1、71Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V去耦电容应接在同一芯片的电源线与地线之间，不要接在本芯片的电源与相邻芯片的地之间6.8 PCB布线 去耦电容:针对本芯片Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V过长的去耦电容连线因其寄生电阻 R及寄生电感 L使去耦电容 CD的旁路作用失效可能的解决方案，可减少R和 L，需使用多层互连去耦电容的最佳位置6.8 PCB
2、布线 去耦电容:尽量缩短连线72Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.8 PCB布线 去耦电容:尽量缩短连线(续)Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.8 PCB布线 去耦电容:管壳内置单芯片管壳多芯片管壳73Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6C
3、o i i i 9 V 每个过孔有 1-4nH的寄生电感和 0.3-0.8pF的寄生电容，所以越少越好 高速信号通道上，过孔应尽可能的少，速度最高的时钟线上最好无过孔 对于高速的并行线（如地址和数据线），每根信号线的过孔数最好一样6.8 PCB布线 过孔(Via)接地面上通孔的布置应使回流通路尽可能地短Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.8 PCB布线 屏蔽线与屏蔽块无屏蔽屏蔽线屏蔽块 关键的信号线尽量短，尽量粗，并在两边加上保护地线 必要时，将 PCB的空余部分全部
4、填以地线，并且用过孔与背面及内层 GND连通74Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.8 PCB布线 综合实例信号线不要跨越分割的电源面之间的间隙测试点不要以分支的形式出现布线不要过于靠近 PCB边缘布线间距应服从设计规则应使未绝缘的电路与操作人员可触摸到的 PCB区域或未接地的金属物体相隔至少 2cm以上Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V尽量缩
5、短连线长度，减少分支时钟线要尽量短，且不要引得到处都是。时钟产生器（频率最高处）尽量靠近用到该时钟的器件（如 CPU时钟输入端），石英晶体振荡器外壳要接地，位置要尽量靠近时钟驱动器6.8 PCB布线 综合实例75Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V 所有元件应尽量紧靠在一起，不要过于分散 相互之间连线较多的元件要靠在一起（如 I/O器件与 I/O连接器之间） 从线路板中心馈送电源或信号，而不要从边缘（特别是正方形 PCB板）引入6.8 PCB布线 缩短线长:实例1Copy
6、right by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.8 PCB布线 缩短线长:实例2对于只有绕大圈才能走通的导线，不妨采用绝缘短接线（即飞线）76Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.8 PCB布线 SMD的布线尽量使寄生电感最小Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co
7、 i i i 9 V高输入阻抗放大器的输入端应加隔离环，以防漏电引起的噪声与漂移（注意隔离环 接的节点不同）闲置不用的运放正输入端接地，负输入端接输出6.8 PCB布线 放大器:输入保护反相放大器电压跟随器同相放大器8脚集成运放构成的电压跟随器的 PCB布线示例77Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.8 PCB布线 放大器:多级放大器的布局 信号走线呈直线状，切忌往返交替 输入回路与输出回路尽量远离，以免产生自激振荡 避免同一芯片中的几个运放一部分作小信号放大，另一部
8、分作振荡器 小信号放大器应尽量远离大信号电路 多运放芯片共用电源时，要注意由电源的不良耦合所产生的干扰多运放芯片信号流向的安排较好 较差Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.8 PCB布线 连接器78Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.8 PCB布线 改变FPGA管脚设置TPD=PassTPD=PassTPD=FailTPD=PassTPD=F
9、ailTPD=FailTPD=PassTPD=PassTPD=Pass不能满足系统时序要求可以满足 1个FPGA时序要求可以满足系统时序要求Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.8 PCB布线 FPGA管脚优化的效果优化前 优化后（减少线长 49% ，缩短延时 320ps）79Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.9 PCB热设计 散热器材料及形
10、状的选择 最常用的散热器材料是表面黑色氧化的铝，氧化表面的辐射效率比抛光表面高10 15倍。铜的散热效果更好，但过重且贵 散热器的外形最好是短而宽，因为其散热效率与气流的垂直方向宽度成线性正比关系，与气流的平行方向大约成平方根关系Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.9 PCB热设计 自然冷却与强制冷却自然冷却时传热效率与海拔高度的关系强制风冷时热阻与空气流速以及冷却体积之间的关系80Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright
11、 by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.9 PCB热设计 器件位置 发热量大或耐热性好的器件 （如功率晶体管、大规模集成电路、变压器等） 放在冷却气流的下游（出口处），条件允许时应处于气流通道上 水平方向上，尽量靠近 PCB边沿布置，以缩短传热路径；垂直方向上，尽量靠近 PCB上方布置，以减少器件工作时对其它器件温度的影响 不要集中布放，可考虑把发热高、辐射大的元件专门设计安装在一个印制板上 温度敏感或耐热性差的器件 （如小信号晶体管、精密运算放大器、电解电容器等） 放在冷却气流的最上游（入口处 ） 尽量靠近印制板的底部，千万不要放在发热器件的正上方 应远
12、离热源 风冷条件下，距热源（自身温升 30）距离2.5mm 自然冷条件下，距热源（自身温升 30）距离4.0mmCopyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.9 PCB热设计 器件位置(2) 强迫通风与自然通风的方向一致 进气口与排气口有足够的距离 较高的元件放在出风口（但不能阻挡风道），较低的元件放在进风口 采用多层板结构有助于 PCB热设计 对于自身温升高于 30的热源，一般要求： 风冷条件下，电解电容等温度敏感器件离热源距离要求大于或等于2.5mm 自然冷条件下，电解电容
13、等温度敏感器件离热源距离要求大于或等于4.0mm 若因为空间的原因不能达到要求距离，则应通过温度测试保证温度敏感器件的温升在降额范围内81Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V有利于散热的角度出发，印制版最好是直立安装而不是水平安装，因为自然冷却的气流方向总是由下往上。板与板之间的距离一般不应小于 2cm6.9 PCB热设计 PCB板在机箱中的安装方式较好较差Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang
14、 2009 V4.6Co i i i 9 V 发热量小且无防尘防油要求的机箱，可采用直接在箱体上开小孔的方式散热 发热量大或者有防尘防油要求的机箱，可采用整箱封闭、集中开通风口的方式散热 最好入风口与出风口分开，且入风口在下，出风口在上（自然冷却）6.9 PCB热设计 通风口的位置不合理较合理82Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.9 PCB热设计 隔热板的安放位置较好 较差 隔热板的作用：用热的不良导体制作，隔开发热元件与温度敏感元件 隔热板的位置：有利于热的对流C
15、opyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V 采用表面层敷设大面积铜箔帮助散热。根据器件功耗、环境温度及允许最大结温来计算合适的表面散热铜箔面积。为防止铜箔热应力，可以开窗或采用网状结构 大电流支路尽可能表面化，尽可能多安放金属化过孔，且孔径盘面尽可能大，依靠过孔帮助散热 对印制板上的接地安装孔采用较大焊盘 ,以充分利用安装螺栓和印制板表面的铜箔进行散热 要尽量降低接触面的热阻。为此应加大热传导面积；接触平面应平整、光滑，必要时可涂覆导热硅脂6.9 PCB热设计 布线方式83Cop
16、yright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V散热均匀化 利用铜箔加强散热6.9 PCB热设计 布线方式(续)Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.9 PCB热设计 微弱信号放大器的对策 对微弱信号放大器而言，温度的均匀化更为重要 放大器附近不能放置发热器件 安装屏蔽罩兼作防风罩 背面附加大面积铜箔，用于均匀放大器周边的温度 对 nV级放大器，最好不用焊锡（热电动
17、势约为数 uV/ C），而采用紧压连接方式84Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V自然冷却的器件顺气流排列，强制冷却的器件逆气流排列6.9 PCB热设计 风冷方式Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V元器件布局尽量均匀，使得散热均匀、温度均匀6.9 PCB热设计 散热均匀化85Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copy
18、right by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.9 PCB热设计 降低最高温度Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.9 PCB热设计 散热器的正确使用 散热器的位置：远离温度敏感器件 散热器的安装方向：叶片处于垂直方向（自然冷却）或气流方向（强制冷却）叉齿形 双面鳍形单面鳍形风叶形双卷筒形86Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co
19、 i i i 9 V6.9 PCB热设计 塑封功率器件的安装固定螺栓与器件散热片可以电连接时的情形固定螺栓与器件散热片不允许电连接时的情形（功耗越高，要求表面平滑度越高）（所留间隙用于保证器件不会收到额外的应力影响）Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.9 PCB热设计 散热器绝缘介质的正确使用 散热器与管壳之间最好不要加任何绝缘物，必要时可填充较软的紫铜箔和软铝箔，弥补散热器表面的不平整，加强导热性 如果由于安全性以及抑制电磁干扰等原因，必须在散热器与管壳之间加绝缘垫
20、，可采用如下材料： 聚酰亚胺膜、云母片、硬的阳极氧化铝：低热阻，高电阻，缺点是必须用导热硅脂填充配合面的空隙，较脏，增加了可变性和生产成本 增强硅橡胶垫：在压力作用下不变形，干净，成本较高散热器与绝缘介质之间的接触面热阻（/W）器件封装形式带绝缘垫87Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.10 装配与测试 器件引脚的弯曲 插装塑料封装器件时，引脚尽可能不要弯曲，以免造成引脚根部的应力，可能产生裂纹 若不得不弯曲引脚，则应遵循以下规则： 弯曲点与管座的最小间距为 4mm
21、最小弯曲半径为 2mm 最大弯曲角不大于 90 引脚不要在同一个点反复弯曲 如引脚截面为矩形，不要在较厚的反向弯曲Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.10 装配与测试 PCB的表面处理经济型电路，不适合作为插脚的镀层镀层较厚，线条密度较大或较细时，容易产生镀层不均匀或 “搭线 ”现象工艺简单，成本低廉，可焊性相当好镀铅锡合金一般电路易氧化，耐锈蚀与耐磨性较差比镀金的可焊性好，成本也低些镀银高频电路，接插件及 PCB的插脚成本较高，可焊性稍差表面光亮，导电性好，耐锈蚀，
22、耐磨性强，接触电阻小镀金适用范围缺点优点处理方式 一般低频电路：插脚镀金，整板镀铅锡合金 高频电路：整板镀金 布线密度高、线条精细且无插脚的电路：整板镀银88Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V6.10 装配与测试 PCB的保形涂覆 在已组装完成的 PCB板上涂覆很薄的透明树脂薄层，板子的轮廓和元件依然清晰可见 仅用于在极恶劣环境（如接近 100湿度、存在导电的或有机的污染，有腐蚀性气体等）中使用的 PCB板 常用涂覆材料为丙烯酸树脂、聚氨酯、环氧树脂和聚硅酮，均具有吸潮
23、性并能防护普通的化学污染物 涂覆前需完成全部的测试以及彻底的清洁烘干处理 保形涂覆会大大增加工作量、人力投入和生产成本，仅在特殊情况下采用之Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V 安装方式 耐振要求高的场合：加装弹簧夹、护圈或用硅橡胶紧固 发热量大的器件：立式安装或加隔热材料 焊接后清洗 橡胶类器件不能用汽油清洗 溶于醇类物质的油漆不能用酒精清洗 超声波清洗应注意对微电子器件的机械应力损坏6.10 装配与测试 PCB的装配89Copyright by Yiqi Zhuang
24、 2009 V4.6Copyright by Yiqi Zhuang 2009 V4.6Co i i i 9 V 仪器性能指标与可靠性应高于被测器件（安全工作区、输入阻抗、温漂、时漂等） 一般不要测试极限参数。必须测试时，应采取限压、限流或散热措施，所加应力逐渐增加，并尽量缩短测试时间 测试中转换仪器量程时，应先将电压、电流调至最小 测量时应避免出现器件端子的误接、反插或短路 高温测量时应注意加热体引入的干扰，低温测量时应避免产生水汽或凝霜 所有低阻抗设备（例如脉冲信号发生器等）在接到 CMOS 或 NMOS 集成电路输入端以前必然让器件先接通电源，同样设备与器件断开后器件才能断开电源6.10 装配与测试 元器件的测试END第6章 印刷电路板的可靠性设计主讲：庄奕琪
