pcb电路设计与制作工艺(编辑修改稿)

pcb电路设计与制作工艺(编辑修改稿)内容摘要：

的直接原材料，在经过蚀刻、电镀、多层板压合之后制成印刷电路板。 覆铜板行业资金需求量不高，大约为 30004000 万元左右，且可随时停产或转产。 在上下游产业链结构中， CCL 的议价能力最强，不但能在玻纤布、铜箔等原材料采购中拥有较强的话语权，而且只要下游需求尚可，就可将成本上涨的压力转嫁下游 PCB 厂商。 今年三季度，覆铜板开始提价 ，提价幅度在 58%左右，主要驱动力是反映铜箔涨价，且下游需求旺盛可以消化 CCL 厂商转嫁的涨价压力。 全球第二大的覆铜板厂商南亚亦于 12 月 15日提高了产品价格，显示出至少2020 年一季度 PCB 需求形式良好。 北华航天工业学院毕业论文 8 国际 PCB 行业发展状况 目前，全球 PCB 产业产值占电子元件产业总产值的四分之一以上，是各个电子元件细分产业中比重最大的产业，产业规模达 400 亿美元。 同时，由于其在电子基础产业中的独特地位，已经成为当代电子元件业中最活跃的产业， 2020 和 2020 年，全球 PCB 产值分别是 344 亿美元和 401 亿美元， 同比增长率分别为 %和 %。 国内 PCB 行业发展状况 我国的 PCB 研制工作始于 1956 年， 19631978 年，逐步扩大形成 PCB 产业。 改革开放后 20多年，由于引进国外先进技术和设备，单面板、双面板和多层板均获得快速发展，国内 PCB 产业由小到大逐步发展起来。 2020 年，中国 PCB 产值超过台湾，成为第三大 PCB产出国。 2020 年， PCB 产值和进出口额均超过 60 亿美元，成为世界第二大 PCB 产出国。 我国 PCB 产业近年来保持着 20%左右的高速增长，并预计在 2020 年左右超过日本，成为全球 PCB 产值最大和技术发展最活跃的国家。 从产量构成来看，中国 PCB产业的主要产品已经由单面板、双面板转向多层板，而且正在从 4～ 6层向 6～ 8 层以上提升。 随着多层板、 HDI 板、柔性板的快速增长，我国的 PCB产业结构正在逐步得到优化和改善。 然而，虽然我国 PCB 产业取得长足进步，但目前与先进国家相比还有较大差距，未来仍有很大的改进和提升空间。 首先，我国进入 PCB 行业较晚，没有专门的 PCB 研发机构，在一些新型技术研发能力上与国外厂商有较大差距。 其次，从产品结构上来看，仍然以中、低层板生产为主，虽然 FPC、 HDI 等增 长很快，但由于基数小，所占比例仍然不高。 再次，我国 PCB 生产设备大部分依赖进口，部分核心原材料也只能依靠进口，产业链的不完整也阻碍了国内 PCB 系列企业的发展脚步。 行业总评 作为用途最广泛的电子元件产品， PCB 拥有强大的生命力。 无论从供需关系上看还是从历史周期上判断， 2020 年初是行业进入景气爬坡的阶段，下游需求的持续强劲已经逐层次拉动了 PCB 产业链上各厂商的出货情况，形成至少在 2020 年一季度 “ 淡季不淡 ” 的局面。 将行业评级由 “ 回避 ” 上调到 “ 良好 ”。 北华航天工业学院毕业论文 9 第二章 Allegro SPB 及相关 PCB 设计 平台简介 简介 Allegro 是 Cadence 推出的先进 PCB 设计布线工具。 Allegro 提供了良好且交互的工作接口和强大完善的功能，和它前端产品 Cadence、 OrCAD、 Capture 的结合，为当前高速、高密度、多层的复杂 PCB 设计布线提供了最完美解决方案。 Allegro 拥有完善的 Constraint 设定，用户只须按要求设定好布线规则，在布线时不违反 DRC 就可以达到布线的设计要求，从而节约了烦琐的人工检查时间，提高了工作效率。 更能够定义最小线宽或线长等参数以符 合当今高速电路板布线的种种需求。 软件中的 Constraint Manger 提供了简洁明了的接口方便使用者设定和查看 Constraint 宣告。 它与 Capture 的结合让 . 电子工程师在绘制线路图时就能设定好规则数据，并能一起带到 Allegro 工作环境中，自动在摆零件及布线时依照规则处理及检查，而这些规则数据的经验值均可重复使用在相同性质的电路板设计上。 Allegro 除了上述的功能外，其强大的自动推挤 push 和贴线 hug 走线以及完善的自动修线功能更是给用户提供极大的方便；强大的 贴图功能，可以提供多用户同时处理一块复杂板子，从而大大地提高了工作效率。 或是利用选购的切图功能将电路版切分成各个区块，让每个区块各有专职的人同时进行设计 ，达到同份图多人同时设计并能缩短时程的目的。 用户在布线时做过更名、联机互换以及修改逻辑后，可以非常方便地回编到 Capture 线路图中，线路图修改后也可以非常方便地更新到 Allegro 中；用户还可以在 Capture 与 Allegro 之间对对象的互相点选及修改。 对于业界所重视的铜箔的绘制和修改功能， Allegro 提供了简单方便的内层分割功能，以及能够对正负片内层的检阅。 对于铺铜也可分动态铜或是静态铜，以作为铺大地或是走大电流之不同应用。 动态铜的参数可以分成对所有铜、单一铜或单一对象的不同程度设定，以达到铜箔对各接点可设不同接续效果或间距值等要求，来配合因设计特性而有的特殊设定。 在输出的部分，底片输出功能包含 274D 、 274X 、 Barco DPF 、 MDA 以及直接输出 ODB++ 等多样化格式数据当然还支持生产所需的 Pick amp。 Place 、 NC Drill 和 BareBoard Test 等等原始数据输出。 Allegro 所提供的强大输入输出功能更是方便与其它相关软件的沟通，例如 ADIVA 、 UGS(Fabmaster) 、 VALOR 、 Agilent ADS„ 或是机构的 DXF 、 IDF„„„。 为了推广整个先进 EDA 市场 ,Allegro 提供了 Cadence、OrCAD、 Layout 、 PADS 、 PCAD 等接口，让想转换 PCB Layout 软件的使用者，对于旧有的图档能顺利转换至 Allegro 中。 Allegro 有着 操作方便，接口友好，功能强大，北华航天工业学院毕业论文 10 整合性好 等诸多优点，是一家公 司投资 EDA 软件的理想选择。 PCB 设计软件简介： 一、国内用的比较多的是 protel， protel 99se， protel DXP， Altium，这些都是一个公司发展，不断升级的软件；当前版本是 Altium Designer 比较简单，设计比较随意，但是做复杂的 PCB 这些软件就不是很好。 二、 Cadende spb 软件 Cadende spb 这是 Cadence 的软件，当前版本是 Cadence SPB ；其中的 ORCAD 原理图设计是国际标准；其中 PCB 设计、仿真很全，用起来比 protel复杂，主要是要求、设置复杂；但是为设计做好了规定，所以设计起来事半功倍，比 protel就明显强大。 三、 Mentor 公司的 BORDSTATIONG 和 EE,其中 BOARDSTATION 由于只适用于 UNIX 系统，不是为 PC 机设计，所以使用的人较少；当前 MentorEE 版本为 Mentor EE 和 Cadence spb 属于同级别的 PCB设计软件，它有些地方比 cadence spb 差，它的强项是拉线、飞线，人称飞线王。 四、 EAGLE Layout 这是欧洲使用最广泛的 PCB 设计软件。 上述所说 PCB 设计软件，用的比较多的， Cadence spb 和 MentorEE 是里面当之无愧的王者。 如果是初学设计 PCB我觉得 Cadencespb 比较好，它可以给设计者养成一个良好的设计习惯，而且能保证良好的设计质量。 北华航天工业学院毕业论文 11 第三章 PCB 封装 及基本概念 常见封装 所谓封装是指安装半导体集成电路芯片（ IC）等用的外壳，起着安放，固定，密封，保护芯片和增强电热性能的作用。 封装还是沟通芯片 Die 与外部系统电路的桥梁， Die 上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制电路板 上的导线与其他器件建立连接。 芯片的封装技术已经经历了好几代的变迁，封装类型从 DIP ， QFP， PGA， BGA，到 CSP 再到 MCM， SIP，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近为一，适用频率越来越高，耐温性能越来越好。 同时引脚数增多，引脚间距减少，重量减小，可靠性提高，使用上更加方便。 直插 (DIP) DIP 封装（ Dual Inline Package），也叫双列直插式封装技术，指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过 100。 DIP 封装的 CPU 芯片有两排引脚，需要插入到具有 DIP 结构的芯片插座上 ,如 图 31 所示。 图 31 DIP 器件 球栅阵列封装 (BGA) BGA (Ball Grid Array)球状引脚栅格阵列封装技术，高密度表面装配封装技术。 在封装的底部，引脚都成球状并排列成一个类似于格子的图案，由此命名为 BGA。 目前的主板控制芯片组多采用此类封装技术，材料多为陶瓷。 特点： 提高了贴装成品率，潜在地降低了成本； BGA 阵列焊 球的引脚很短，缩短了信号的传输路径； 北华航天工业学院毕业论文 12 BGA 的阵列焊球与基板的接触面大、短，有利于散热 ， 如 图 32 所示。 图 32 BGA 器件 (SOP) SOP 是 Small Outline Package 的缩写，中文含意为小外形封装，是一种集成电路的封装技术。 在这种封装中，引脚从芯片的两个较长的边引出，引脚的末端向外伸展。 它是一种主要的表面封装类型，在具有较 少引脚数目的集成电路中广泛使用，特别是存储器和模拟集成电路领域， 如图 33所示。 图 33 SOP 器件 四侧引脚扁平封装 (QFP) QFP( Quad Flat Package）四侧引脚扁平封装，该封装实现的芯片引脚之间距离很小， 管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在北华航天工业学院毕业论文 13 100 以上。 特点： 该封装芯片时操作方便，可靠性高； 其封装外形尺寸较小，寄生参数减小，适合高频应用； 该封装技术主要适合用 SMT 表面安装技术在 PCB 上安装布线 ， 如图 34 所示。 图 34 QFP器件 方形扁平无引脚 封装 (QFN) QFN(Quad Flat NoleadPackage)方形扁平无引脚封装 ,表面贴装型封装之一，是一种焊盘尺寸小、体积小、以塑料作为密封材料的新兴表面贴装芯片封装技术。 现在多称为LCC。 QFN 是日本电子机械工业会规定的名称。 封装四侧配置有电极触点，由于无引脚，贴装占有面积比 QFP 小，高度比 QFP低 ， 如图 35所示。 图 35 QFN 器件 北华航天工业学院毕业论文 14 小外形晶体管封装 (SOT) SOT（ Small OutLine Transistor）小外形晶体管封装。 这种封装就是贴片型小功率晶体管封装，比 TO封装体积小，一般用于小功率 MOSFET， 如图 36所示。 图 36 SOT封装 (SIP) SIP（ System In a Package 系统级封装）是将多种功能芯片，包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能。 与 SOC（ System On a Chip系统级芯片）相对应。 不同的是系统级封装是采用不同芯片进行并排或叠加的封装方式，而 SOC 则是高度集成的芯片产品。 设计基本概念 差分信号 (Differengtial Signal) 差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。 从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。 在某些系统里，系统“地”被用作电压基准点。 当“地”当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。 我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。 另一方面，一个差分信号作用在两个导体上 ,信号值是两个导体间的电压差。 差分信号与普通的单端信号相比的优势： a、抗干扰能力强，因为两个根差分线之间的耦合很好，当外界存在嗓声干扰时，是同时被 耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值； b、能有效抑制 EMI，由于两根性的极性相反，所以它们对外辐射的电磁场可以相互抵消，泄放到个界的电磁能量少； c、时序定位精确，由于两根信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单北华航天工业学院毕业论文 15 端信号信靠高低两个阈值电压确定。 ． 微带线 (microstrip） 微带线是走在表面层，是一根带状导 (信号线 )。 与地平面之间用一种电介质隔离开。 如果线的厚度、宽度以 及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的， 如图 37 所示。 图。