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線路板廠如何對電路板的尺寸進行規(guī)劃與控制

2015-12-17 09:17

  多層電路板是由介電層及線路所構成的結構性元件,而線路配置在介電材料的表面及內部。線路板廠對電路板有共通的尺寸規(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,這樣的配線設計規(guī)則就是電路板的設計準則。

1.格點(Grid)

  因為電路板上所有的元件位置都是相對坐標關系,在原始的電路板線路配置想法,是以設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,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,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。設計上雖然有格點存在,但實際設計幾忽已不受格點的限制,孔愈來愈以導通為目的,至于盲埋孔更與格點無關。

  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 點為設計基礎,因此不論鉆孔或焊接點的設計都是以格點為基礎。因此遵循格點設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,因此小量產品開始使用所謂的飛針設備(Flying Probe)測試,而大量生產則使用專用治具 (Dedicate Tool)測試。

2.線寬間距

   細線設計成為高密度電路板發(fā)展的必然趨勢,但細線的設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4mil為目標值。由于產品需求及制程技術的進展,間距約2mil甚至更小的產品也進入了實際應用。面對半導體封裝板的進一步壓縮線路間距,如何保持應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。銅墊直徑一般都設計為孔徑的2.5?3倍之間,在電路板以表面黏著為主的設計時,電鍍孔除用于層間連接外仍有部分用于插件功能。

  表內的結構有通孔及盲埋孔,埋在板內的孔被某些人稱為交錯孔IVH(Interstitial Via Hole)。它是將有鍍通孔的內層板繼續(xù)壓合后,構成微孔層間連接的電路板,這些微孔的制作以小直徑設計才能發(fā)揮節(jié)省空間的功能。一般機械鉆孔,以制作大于8mil的孔徑較經濟,雖然現(xiàn)在有號稱可以制作<4mil的產品,但成本過高并不實際。

  受到機械孔徑及生產速率的限制,使用增層法的電路板不但表面孔會使用微孔技術,對內藏的通孔而言也會設計較小來提升密度??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。

線路板廠

表1所示為現(xiàn)行電路板規(guī)格水平

4.層間構造

  多層電路板的層數(shù)設計,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。由于電子元件的復雜度提高,原本的繞線密度及層次設計已無法滿足需求,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。即便是如此,隨半導體元件的進步神速電路板整體層數(shù)仍在逐步攀升。

  在線路構造方面,由于電子產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體截面積的狀況下,不少的設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構都會探用對稱設計,這是為了降低應力不均所作的考慮。圖1所示為典型的多層板結構。

線路板廠

圖1所示為典型的多層板結構

  對電氣特性要求嚴格的產品,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)。

  線路板廠在設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計。一般高密度增層板的電源及接地層多數(shù)會設在內層硬板上,信號層則以增層線路制作以整合阻抗特性,但對更高層次的產品則未必遵循此規(guī)則。

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