PCB

解决EMI问题的办法很多,现代的EMI抑制方法包括:利用EMI抑制涂层、选用合适的EMI抑制零配件和EMI仿真设计等。本文从最基本的PCB布板出发,讨论PCB分层堆叠在控制EMI辐射中的作用和设计技巧。

电源汇流排

在IC的电源引脚附近合理地安置适当容量的电容,可使IC输出电压的跳变来得更快。然而,问题并非到此为止。由於电容呈有限频率响应的特性,这使得电容无法在全频带上生成干净地驱动IC输出所需要的谐波功率。除此之外,电源汇流排上形成的瞬态电压在去耦路径的电感两端会形成电压降,这些瞬态电压就是主要的共模EMI干扰源。我们应该怎么解决这些问题?

就我们电路板上的IC而言,IC周围的电源层可以看成是优良的高频电容器,它可以收集为干净输出提供高频能量的分立电容器所泄漏的那部份能量。此外,优良的电源层的电感要小,从而电感所合成的瞬态信号也小,进而降低共模EMI。

当然,电源层到IC电源引脚的连线必须尽可能短,因为数位信号的上升沿越来越快,最好是直接连到IC电源引脚所在的焊盘上,这要另外讨论。

为了控制共模EMI,电源层要有助於去耦和具有足够低的电感,这个电源层必须是一个设计相当好的电源层的配对。有人可能会问,好到什么程度才算好?问题的答案取决於电源的分层、层间的材料以及工作频率(即IC上升时间的函数)。通常,电源分层的间距是6mil,夹层是FR4材料,则每平方英寸电源层的等效电容约为75pF。显然,层间距越小电容越大。

上升时间为100到300ps的器件并不多,但是按照目前IC的发展速度,上升时间在100到300ps范围的器件将占有很高的比例。对於100到300ps上升时间的电路,3mil层间距对大多数应用将不再适用。那时,有必要采用层间距小於1mil的分层技术,并用介电常数很高的材料代替FR4介电材料。现在,陶瓷和加陶塑料可以满足100到300ps上升时间电路的设计要求。

尽管未来可能会采用新材料和新方法,但对於今天常见的1到3ns上升时间电路、3到6mil层间距和FR4介电材料,通常足够处理高端谐波并使瞬态信号足够低,就是说,共模EMI可以降得很低。本文给出的PCB分层堆叠设计实例将假定层间距为3到6mil。

电磁屏蔽

从信号走线来看,好的分层策略应该是把所有的信号走线放在一层或若干层,这些层紧挨著电源层或接地层。对於电源,好的分层策略应该是电源层与接地层相邻,且电源层与接地层的距离尽可能小,这就是我们所讲的“分层"策略。

PCB堆叠

什么样的堆叠策略有助於屏蔽和抑制EMI?以下分层堆叠方案假定电源电流在单一层上流动,单电压或多电压分布在同一层的不同部份。多电源层的情形稍后讨论。

4层板

4层板设计存在若干潜在问题。首先,传统的厚度为62mil的四层板,即使信号层在外层,电源和接地层在内层,电源层与接地层的间距仍然过大。

如果成本要求是第一位的,可以考虑以下两种传统4层板的替代方案。这两个方案都能改善EMI抑制的性能,但只适用於板上元件密度足够低和元件周围有足够面积(放置所要求的电源覆铜层)的场合。

第一种为首选方案,PCB的外层均为地层,中间两层均为信号/电源层。信号层上的电源用宽线走线,这可使电源电流的路径阻抗低,且信号微带路径的阻抗也低。从EMI控制的角度看,这是现有的最佳4层PCB结构。第二种方案的外层走电源和地,中间两层走信号。该方案相对传统4层板来说,改进要小一些,层间阻抗和传统的4层板一样欠佳。

如果要控制走线阻抗,上述堆叠方案都要非常小心地将走线布置在电源和接地铺铜岛的下边。另外,电源或地层上的铺铜岛之间应尽可能地互连在一起,以确保DC和低频的连接性。

6层板

如果4层板上的元件密度比较大,则最好采用6层板。但是,6层板设计中某些叠层方案对电磁场的屏蔽作用不够好,对电源汇流排瞬态信号的降低作用甚微。下面讨论两个实例。

第一例将电源和地分别放在第2和第5层,由於电源覆铜阻抗高,对控制共模EMI辐射非常不利。不过,从信号的阻抗控制观点来看,这一方法却是非常正确的。

第二例将电源和地分别放在第3和第4层,这一设计解决了电源覆铜阻抗问题,由於第1层和第6层的电磁屏蔽性能差,差模EMI增加了。如果两个外层上的信号线数量最少,走线长度很短(短於信号最高谐波波长的1/20),则这种设计可以解决差模EMI问题。将外层上的无元件和无走线区域铺铜填充并将覆铜区接地(每1/20波长为间隔),则对差模EMI的抑制特别好。如前所述,要将铺铜区与内部接地层多点相联。

通用高性能6层板设计一般将第1和第6层布为地层,第3和第4层走电源和地。由於在电源层和接地层之间是两层居中的双微带信号线层,因而EMI抑制能力是优异的。该设计的缺点在於走线层只有两层。前面介绍过,如果外层走线短且在无走线区域铺铜,则用传统的6层板也可以实现相同的堆叠。

另一种6层板布局为信号、地、信号、电源、地、信号,这可实现高级信号完整性设计所需要的环境。信号层与接地层相邻,电源层和接地层配对。显然,不足之处是层的堆叠不平衡。

这通常会给加工制造带来麻烦。解决问题的办法是将第3层所有的空白区域填铜,填铜后如果第3层的覆铜密度接近於电源层或接地层,这块板可以不严格地算作是结构平衡的电路板。填铜区必须接电源或接地。连接过孔之间的距离仍然是1/20波长,不见得处处都要连接,但理想情况下应该连接。

10层板

由於多层板之间的绝缘隔离层非常薄,所以10或12层的电路板层与层之间的阻抗非常低,只要分层和堆叠不出问题,完全可望得到优异的信号完整性。要按62mil厚度加工制造12层板,困难比较多,能够加工12层板的制造商也不多。

由於信号层和回路层之间总是隔有绝缘层,在10层板设计中分配中间6层来走信号线的方案并非最佳。另外,让信号层与回路层相邻很重要,即板布局为信号、地、信号、信号、电源、地、信号、信号、地、信号。

这一设计为信号电流及其回路电流提供了良好的通路。恰当的布线策略是,第1层沿X方向走线,第3层沿Y方向走线,第4层沿X方向走线,以此类推。直观地看走线,第1层1和第3层是一对分层组合,第4层和第7层是一对分层组合,第8层和第10层是最后一对分层组合。当需要改变走线方向时,第1层上的信号线应藉由“过孔"到第3层以后再改变方向。实际上,也许并不总能这样做,但作为设计概念还是要尽量遵守。

同样,当信号的走线方向变化时,应该藉由过孔从第8层和第10层或从第4层到第7层。这样布线可确保信号的前向通路和回路之间的耦合最紧。例如,如果信号在第1层上走线,回路在第2层且只在第2层上走线,那么第1层上的信号即使是藉由“过孔"转到了第3层上,其回路仍在第2层,从而保持低电感、大电容的特性以及良好的电磁屏蔽性能。

如果实际走线不是这样,怎么办?比如第1层上的信号线经由过孔到第10层,这时回路信号只好从第9层寻找接地平面,回路电流要找到最近的接地过孔(如电阻或电容等元件的接地引脚)。如果碰巧附近存在这样的过孔,则真的走运。

假如没有这样近的过孔可用,电感就会变大,电容要减小,EMI一定会增加。当信号线必须经由过孔离开现在的一对布线层到其他布线层时,应就近在过孔旁放置接地过孔,这样可以使回路信号顺利返回恰当的接地层。对於第4层和第7层分层组合,信号回路将从电源层或接地层(即第5层或第6层)返回,因为电源层和接地层之间的电容耦合良好,信号容易传输。

多电源层的设计

如果同一电压源的两个电源层需要输出大电流,则电路板应布成两组电源层和接地层。在这种情况下,每对电源层和接地层之间都放置了绝缘层。这样就得到我们期望的等分电流的两对阻抗相等的电源汇流排。如果电源层的堆叠造成阻抗不相等,则分流就不均匀,瞬态电压将大得多,并且EMI会急剧增加。

如果电路板上存在多个数值不同的电源电压,则相应地需要多个电源层,要牢记为不同的电源创建各自配对的电源层和接地层。在上述两种情况下,确定配对电源层和接地层在电路板的位置时,切记制造商对平衡结构的要求。

总结

鉴於大多数工程师设计的电路板是厚度62mil、不带盲孔或埋孔的传统印制电路板,本文关於电路板分层和堆叠的讨论都局限於此。厚度差别太大的电路板,本文推荐的分层方案可能不理想。此外,带盲孔或埋孔的电路板的加工制程不同,本文的分层方法也不适用。

电路板设计中厚度、过孔制程和电路板的层数不是解决问题的关键,优良的分层堆叠是保证电源汇流排的旁路和去耦、使电源层或接地层上的瞬态电压最小并将信号和电源的电磁场屏蔽起来的关键。理想情况下,信号走线层与其回路接地层之间应该有一个绝缘隔离层,配对的层间距(或一对以上)应该越小越好。根据这些基本概念和原则,才能设计出总能达到设计要求的电路板。现在,IC的上升时间已经很短并将更短,本文讨论的技术对解决EMI屏蔽问题是必不可少的。

来源:电子工程师之家

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对于电容的安装,首先要提到的就是安装距离。容值最小的电容,有最高的谐振频率,去耦半径最小,因此放在最靠近芯片的位置。容值稍大些的可以距离稍远,最外层放置容值最大的。但是,所有对该芯片去耦的电容都尽量靠近芯片。

下面图就是一个摆放位置的例子。本例中的电容等级大致遵循10倍等级关系。

还有一点要注意,在放置时,最好均匀分布在芯片的四周,对每一个容值等级都要这样。通常芯片在设计的时候就考虑到了电源和地引脚的排列位置,一般都是均匀分布在芯片的四个边上的。因此,电压扰动在芯片的四周都存在,去耦也必须对整个芯片所在区域均匀去耦。如果把上图中的680pF电容都放在芯片的上部,由于存在去耦半径问题,那么就不能对芯片下部的电压扰动很好的去耦。

电容的安装

在安装电容时,要从焊盘拉出一小段引出线,然后通过过孔和电源平面连接,接地端也是同样。这样流经电容的电流回路为:电源平面-》过孔-》引出线-》焊盘-》电容-》焊盘-》引出线-》过孔-》地平面,图2直观的显示了电流的回流路径。

第一种方法从焊盘引出很长的引出线然后连接过孔,这会引入很大的寄生电感,一定要避免这样做,这是最糟糕的安装方式。

第二种方法在焊盘的两个端点紧邻焊盘打孔,比第一种方法路面积小得多,寄生电感也较小,可以接受。

第三种在焊盘侧面打孔,进一步减小了回路面积,寄生电感比第二种更小,是比较好的方法。

第四种在焊盘两侧都打孔,和第三种方法相比,相当于电容每一端都是通过过孔的并联接入电源平面和地平面,比第三种寄生电感更小,只要空间允许,尽量用这种方法。

最后一种方法在焊盘上直接打孔,寄生电感最小,但是焊接是可能会出现问题,是否使用要看加工能力和方式。推荐使用第三种和第四种方法。

需要强调一点:有些工程师为了节省空间,有时让多个电容使用公共过孔,任何情况下都不要这样做。最好想办法优化电容组合的设计,减少电容数量。

由于印制线越宽,电感越小,从焊盘到过孔的引出线尽量加宽,如果可能,尽量和焊盘宽度相同。这样即使是0402封装的电容,你也可以使用20mil宽的引出线。引出线和过孔安装如上图所示,注意图中的各种尺寸。

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电路板系统的互连包括:芯片到电路板、PCB板内互连以及PCB与外部器件之间的三类互连。在RF设计中,互连点处的电磁特性是工程设计面临的主要问题之一,本文介绍上述三类互连设计的各种技巧,内容涉及器件安装方法、布线的隔离以及减少引线电感的措施等等。

目前有迹象表明,印刷电路板设计的频率越来越高。随着数据速率的不断增长,数据传送所要求的带宽也促使信号频率上限达到1GHz,甚至更高。这种高频信号技术虽然远远超出毫米波技术范围(30GHz),但的确也涉及RF和低端微波技术。

RF工程设计方法必须能够处理在较高频段处通常会产生的较强电磁场效应。这些电磁场能在相邻信号线或PCB线上感生信号,导致令人讨厌的串扰(干扰及总噪声),并且会损害系统性能。回损主要是由阻抗失配造成,对信号产生的影响如加性噪声和干扰产生的影响一样。

高回损有两种负面效应:

1. 信号反射回信号源会增加系统噪声,使接收机更加难以将噪声和信号区分开来;

2. 任何反射信号基本上都会使信号质量降低,因为输入信号的形状出现了变化。

尽管由于数字系统只处理1和0信号并具有非常好的容错性,但是高速脉冲上升时产生的谐波会导致频率越高信号越弱。尽管前向纠错技术可以消除一些负面效应,但是系统的部分带宽用于传输冗余数据,从而导致系统性能的降低。一个较好的解决方案是让RF效应有助于而非有损于信号的完整性。建议数字系统最高频率处(通常是较差数据点)的回损总值为-25dB,相当于VSWR为1.1。

PCB设计的目标是更小、更快和成本更低。对于RFPCB而言,高速信号有时会限制PCB设计的小型化。目前,解决串扰问题的主要方法是进行接地层管理,在布线之间进行间隔和降低引线电感(studcapacitance)。降低回损的主要方法是进行阻抗匹配。此方法包括对绝缘材料的有效管理以及对有源信号线和地线进行隔离,尤其在状态发生跳变的信号线和地之间更要进行间隔。

由于互连点是电路链上最为薄弱的环节,在RF设计中,互连点处的电磁性质是工程设计面临的主要问题,要考察每个互连点并解决存在的问题。电路板系统的互连包括芯片到电路板、PCB板内互连以及PCB与外部装置之间信号输入/输出等三类互连。

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PCB作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽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。随着电子信息产品的小型化以及无铅无卤化的环保要求,PCB也向高密度高Tg以及环保的方向发展。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,并因此引发了许多的质量纠纷。为了弄清楚失效的原因以便找到解决问题的办法和分清责任,必须对所发生的失效案例进行失效分析。

失效分析的基本程序

要获得PCB失效或不良的准确原因或者机理,必须遵守基本的原则及分析流程,否则可能会漏掉宝贵的失效信息,造成分析不能继续或可能得到错误的结论。

一般的基本流程是,首先必须基于失效现象,通过信息收集、功能测试、电性能测试以及简单的外观检查,确定失效部位与失效模式,即失效定位或故障定位。对于简单的PCB或PCBA,失效的部位很容易确定,但是,对于较为复杂的BGA或MCM封装的器件或基板,缺陷不易通过显微镜观察,一时不易确定,这个时候就需要借助其它手段来确定。接着就要进行失效机理的分析,即使用各种物理、化学手段分析导致PCB失效或缺陷产生的机理,如虚焊、污染、机械损伤、潮湿应力、介质腐蚀、疲劳损伤、CAF或离子迁移、应力过载等等。再就是失效原因分析,即基于失效机理与制程过程分析,寻找导致失效机理发生的原因,必要时进行试验验证,一般尽应该可能的进行试验验证,通过试验验证可以找到准确的诱导失效的原因。这就为下一步的改进提供了有的放矢的依据。最后,就是根据分析过程所获得试验数据、事实与结论,编制失效分析报告,要求报告的事实清楚、逻辑推理严密、条理性强,切忌凭空想象。

分析的过程中,注意使用分析方法应该从简单到复杂、从外到里、从不破坏样品再到使用破坏的基本原则。只有这样,才可以避免丢失关键信息、避免引入新的人为的失效机理。就好比交通事故,如果事故的一方破坏或逃离了现场,在高明的警察也很难作出准确责任认定,这时的交通法规一般就要求逃离现场者或破坏现场的一方承担全部责任。PCB或PCBA的失效分析也一样,如果使用电烙铁对失效的焊点进行补焊处理或大剪刀进行强力剪裁PCB,那么再分析就无从下手了,失效的现场已经破坏了。特别是在失效样品少的情况下,一旦破坏或损伤了失效现场的环境,真正的失效原因就无法获得了。

失效分析技术

光学显微镜

光学显微镜主要用于PCB的外观检查,寻找失效的部位和相关的物证,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。

X射线 (X-ray)

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。

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。

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。

显微红外分析

显微红外分析就是将红外光谱与显微镜结合在一起的分析方法,它利用不同材料(主要是有机物)对红外光谱不同吸收的原理,分析材料的化合物成分,再结合显微镜可使可见光与红外光同光路,只要在可见的视场下,就可以寻找要分析微量的有机污染物。如果没有显微镜的结合,通常红外光谱只能分析样品量较多的样品。而电子工艺中很多情况是微量污染就可以导致PCB焊盘或引线脚的可焊性不良,可以想象,没有显微镜配套的红外光谱是很难解决工艺问题的。显微红外分析的主要用途就是分析被焊面或焊点表面的有机污染物,分析腐蚀或可焊性不良的原因。

扫描电子显微镜分析(SEM)

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,最常用作形貌观察,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。

热分析

差示扫描量热仪(DSC)

差示扫描量热法(Differential Scanning Calorim- etry)是在程序控温下,测量输入到物质与参比物质之间的功率差与温度(或时间)关系的一种方法。是研究热量随温度变化关系的分析方法,根据这种变化关系,可研究分析材料的物理化学及热力学性能。DSC的应用广泛,但在PCB的分析方面主要用于测量PCB上所用的各种高分子材料的固化程度、玻璃态转化温度,这两个参数决定着PCB在后续工艺过程中的可靠性。

热机械分析仪(TMA)

热机械分析技术(Thermal Mechanical Analysis)用于程序控温下,测量固体、液体和凝胶在热或机械力作用下的形变性能。是研究热与机械性能关系的方法,根据形变与温度(或时间)的关系,可研究分析材料的物理化学及热力学性能。TMA的应用广泛,在PCB的分析方面主要用于PCB最关键的两个参数:测量其线性膨胀系数和玻璃态转化温度。膨胀系数过大的基材的PCB在焊接组装后常常会导致金属化孔的断裂失效。

热重分析仪 (TGA)

热重法(Thermogravimetry Analysis)是在程序控温下,测量物质的质量随温度(或时间)的变化关系的一种方法。TGA通过精密的电子天平可监测物质在程控变温过程中发生的细微的质量变化。根据物质质量随温度(或时间)的变化关系,可研究分析材料的物理化学及热力学性能。在PCB的分析方面,主要用于测量PCB材料的热稳定性或热分解温度,如果基材的热分解温度太低,PCB在经过焊接过程的高温时将会发生爆板或分层失效现象。

来源:PCB工艺技术

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布线(Layout)是pcb设计工程师最基本的工作技能之一。走线的好坏将直接影响到整个系统的性能,大多数高速的设计理论也要最终经过Layout得以实现并验证,由此可见,布线在高速pcb设计中是至关重要的。

下面将针对实际布线中可能遇到的一些情况,分析其合理性,并给出一些比较优化的走线策略。

蛇形线是Layout中经常使用的一类走线方式。其主要目的就是为了调节延时,满足系统时序设计要求。设计者首先要有这样的认识:蛇形线会破坏信号质量,改变传输延时,布线时要尽量避免使用。但实际设计中,为了保证信号有足够的保持时间,或者减小同组信号之间的时间偏移,往往不得不故意进行绕线。  

那么,蛇形线对信号传输有什么影响呢?走线时要注意些什么呢?其中最关键的两个参数就是平行耦合长度(Lp)和耦合距离(S),如图1-8-21所示。很明显,信号在蛇形走线上传输时,相互平行的线段之间会发生耦合,呈差模形式,S越小,Lp越大,则耦合程度也越大。可能会导致传输延时减小,以及由于串扰而大大降低信号的质量,其机理可以参考第三章对共模和差模串扰的分析。

下面是给Layout工程师处理蛇形线时的几点建议:

1. 尽量增加平行线段的距离(S),至少大于3H,H指信号走线到参考平面的距离。通俗的说就是绕大弯走线,只要S足够大,就几乎能完全避免相互的耦合效应。

2. 减小耦合长度Lp,当两倍的Lp延时接近或超过信号上升时间时,产生的串扰将达到饱和。

3. 带状线(Strip-Line)或者埋式微带线(EmbeddedMicro-strip)的蛇形线引起的信号传输延时小于微带走线(Micro-strip)。理论上,带状线不会因为差模串扰影响传输速率。

4. 高速以及对时序要求较为严格的信号线,尽量不要走蛇形线,尤其不能在小范围内蜿蜒走线。

5. 可以经常采用任意角度的蛇形走线,如图1-8-20中的C结构,能有效的减少相互间的耦合。

6. 高速pcb设计中,蛇形线没有所谓滤波或抗干扰的能力,只可能降低信号质量,所以只作时序匹配之用而无其它目的。

7. 有时可以考虑螺旋走线的方式进行绕线,仿真表明,其效果要优于正常的蛇形走线。

来源:电子技术应用

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如何提高PCB设备可靠性

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提高PCB设备可靠性的技术措施:方案选择、电路设计、电路板设计、结构设计、元器件选用、制作工艺等多方面着手,具体措施如下:

(1)简化方案设计。

方案设计时,在确保设备满足技术、性能指标的前提下,应尽量简化设计,简化电路和结构设计,使每个部件都成为最简设计。当今世界流行的模块化设计方法是提高设备可靠性的有效措施。块功能相对单一,系统由模块组成,可以减少设计的复杂性,将设计标准化、规范化。国内外大量事实已证明了这一点,产品设计应采用模块化设计方法。

(2)采用模块和标准部件。

模块和标准部件是经过大量试验和广泛使用后证明为高可靠性的产品,因而能充分消除设备的缺陷和隐患,也为出现问题之后的更换和修理带来了方便。采用模块和标准化产品不仅能有效地提高设备的可靠性,而且能大大缩短研制周期,为设备的迅速改型与列装提供极有利的条件。

(3)提高集成度。

选用各种功能强、集成度高的大规模、超大规模集成电路,尽量减少元器件的数量。元器件越少,产生隐患的点也越少。这样,不仅能提高设备的可靠性,而且。能缩短研制、开发周期。

(4)降额设计。

经验:如何维护和保养PCB电镀设备?

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设备种类在印制电路板生产过程中,主要用的电镀设备有两种,一种是水平式电镀线,一种是垂直式电镀线。

这两种不同结构的电镀设备,主要是电路板的运送方式不同,所采用的输送板设备结构也不相同,因此对于维护也稍有不同。

日常维护与保养方法

1 、槽体的维护与保养垂直电镀线与水平电镀线的主要区别在于电路板的运送方式不同,而对于槽体的维护及保养方法本质上相差不大。7d要对各水洗槽进行一次清洗对酸洗槽,进行一次清洗并更换其槽液;对槽体内的喷淋装置进行一次检查,查看有无出现阻塞情况,对出现阻塞情况的要及时进行疏通;对镀铜槽、镀锡槽上的导电支座及阳极与火线接触位,进行一次清洁清洁时可用抹布擦拭及砂纸进行打磨;对镀铜槽、镀锡槽的钛篮、锡条篮进行一次检查,更换烂的钛篮袋、锡条篮,并添加铜球、锡条,在7d添加完铜球、锡条后,须对电镀铜槽、电镀锡槽进行电解。

7d还要使用高、低电流方式进行试生产,使新添加铜球、锡条完后,生产的性能稳定后再进行生产。每90要对铜球及阳极袋进行一次清洗。每120~150d使用活性碳对槽液进行一次过滤清洁,滤去槽液中的杂质,对锡槽进行一次清洗。

PCB电路板散热处理,及原因分析!

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电子设备工作时产生的热量,使设备内部温度迅速上升,若不及时将该热量散发,设备会持续升温,器件就会因过热失效,电子设备的可靠性将下降。因此,对电路板进行散热处理十分重要。

一、印制电路板温升因素分析

引起印制板温升的直接原因是由于电路功耗器件的存在,电子器件均不同程度地存在功耗,发热强度随功耗的大小变化。

印制板中温升的2种现象:

(1)局部温升或大面积温升;
(2)短时温升或长时间温升。

在分析PCB热功耗时,一般从以下几个方面来分析。

1. 电气功耗

(1)分析单位面积上的功耗;
(2)分析PCB电路板上功耗的分布。

2. 印制板的结构

(1)印制板的尺寸;
(2)印制板的材料。

3. 印制板的安装方式

(1)安装方式(如垂直安装,水平安装);
(2)密封情况和离机壳的距离。

在PCB电路设计中会遇到需要代换IC的时候,下面就来分享一下代换IC时的技巧,帮助设计师在PCB电路设计时能更完美。

一、直接代换

直接代换是指用其他IC不经任何改动而直接取代原来的IC,代换后不影响机器的主要性能与指标。

其代换原则是:代换IC的功能、性能指标、封装形式、引脚用途、引脚序号和间隔等几方面均相同。其中IC的功能相同不仅指功能相同,还应注意逻辑极性相同,即输出输入电平极性、电压、电流幅度必须相同。性能指标是指IC的主要电参数(或主要特性曲线)、最大耗散功率、最高工作电压、频率范围及各信号输入、输出阻抗等参数要与原IC相近。功率小的代用件要加大散热片。

1、同一型号IC的代换

同一型号IC的代换一般是可靠的,安装集成PCB电路时,要注意方向不要搞错,否则,通电时集成PCB电路很可能被烧毁。有的单列直插式功放IC,虽型号、功能、特性相同,但引脚排列顺序的方向是有所不同的。例如,双声道功放ICLA4507,引脚有“正”、“反”之分,其起始脚标注(色点或凹坑)方向不同:没有后缀与后缀为“R”,的IC等,例如M5115P与M5115RP。

2、型号前缀字母相同、数字不同IC的代换

这种代换只要相互间的引脚功能完全相同,其内部PCB电路和电参数稍有差异,也可相互直接代换。如:伴音中放ICLA1363和LA1365,后者比前者在IC第5脚内部增加了一个稳压二极管,其它完全一样。

一般情况下,前缀字母是表示生产厂家及PCB电路的类别,前缀字母后面的数字相同,大多数可以直接代换。但也少数特例,虽数字相同,但功能却完全不同。例如,HA1364是伴音IC,而uPC1364是色解码IC;数字是4558的,8脚的是运算放大器NJM4558,14脚的是CD4558数字PCB电路;故二者完全不能代换。所以一定还要看引脚功能。

有的厂家引进未封装的IC芯片,然后加工成按本厂命名的产品,还有为了提高某些参数指标而改进的产品。这些产品常用不同型号进行命名或用型号后缀加以区别。例如,AN380与uPC1380可以直接代换,AN5620、TEA5620、DG5620等可以直接代换。

二、非直接代换

非直接代换是指不能进行直接代换的IC稍加修改外围PCB电路,改变原引脚的排列或增减个别元件等,使之成为可代换的IC的方法。

代换原则:代换所用的IC可与原来的IC引脚功能不同、外形不同,但功能要相同,特性要相近;代换后不应影响原机性能。

1、不同封装IC的代换

相同类型的IC芯片,但封装外形不同,代换时只要将新器件的引脚按原器件引脚的形状和排列进行整形。例如,AFTPCB电路CA3064和CA3064E,前者为圆形封装,辐射状引脚:后者为双列直插塑料封装,两者内部特性完全一样,按引脚功能进行连接即可。双列ICAN7114、AN7115与LA4100、LA4102封装形式基本相同,引脚和散热片正好都相差180度。前面提到的AN5620带散热片双列直插16脚封装、TEA5620双列直插18脚封装,9、10脚位于集成PCB电路的右边,相当于AN5620的散热片,二者其它脚排列一样,将9、10脚连起来接地即可使用。

2、PCB电路功能相同但个别引脚功能不同lC的代换

代换时可根据各个型号IC的具体参数及说明进行。如电视机中的AGC、视频信号输出有正、负极性的区别,只要在输出端加接倒相器后即可代换。

3、类塑相同但引脚功能不同IC的代换

这种代换需要改变外围PCB电路及引脚排列,因而需要一定的理论知识、完整的资料和丰富的实践经验与技巧。

4、有些空脚不应擅自接地

内部等效PCB电路和应用PCB电路中有的引出脚没有标明,遇到空的引出脚时,不应擅自接地,这些引出脚为更替或备用脚,有时也作为内部连接。

5、组合代换

组合代换就是把同一型号的多块IC内部未受损的PCB电路部分,重新组合成一块完整的IC,用以代替功能不良的IC的方法。对买不到原配IC的情况下是十分适用的。但要求所利用IC内部完好的PCB电路一定要有接口引出脚。

非直接代换关键是要查清楚互相代换的两种IC的基本电参数、内部等效PCB电路、各引脚的功能、IC部元件之间连接关系的资料。实际操作时予以注意。

(1)集成PCB电路引脚的编号顺序,切勿接错;

(2)为适应代换后的IC的特点,与其相连的外围PCB电路的元件要作相应的改变;

(3)电源电压要与代换后的工C相符,如果原PCB电路中电源电压高,应设法降压;电压低,要看代换IC能否工作;

(4)代换以后要测量IC的静态工作电流,如电流远大于正常值,则说明PCB电路可能产生自激,这时须进行去耦、调整。若增益与原来有所差别,可调整反馈电阻阻值;

(5)代换后IC的输入、输出阻抗要与原PCB电路相匹配;检查其驱动能力;

(6)在改动时要充分利用原PCB电路板上的脚孔和引线,外接引线要求整齐,避免前后交叉,以便检查和防止PCB电路自激,特别是防止高频自激;

(7)在通电前电源Vcc回路里最好再串接一直流电流表,降压电阻阻值由大到小观察集成PCB电路总电流的变化是否正常。

6、用分立元件代换IC

有时可用分立元件代换IC中被损坏的部分,使其恢复功能。代换前应了解该IC的内部功能原理、每个引出脚的正常电压、波形图及与外围元件组成PCB电路的工作原理。同时还应考虑:

(1)信号能否从工C中取出接至外围PCB电路的输入端:

(2)经外围PCB电路处理后的信号,能否连接到集成PCB电路内部的下一级去进行再处理(连接时的信号匹配应不影响其主要参数和性能)。如中放IC损坏,从典型应用PCB电路和内部PCB电路看,由伴音中放、鉴频以及晋频放大级成,可用信号输入法找出损坏部分,若是音频放大部分损坏,则可用分立元件代替。

来源:网络、电子产品世界

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