电子产品不断地向高密度、高精度发展,所谓“高”,除了提高机器性能之外,还要缩小机器的体积。高密度集成（HDI）技术可以使终端产品设计更加小型化,同时满足电子性能和效率的更高标准。目前流行的电子产品,诸如手机、数码（摄）像机、笔记本电脑、汽车电子等,很多都是使用HDI板。随着电子产品的更新换代和市场的需求,HDI板的发展会非常迅速。

HDI板一般采用积层法制造,积层的次数越多,板件的技术档次越高。普通的HDI板基本上是1次积层,高阶HDI采用2次或以上的积层技术,同时采用叠孔、电镀填孔、激光直接打孔等先进PCB技术。

当PCB的密度增加超过八层板后,以HDI来制造,其成本将较传统复杂的压合制程来得低。HDI板有利于先进构装技术的使用,其电性能和讯号正确性比传统PCB更高。此外,HDI板对于射频干扰、电磁波干扰、静电释放、热传导等具有更佳的改善。

     深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年，公司由多名电路板行业的专家级人士创建，是国内专业高效的HDI PCB/软硬结合板服务商之一。公司成立以来，一直专注样品，中小批量领域。快速的交付以及过硬的产品品质赢得了国内外客户的信任。公司是广东电路板行业协会会员企业，是深圳高新技术认证企业。拥有完善的质量管理体系，先后通过了ISO9001、ISO14000、TS16949、UL、RoHS认证。公司目前拥有员工300余人，厂房面积9000平米，月出货品种6000种以上，年生产能力为150000平方米。

在PCB板的设计和制作过程中，工程师不仅需要防止PCB板在制造加工时出现意外，还需要避免设计失误的问题出现。本文就这些常见的PCB问题进行汇总和分析，希望能够对大家的设计和制作工作带来一定的帮助。

问题一：PCB板短路

这一问题是会直接造成PCB板无法工作的常见故障之一，而造成这种问题的原因有很多，下面我们逐一进行分析。

造成PCB短路的最大原因，是焊垫设计不当，此时可以将圆形焊垫改为椭圆形，加大点与点之间的距离，防止短路。

PCB零件方向的设计不适当，也同样会造成板子短路，无法工作。如SOIC的脚如果与锡波平行，便容易引起短路事故，此时可以适当修改零件方向，使其与锡波垂直。

还有一种可能性也会造成PCB的短路故障，那就是自动插件弯脚。由于IPC规定线脚的长度在2mm以下及担心弯脚角度太大时零件会掉，故易因此而造成短路，需将焊点离开线路2mm以上。

除了上面提及的三种原因之外，还有一些原因也会导致PCB板的短路故障，例如基板孔太大、锡炉温度太低、板面可焊性不佳、阻焊膜失效、板面污染等，都是比较常见的故障原因，工程师可以对比以上原因和发生故障的情况逐一进行排除和检查。

问题二：PCB开路

当迹线断裂时，或者焊料仅在焊盘上而不在元件引线上时，会发生开路。在这种情况下，元件和PCB之间没有粘连或连接。就像短路一样，这些也可能发生在生产过程中或焊接过程中以及其他操作过程中。振动或拉伸电路板，跌落它们或其他机械形变因素都会破坏迹线或焊点。同样，化学或湿气会导致焊料或金属部件磨损，从而导致组件引线断裂。

问题三：元器件的松动或错位

在回流焊过程中，小部件可能浮在熔融焊料上并最终脱离目标焊点。移位或倾斜的可能原因包括由于电路板支撑不足，回流炉设置，焊膏问题，人为错误等引起焊接PCB板上元器件的振动或弹跳。

问题四：焊接问题

以下是由于不良的焊接做法而引起的一些问题：

受干扰的焊点：由于外界扰动导致焊料在凝固之前移动。这与冷焊点类似，但原因不同，可以通过重新加热进行矫正，并保证焊点在冷却时而不受外界干扰。

冷焊：这种情况发生在焊料不能正确熔化时，导致表面粗糙和连接不可靠。由于过量的焊料阻止了完全熔化，冷焊点也可能发生。补救措施是重新加热接头并去除多余的焊料。

焊锡桥：当焊锡交叉并将两条引线物理连接在一起时会发生这种情况。这些有可能形成意想不到的连接和短路，可能会导致组件烧毁或在电流过高时烧断走线。

焊盘：引脚或引线润湿不足。太多或太少的焊料。由于过热或粗糙焊接而被抬高的焊盘。

 深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年，公司由多名电路板行业的专家级人士创建，是国内专业高效的PCB/FPC快件服务商之一。   公司产品广泛应用于通信、工业控制、计算机应用、航空航天、军工、医疗、测试仪器、电源等各个领域。我们的产品包括：高多层PCB、HDI PCB、PCB高频板、软硬结合板、FPC等特种高难度电路板，专注于多品种，中小批量领域。我们的客户分布全球各地，目前外销订单占比70%以上。

如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHZ~50MHZ,而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量(比如说1/3),通常就称为高频电路。高频电路设计是一个非常复杂的设计过程,其布线对整个设计至关重要!

【第一招】多层板布线

高频电路往往集成度较高,布线密度大,采用多层板既是布线所必须,也是降低干扰的有效手段。在PCB Layout阶段,合理的选择一定层数的印制板尺寸,能充分利用中间层来设置屏蔽,更好地实现就近接地,并有效地降低寄生电感和缩短信号的传输长度,同时还能大幅度地降低信号的交叉干扰等,所有这些方法都对高频电路的可靠性有利。

有资料显示,同种材料时,四层板要比双面板的噪声低20dB。但是,同时也存在一个问题,PCB半层数越高,制造工艺越复杂,单位成本也就越高,这就要求我们在进行PCB Layout时,除了选择合适的层数的PCB板,还需要进行合理的元器件布局规划,并采用正确的布线规则来完成设计。

【第二招】高速电子器件管脚间的引线弯折越少越好

高频电路布线的引线最好采用全直线,需要转折,可用45度折线或者圆弧转折,这种要求在低频电路中仅仅用于提高铜箔的固着强度,而在高频电路中,满足这一要求却可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。

【第三招】高频电路器件管脚间的引线越短越好

信号的辐射强度是和信号线的走线长度成正比的,高频的信号引线越长,它就越容易耦合到靠近它的元器件上去,所以对于诸如信号的时钟、晶振、DDR的数据、LVDS线、USB线、HDMI线等高频信号线都是要求尽可能的走线越短越好。

【第四招】高频电路器件管脚间的引线层间交替越少越好

所谓“引线的层间交替越少越好”是指元件连接过程中所用的过孔(Via)越少越好。据侧,一个过孔可带来约0.5pF的分布电容,减少过孔数能显著提高速度和减少数据出错的可能性。

【第五招】注意信号线近距离平行走线引入的“串扰”

高频电路布线要注意信号线近距离平行走线所引入的“串扰”,串扰是指没有直接连接的信号线之间的耦合现象。由于高频信号沿着传输线是以电磁波的形式传输的,信号线会起到天线的作用,电磁场的能量会在传输线的周围发射,信号之间由于电磁场的相互耦合而产生的不期望的噪声信号称为串扰(Crosstalk)。

PCB板层的参数、信号线的间距、驱动端和接收端的电气特性以及信号线端接方式对串扰都有一定的影响。所以为了减少高频信号的串扰,在布线的时候要求尽可能的做到以下几点：

在布线空间允许的条件下,在串扰较严重的两条线之间插入一条地线或地平面,可以起到隔离的作用而减少串扰。

当信号线周围的空间本身就存在时变的电磁场时,若无法避免平行分布,可在平行信号线的反面布置大面积“地”来大幅减少干扰。

在布线空间许可的前提下,加大相邻信号线间的间距,减小信号线的平行长度,时钟线尽量与关键信号线垂直而不要平行。

如果同一层内的平行走线几乎无法避免,在相邻两个层,走线的方向务必却为相互垂直。

在数字电路中,通常的时钟信号都是边沿变化快的信号,对外串扰大。所以在设计中,时钟线宜用地线包围起来并多打地线孔来减少分布电容,从而减少串扰。

对高频信号时钟尽量使用低电压差分时钟信号并包地方式,需要注意包地打孔的完整性。

闲置不用的输入端不要悬空,而是将其接地或接电源(电源在高频信号回路中也是地),因为悬空的线有可能等效于发射天线,接地就能抑制发射。实践证明,用这种办法消除串扰有时能立即见效。

【第六招】集成电路块的电源引脚增加高频退藕电容

每个集成电路块的电源引脚就近增一个高频退藕电容。增加电源引脚的高频退藕电容,可以有效地抑制电源引脚上的高频谐波形成干扰。

【第七招】高频数字信号的地线和模拟信号地线做隔离

模拟地线、数字地线等接往公共地线时要用高频扼流磁珠连接或者直接隔离并选择合适的地方单点互联。高频数字信号的地线的地电位一般是不一致的,两者直接常常存在一定的电压差,而且,高频数字信号的地线还常常带有非常丰富的高频信号的谐波分量,当直接连接数字信号地线和模拟信号地线时,高频信号的谐波就会通过地线耦合的方式对模拟信号进行干扰。

所以通常情况下,对高频数字信号的地线和模拟信号的地线是要做隔离的,可以采用在合适位置单点互联的方式,或者采用高频扼流磁珠互联的方式。

【第八招】避免走线形成的环路

各类高频信号走线尽量不要形成环路,若无法避免则应使环路面积尽量小。

【第九招】必须保证良好的信号阻抗匹配

信号在传输的过程中,当阻抗不匹配的时候,信号就会在传输通道中发生信号的反射,反射会使合成信号形成过冲,导致信号在逻辑门限附近波动。

消除反射的根本办法是使传输信号的阻抗良好匹配,由于负载阻抗与传输线的特性阻抗相差越大反射也越大,所以应尽可能使信号传输线的特性阻抗与负载阻抗相等。同时还要注意PCB上的传输线不能出现突变或拐角,尽量保持传输线各点阻抗连续,否则在传输线各段之间也将会出现反射。这就要求在进行高速PCB布线时,必须要遵守以下布线规则：

USB布线规则：要求USB信号差分走线,线宽10mil,线距6mil,地线和信号线距6mil。

HDMI布线规则：要求HDMI信号差分走线,线宽10mil,线距6mil,每两组HDMI差分信号对的间距超过20mil。

LVDS布线规则要求LVDS信号差分走线,线宽7mil,线距6mil,目的是控制HDMI的差分信号对阻抗为100+-15%欧姆DDR布线规则。DDR1走线要求信号尽量不走过孔,信号线等宽,线与线等距,走线必须满足2W原则,以减少信号间的串扰,对DDR2及以上的高速器件,还要求高频数据走线等长,以保证信号的阻抗匹配。

【第十招】保持信号传输的完整性

保持信号传输的完整性,防止由于地线分割引起的“地弹现象”。

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PCB失效分析技术及部分案例

作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽，PCB已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。但是由于成本以及技术的原因，PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题。

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对于这种失效问题，我们需要用到一些常用的失效分析技术，来使得PCB在制造的时候质量和可靠性水平得到一定的保证，本文总结了十大失效分析技术，供参考借鉴。

1.外观检查

外观检查就是目测或利用一些简单仪器，如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查PCB的外观，寻找失效的部位和相关的物证，主要的作用就是失效定位和初步判断PCB的失效模式。外观检查主要检查PCB的污染、腐蚀、爆板的位置、电路布线以及失效的规律性、如是批次的或是个别，是不是总是集中在某个区域等等。另外，有许多PCB的失效是在组装成PCBA后才发现，是不是组装工艺过程以及过程所用材料的影响导致的失效也需要仔细检查失效区域的特征。

2.切片分析

切片分析就是通过取样、镶嵌、切片、抛磨、腐蚀、观察等一系列手段和步骤获得PCB横截面结构的过程。通过切片分析可以得到反映PCB（通孔、镀层等）质量的微观结构的丰富信息，为下一步的质量改进提供很好的依据。但是该方法是破坏性的，一旦进行了切片，样品就必然遭到破坏；同时该方法制样要求高，制样耗时也较长，需要训练有素的技术人员来完成。要求详细的切片作业过程，可以参考IPC的标准IPC-TM-650 2.1.1和IPC-MS-810规定的流程进行。

深圳市赛孚电路科技有限公司成立于2011年， 公司产品广泛应用于通信、工业控制、计算机应用、航空航天、军工、医疗、测试仪器、电源等各个领域。我们的产品包括：高多层PCB、HDI PCB、PCB高频板、软硬结合板、FPC等特种高难度电路板，专注于多品种，中小批量领域。我们的客户分布全球各地，目前外销订单占比70%以上。

PCB失效分析技术方法（续）

3.扫描声学显微镜

目前用于电子封装或组装分析的主要是C模式的超声扫描声学显微镜，它是利用高频超声波在材料不连续界面上反射产生的振幅及位相与极性变化来成像，其扫描方式是沿着Z轴扫描X-Y平面的信息。因此，扫描声学显微镜可以用来检测元器件、材料以及PCB与PCBA内部的各种缺陷，包括裂纹、分层、夹杂物以及空洞等。如果扫描声学的频率宽度足够的话，还可以直接检测到焊点的内部缺陷。典型的扫描声学的图像是以红色的警示色表示缺陷的存在，由于大量塑料封装的元器件使用在SMT工艺中，由有铅转换成无铅工艺的过程中，大量的潮湿回流敏感问题产生，即吸湿的塑封器件会在更高的无铅工艺温度下回流时出现内部或基板分层开裂现象，在无铅工艺的高温下普通的PCB也会常常出现爆板现象。此时，扫描声学显微镜就凸现其在多层高密度PCB无损探伤方面的特别优势。而一般的明显的爆板则只需通过目测外观就能检测出来。

4.X射线透视检查

对于某些不能通过外观检查到的部位以及PCB的通孔内部和其他内部缺陷，只好使用X射线透视系统来检查。X光透视系统就是利用不同材料厚度或是不同材料密度对X光的吸湿或透过率的不同原理来成像。 该技术更多地用来检查PCBA焊点内部的缺陷、通孔内部缺陷和高密度封装的BGA或CSP器件的缺陷焊点的定位。目前的工业X光透视设备的分辨率可以达到一个微米以下，并正由二维向三维成像的设备转变，甚至已经有五维（5D）的设备用于封装的检查，但是这种5D的X光透视系统非常贵重，很少在工业界有实际的应用。

HDI PCB的一阶，二阶和三阶是如何区分的?

一阶的比较简单，流程和工艺都好控制。二阶的就开始麻烦了，一个是对位问题，一个打孔和镀铜问题。二阶的设计有多种，一种是各阶错开位置，需要连接次邻层时通过导线在中间层连通，做法相当于2个一阶HDI。第二中是，两个一阶的孔重叠，通过叠加方式实现二阶，加工也类似两个一阶，但有很多工艺要点要特别控制，也就是上面所提的。第三种是直接从外层打孔至第3层（或N-2层），工艺与前面有很多不同，打孔的难度也更大。对于三阶的以二阶类推即是。

6层板中一阶,二阶是针对需要激光钻孔的板子来说的,即指HDI板。

6层一阶HDI板指 盲孔:1-2,2-5,5-6. 即1-2,5-6需激光打孔。

6层二阶HDI板指 盲孔:1-2,2-3,3-4,4-5,5-6. 即需2次激光打孔.首先钻3-4的埋孔,接着压合2-5,然后第一次钻2-3，4-5的激光孔,接着第2次压合1-6，然后第二次钻1-2，5-6的激光孔.最后才钻通孔.由此可见二阶HDI板经过了两次压合，两次激光钻孔。

另外二阶HDI板还分为:错孔二阶HDI板和叠孔二阶HDI板，错孔二阶HDI板是指盲孔1-2和2-3是错开的，而叠孔二阶HDI板是指盲孔1-2和2-3叠在一起，例如:盲:1-3,3-4,4-6。

依此类推三阶，四阶......都是一样的。

几阶指压合次数。

一阶板,一次压合即成,可以想像成最普通的板。

二阶板,两次压合,以盲埋孔的八层板为例,先做2-7层的板,压好,这时候2-7的通孔埋孔已经做好了,再加1层和8层压上去,打1-8的通孔,做成整板。

三阶板就比上面更复杂,先压3-6层,再加上2和7层,最后加上1到8层,一共要压合三次,一般厂家做不了。

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