的材质选择、层叠结构和设计规则将影响电气性能(比如:特性阻抗、串扰和信号调节)。器件密度也将显示出线路板布线规则、设计规范、材质选用和微孔结构选择的功能。埋、盲孔对那些复杂的、多次积层的电路板而言是简单的结构。相比材质的稳定性、板面处理和设计规则而言,组装过程的问题会在电路测试中得到确认。

关键词:高密度互连 特性阻抗 串扰 设计规则 埋孔 盲孔  背胶铜箔低压差分信号 突破模式 信号完整性

1.13.1 .引言: HDI的三类典型应用平台
   HDI产品的分类是由于近期HDI的发展及其产品的强劲需求而决定。移动通信公司以及他们的供应商在这个领域扮演了先锋作用并确定了许多标准。相应的,产品的需求也促使批量生产的技术局限发生改变,价格也变的更实惠。日本的消费类产业已经在HDI

产品方面走在了前面。计算机与网络界还没有感受到HDI技术脚步走近的强大压力,但由于元件密度的增长,很快他们将面临这样的压力并启用HDI技术。鉴于不断缩小的间距和不断增长的I/O数,在倒装芯片封装上使用HDI基板的优点是非常明显的。 HDI技术可分为几种技术类型。HDI产品的主要驱动力是来自移动通信产品,高端的计算机产品和封装用基板。这几类产品在技术上的需求是完全不同的,因此HDI技术不是一种,而是有数种,具体分类如下:

    小型化用HDI产品
    高密度基板和细分功能用HDI产品
     高层数HDI产品
1.13.2小型化HDI产品
  HDI产品小型化最初是指成品尺寸和重量的缩减,这是通过自身的布线密度设计以及使用新的诸如uBGAs这样的高密度器件来实现。在大多数情况下,即使产品价格保持稳定或下滑,其功能却不断增强。内部互连采用埋孔工艺结构的主要是6层或者8层板。

产品其它特性则包括如下一些:采用10mil的焊盘,3-5mil的过孔,大部分采用4mil 的线宽/线距,板厚也控制在40mil以内,采用FR4或具有高的Tg.(160 ℃)的FR4 基材。图1-1描述HDI的基本结构和主要设计规则。

  该技术是在HDI技术中处于领先地位。密度设计提供了较小尺寸和较高的密度,其中就包括了uBGA或倒装芯片的引脚。


Fig1-1 消费类产品的小型化

.13.3:高密度基板HDI产品
  高密度基板的HDI板主要集中在4层或6层板,层间以埋孔实现互连,其中至少两层有微孔。其目的是满足倒装芯片高密度I/O增加的需求。该技术很快将会与HDI融合从而实现产品小型化。图1-2描述了典型的基板结构。 该技术适用于倒装芯片或者邦定用基板,微孔工艺为高密度倒装芯片提供了足够的间距,即使2+2结构的HDI 产品也需要用到该技术。


Fig 1-2 封装用的高密度IC基板


1.13.4.高层数HDI产品
  高层数HDI板通常是第1层到第2层或第1层到第3层有激光钻孔的传统多层板。采用必须的顺序叠层工艺,在玻璃增强材料上进行微孔加工是另一特点。该技术的目的是预留足够的元件空间以确保要求的阻抗水平。图1-3描述了该类典型的多层板结构。

该技术适用于拥有高I/O数或细间距元件的高层数HDI板,埋孔工艺在该类产品中并

非是必要工艺,微孔工艺的目的仅仅在于形成高密度器件(如高I/O元件、uBGA)间的间距,HDI产品的介电材料可以是背胶铜箔(RCF)或者半固化片(prepreg)。