线路板中无论刚性、挠性、刚挠结合多层板,以及用于IC封装基板的模组基板,为高端电子设备做出巨大贡献。线路板行业在电子互连技术中占有重要地位。

HDI板,是指High Density Interconnect,即高密度互连板,是PCB行业在20世纪末发展起来的一门较新的技术。就是采用增层法及微盲埋孔所制造的多层板。

微孔：在PCB中,直径小于6mil（150um）的孔被称为微孔。

埋孔：BuriedViaHole,埋在内层的孔,在成品看不到,主要用于内层线路的导通,可以减少信号受干扰的几率,保持传输线特性阻抗的连续性。由于埋孔不占PCB的表面积,所以可在PCB表面放置更多元器件。

盲孔：Blind Via,连接表层和内层而不贯通整版的导通孔。

传统的PCB板的钻孔由于受到钻刀影响,当钻孔孔径达到0.15mm时,成本已经非常高,且很难再次改进。而HDI板的钻孔不再依赖于传统的机械钻孔,而是利用激光钻孔技术（所以有时又被称为镭射板。）

HDI板的钻孔孔径一般为3-5mil(0.076-0.127mm),线路宽度一般为3-4mil(0.076-0.10mm),焊盘的尺寸可以大幅度的减小所以单位面积内可以得到更多的线路分布,高密度互连由此而来。

HDI技术的出现,适应并推进了FPC/PCB行业的发展。使得在HDI板内可以排列上更加密集的BGA、QFP等。目前HDI技术已经得到广泛地运用,其中1阶的HDI已经广泛运用于拥有0.5PITCH的BGA的PCB制作中。

HDI技术的发展推动着芯片技术的发展,芯片技术的发展也反过来推动HDI技术的提高与进步。

材料的分类

1、铜箔：导电图形构成的基本材料

2、芯板(CORE)：线路板的骨架,双面覆铜的板子,即可用于内层制作的双面板。

3、半固化片(Prepreg):多层板制作不可缺少的材料,芯板与芯板之间的粘合剂,同时起到绝缘的作用。

4、阻焊油墨：对板子起到防焊、绝缘、防腐蚀等作用。

5、字符油墨：标示作用。

6、表面处理材料：包括铅锡合金、镍金合金、银、OSP等等。

当前对应HDI多层板技术进步的基板材料及所用环氧树脂的重点发展课题。HDI多层板技术发展在未来几年内的发展重点是：导电电路宽度/间距更加微细化、导通孔更加微小化、基板的绝缘层更加薄型化。

这一发展趋势给基板材料制造业提出了以下两大方面的重要课题：如何在HDI多层板的窄间距、微孔化不断深入发展的情况下,保证它的基板绝缘可靠性、通孔可靠性；如何实现高性能CCL的更加薄型化。

第一方面课题归结为基板材料的可靠性问题,它由CCL基本性能(包括耐热性、耐离子迁移性、耐湿性、耐TCP性、介电性等)与基板加工性(微孔加工性、电镀加工性)两方面性能的综合体现,而所提及的CCL各方面具体性能都是与CCL用树脂性能相关。

所谓与树脂的相关性,就是环氧树脂应达到3个层的要求：要实现对树脂所需的性能指标；要在一些条件变化下确保这些性能的稳定；要有与其它高性能树脂的共存性好(即互溶性、或反应性、或聚合物合金性好)。

实现CCL薄型化中对其所用的环氧树脂性能要求的技术含量较高。CCL薄型化技术主要是要解决板的刚性提高(便于工艺操作性,保证机械强度等)、翘曲变形减小的突出问题,薄型化CCL在工艺研发中,除了在半固化片加工工艺上需要有所改进、创新外,于树脂组成和增强材料技术也是十分关键的方面。

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”。

   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。

PCB失效分析技术方法（接上）

5.扫描电子显微镜分析

扫描电子显微镜（SEM）是进行失效分析的一种最有用的大型电子显微成像系统，其工作原理是利用阴极发射的电子束经阳极加速，由磁透镜聚焦后形成一束直径为几十至几千埃（A）的电子束流，在扫描线圈的偏转作用下，电子束以一定时间和空间顺序在试样表面作逐点式扫描运动，这束高能电子束轰击到样品表面上会激发出多种信息，经过收集放大就能从显示屏上得到各种相应的图形。激发的二次电子产生于样品表面5~10nm范围内，因而，二次电子能够较好的反映样品表面的形貌，所以最常用作形貌观察；而激发的背散射电子则产生于样品表面100~1000nm范围内，随着物质原子序数的不同而发射不同特征的背散射电子，因此背散射电子图象具有形貌特征和原子序数判别的能力，也因此，背散射电子像可反映化学元素成分的分布。现时的扫描电子显微镜的功能已经很强大，任何精细结构或表面特征均可放大到几十万倍进行观察与分析。

在PCB或焊点的失效分析方面，SEM主要用来作失效机理的分析，具体说来就是用来观察焊盘表面的形貌结构、焊点金相组织、测量金属间化物、可焊性镀层分析以及做锡须分析测量等。与光学显微镜不同，扫描电镜所成的是电子像，因此只有黑白两色，并且扫描电镜的试样要求导电，对非导体和部分半导体需要喷金或碳处理，否则电荷聚集在样品表面就影响样品的观察。此外，扫描电镜图像景深远远大于光学显微镜，是针对金相结构、显微断口以及锡须等不平整样品的重要分析方法。

6.X射线能谱分析

上面所说的扫描电镜一般都配有X射线能谱仪。当高能的电子束撞击样品表面时，表面物质的原子中的内层电子被轰击逸出，外层电子向低能级跃迁时就会激发出特征X射线，不同元素的原子能级差不同而发出的特征X射线就不同，因此，可以将样品发出的特征X射线作为化学成分分析。同时按照检测X射线的信号为特征波长或特征能量又将相应的仪器分别叫波谱分散谱仪（简称波谱仪，WDS）和能量分散谱仪（简称能谱仪，EDS），波谱仪的分辨率比能谱仪高，能谱仪的分析速度比波谱仪快。由于能谱仪的速度快且成本低，所以一般的扫描电镜配置的都是能谱仪。

随着电子束的扫描方式不同，能谱仪可以进行表面的点分析、线分析和面分析，可得到元素不同分布的信息。点分析得到一点的所有元素；线分析每次对指定的一条线做一种元素分析，多次扫描得到所有元素的线分布；面分析对一个指定面内的所有元素分析，测得元素含量是测量面范围的平均值。

在PCB的分析上，能谱仪主要用于焊盘表面的成分分析，可焊性不良的焊盘与引线脚表面污染物的元素分析。能谱仪的定量分析的准确度有限，低于0.1%的含量一般不易检出。能谱与SEM结合使用可以同时获得表面形貌与成分的信息，这是它们应用广泛的原因所在。

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