双层信号处理板设计和可制作性简析(一所江润

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1、双层信号处理板设计和可制作性简析江润（彩电事业本部研发总部工程院第一研究所）【摘要】本文拟从板材成本控制、热设计、防串扰、信号完整性、防静电雷击等多个层面研究和探讨电视机领域应用最广泛双层信号处理板的设计，并结合实例进行介绍和说明，以达到提高设计效率的目的。【关键词】DDR阻抗控制热设计可制作设计信号完整性ESD雷击一、技术背景半导体科技的发展，促使元器件往小型化、高度集成化发展，且由于成本的压力，信号板设计逐步采用双层设计，PCB板尺寸不断压缩，元件分布越来越密集，这导致产品设计过程多方面的问题。芯片拥有高效率、小体积与大热量并存，芯片高集成工艺导致芯片的静电防护能力呈

2、几何数量级的下降，元件的密集分布导致信号间串扰、信号完整性问题等问题。本文从这些问题根源着手，对双层板设计要点进行分析。二、板材制作与成本分析双层PCB主要组成有铜皮、丝印、钻孔、槽孔、绿油、板材、焊盘、走线等，这些和产品成本密切相关，下面将对这些影响因素进行详细描述：1)槽孔的加工费用约为钻孔的10倍，沉铜孔槽宽设计需≥0.55MM,非沉铜孔槽宽需≥1MM；(槽长+0.15MM)≥2X(槽宽+0.15MM)，接近圆孔的槽，尽量设计成圆孔，以降低加工难度和成本。2）钻孔是PCB最大的加工成本,约为PCB价格17-20%，由钻孔的密度和孔径大小决定。表1为孔径对PCB价格的

3、影响：孔径精密程度钻孔费用（以50000孔/M2为例）加工效率（以1.6T板厚为例）0.20mm高精密280-300元1块/叠0.25mm精密100-150元2块/叠0.3mm普通精密70-90元2块/叠≥0.4mm常规60-70元3块/叠表1钻孔加工价目表3）沉铜孔与非沉铜孔设计间距应》0.4MM，间距小于0.3MM时，容易发生破孔，故钻孔设计时应避免两类钻孔的间距太小，产生额外加工成本。4）绿油封孔设计：目前PCB行业只针对<0.6MM的过孔做塞孔要求，≥0.6MM的过孔无法保证塞孔的饱满度，对含BGA封装的PCB应特别注意，BGA封装下方钻孔应采用同类孔设计。图1为

4、非标准设计示图图1不合理绿油封孔设计示意图105)板材主要有纸基板、玻璃布基板、复合基板三种，电子行业最常用的FR4属于玻璃布基板，板材约占PCB采购成本的33-38%，要降低单位PCB成本，就要提高板材开料利用率。行业经验长宽比为4:3的设计开料利用率最高。6)线宽线距是影响PCB成本的另一个重要因素，目前行业建议线宽线距设计应≥4mil。7）表面处理工艺主要有铅喷锡和OSP（抗氧化）两种，两种成本相当，无铅工艺设计使OSP板成了主流。8）常用油墨为绿色，价格较便宜。其他如蓝色、红色、黄色、黑色等防焊油墨颜色，产品价格比较贵。三、产品热设计分析双层板由于没有中间层，如果

5、布版密度较大，发热元件就必须进行有效地散热，以保护电路和元器件的性能指标。因此热设计是保证产品可靠性非常重要的一环，进行双层板热设计有几点需要注意：1）发热元件在板上集中分布，容易引起PCB局部过热，继而引发器件不良或者板材变形现象,因此发热元件应良好分散分布。2）元件的摆放应分析对流散热走向，对发热量大器件，需注意其周围的元件的放置和高度，避免出现高低元件之间的阻挡散热问题。3）对印制板上功率元件，如果有接地或贴板安装要求，可以加大接地或焊点面积，同时设置大量的通孔进行导热，并在贴装元件的背面通过布置大面积的露铜进行散热。如图2所示图2贴装发热元件散热措施示意图4)PC

6、B布局时将热敏元件远离大功率或发热元件，有资料表明电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10％。对于必须安装于大功率器件附近的元件，必须尽量选用热性能参数好的元件，如瓷片电容尽量选用X7R,X5R等类型，少选或不选Y5V类型等。5）大功率发热器件外围的器件和布线应尽量均匀分布，可以有效避免由于铜箔和玻璃纤维的热膨胀系数不一致形成热应力导致印制板产生局部拱起或拉伸，引起通孔拉裂或焊接不良问题。6）表面贴装元件放置在露铜区域应注意设置隔离，以防两端的焊盘因尺寸不同引起热容量不同，焊接时因为温差造成两端的润湿力不同，产生立碑现象。如图3图3焊盘热容量不一致导致的立碑现象7）对近版

7、面贴装的元件，如BGA等封装，需注意元件周围的贴装元件的高度和摆放，避免热风回流焊接中产生阻挡导致BGA焊球局部热量吸收不足引起的焊接不良，即冷焊现象，一般要求BGA封装30~50MM范围内不应有较高的贴装元件。如图4所示10图4高贴装元件容易导致BGA冷焊问题8）对需要在器件表面贴装辅助的散热材料来进行散热的，选择时要根据热参数特性和应用场合选择合适的散热材料。图5是各种散热材料的热参数比较。图5各种散热材料热参数对比图9）对采用可粘胶安装的散热片，要求可粘胶为导热良好的胶体，不能使用普通双面胶，并关注贴装效果，如散热元件表