第Y章 溶液濃度計(jì)算方法在印制電路板制造技術(shù)，各種溶液占了很大的比重，對(duì)印制電路板的最終產(chǎn)品質(zhì)量起到關(guān)鍵的作用。無論是選購或者自配都必須進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。正確的計(jì)算才能確保各種溶液的成分在工藝范圍內(nèi)，對(duì)確保產(chǎn)品質(zhì)量起到重要的作用。根據(jù)印制電路板生產(chǎn)的特點(diǎn)，提供六種計(jì)算方法供同行選用。1.體積比例濃度計(jì)算：定義：是指溶質(zhì)(或濃溶液)體積與溶劑體積之比值。舉例：1：5硫酸溶液就是一體積濃硫酸與五體積水配制而成。2.克升濃度計(jì)算：定義：一升溶液里所含溶質(zhì)的克數(shù)。舉例：100克硫酸銅溶于水溶液10升，問一升濃度是多少?100/10=10克/升3.重量百分比濃度計(jì)算定義：用溶質(zhì)的重量占全部溶液重理的百分比表示。

隨著集成電路輸出開關(guān)速度提高以及PCB板密度增加，信號(hào)完整性已經(jīng)成為高速數(shù)字PCB設(shè)計(jì)必須關(guān)心的問題之一。元器件和PCB板的參數(shù)、元器件在PCB板上的布局、高速信號(hào)的布線等因素，都會(huì)引起信號(hào)完整性問題，導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，甚至完全不工作。如何在PCB板的設(shè)計(jì)過程中充分考慮到信號(hào)完整性的因素，并采取有效的控制措施，已經(jīng)成為當(dāng)今PCB設(shè)計(jì)業(yè)界中的一個(gè)熱門課題?；谛盘?hào)完整性計(jì)算機(jī)分析的高速數(shù)字PCB板設(shè)計(jì)方法能有效地實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)的信號(hào)完整性。1. 信號(hào)完整性問題概述信號(hào)完整性(SI)是指信號(hào)在電路中以正確的時(shí)序和電壓作出響應(yīng)的能力。如果電路中信號(hào)能夠以要求的時(shí)序、持續(xù)時(shí)間和電壓幅度到達(dá)IC，則該電路具有較好的信號(hào)完整性。反之，當(dāng)信號(hào)不能正常響應(yīng)時(shí)，就出現(xiàn)了信號(hào)完整性問題。從廣義上講，信號(hào)完整性問題主要表現(xiàn)為5個(gè)方面：延遲、反射、串?dāng)_、同步切換噪聲(SSN)和電磁兼容性(EMI)。延遲是指信號(hào)在PCB板的導(dǎo)線上以有限的速度傳輸，信號(hào)從發(fā)送端發(fā)出到達(dá)接收端，其間存在一個(gè)傳輸延遲。信號(hào)的延遲會(huì)對(duì)系統(tǒng)的時(shí)序產(chǎn)生影響，在高速數(shù)字系統(tǒng)中，傳輸延遲主要取決于導(dǎo)線的長度和導(dǎo)線周圍介質(zhì)的介電常數(shù)。另外，當(dāng)PCB板上導(dǎo)線(高速數(shù)字系統(tǒng)中稱為傳輸線)的特征阻抗與負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，信號(hào)到達(dá)接收端后有一部分能量將沿著傳輸線反射回去，使信號(hào)波形發(fā)生畸變，甚至出現(xiàn)信號(hào)的過沖和下沖。信號(hào)如果在傳輸線上來回反射，就會(huì)產(chǎn)生振鈴和環(huán)繞振蕩。

專業(yè)SMT焊接如果阻抗變化只發(fā)生一次，例如線寬從8mil變到6mil后，一直保持6mil寬度這種情況，要達(dá)到突變處信號(hào)反射噪聲不超過電壓擺幅的5%這一噪聲預(yù)算要求，SMT焊接阻抗變化必須小于10%。這有時(shí)很難做到，以 FR4板材上微帶線的情況為例，我們計(jì)算一下。如果線寬8mil，線條和參考平面之間的厚度為4mil，特性阻抗為46.5歐姆。線寬變化到6mil后特性阻抗變成54.2歐姆，阻抗變化率達(dá)到了20%。反射信號(hào)的幅度必然超標(biāo)。至于對(duì)信號(hào)造成多大影響，還和信號(hào)上升時(shí)間和驅(qū)動(dòng)端到反射點(diǎn)處信號(hào)的時(shí)延有關(guān)。但至少這是一個(gè)潛在的問題點(diǎn)。幸運(yùn)的是這時(shí)可以通過阻抗匹配端接解決問題。如果阻抗變化發(fā)生兩次，例如線寬從8mil變到6mil后，拉出2cm后又變回8mil。那么在2cm長6mil寬線條的兩個(gè)端點(diǎn)處都會(huì)發(fā)生反射，一次是阻抗變大，發(fā)生正反射，接著阻抗變小，發(fā)生負(fù)反射。如果兩次反射間隔時(shí)間足夠短，兩次反射就有可能相互抵消，從而減小影響。假設(shè)傳輸信號(hào)為1V，第Y次正反射有0.2V被反射，1.2V繼續(xù)向前傳輸，第二次反射有 -0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假設(shè)6mil線長度極短，兩次反射幾乎同時(shí)發(fā)生，那么總的反射電壓只有0.04V，小于5%這一噪聲預(yù)算要求。因此，這種反射是否影響信號(hào)，有多大影響，和阻抗變化處的時(shí)延以及信號(hào)上升時(shí)間有關(guān)。研究及實(shí)驗(yàn)表明，只要阻抗變化處的時(shí)延小于信號(hào)上升時(shí)間的20%，反射信號(hào)就不會(huì)造成問題。如果信號(hào)上升時(shí)間為1ns，那么阻抗變化處的時(shí)延小于0.2ns對(duì)應(yīng)1.2英寸，反射就不會(huì)產(chǎn)生問題。也就是說，對(duì)于本例情況，6mil寬走線的長度只要小于3cm就不會(huì)有問題。

解決EMI問題的辦法很多，現(xiàn)代的EMI抑制方法包括：利用EMI抑制涂層、選用合適的EMI抑制零配件和EMI仿真設(shè)計(jì)等。本文從最基本的PCB布板出發(fā)，討論P(yáng)CB分層堆疊在控制EMI輻射中的作用和設(shè)計(jì)技巧。電源匯流排在IC的電源引腳附近合理地安置適當(dāng)容量的電容，可使IC輸出電壓的跳變來得更快。然而，問題并非到此為止。由于電容呈有限頻率響應(yīng)的特性，這使得電容無法在全頻帶上生成干凈地驅(qū)動(dòng)IC輸出所需要的諧波功率。除此之外，電源匯流排上形成的瞬態(tài)電壓在去耦路徑的電感兩端會(huì)形成電壓降，這些瞬態(tài)電壓就是主要的共模EMI干擾源。我們應(yīng)該怎么解決這些問題?就我們電路板上的IC而言，IC周圍的電源層可以看成是優(yōu)良的高頻電容器，它可以收集為干凈輸出提供高頻能量的分立電容器所泄漏的那部份能量。此外，優(yōu)良的電源層的電感要小，從而電感所合成的瞬態(tài)信號(hào)也小，進(jìn)而降低共模EMI。當(dāng)然，電源層到IC電源引腳的連線必須盡可能短，因?yàn)閿?shù)位信號(hào)的上升沿越來越快，最好是直接連到IC電源引腳所在的焊盤上，這要另外討論。為了控制共模EMI，電源層要有助于去耦和具有足夠低的電感，這個(gè)電源層必須是一個(gè)設(shè)計(jì)相當(dāng)好的電源層的配對(duì)。有人可能會(huì)問，好到什么程度才算好?問題的答案取決于電源的分層、層間的材料以及工作頻率(即IC上升時(shí)間的函數(shù))。通常，電源分層的間距是6mil，夾層是FR4材料，則每平方英寸電源層的等效電容約為75pF。顯然，層間距越小電容越大。

一個(gè)布局是否合理沒有判斷標(biāo)準(zhǔn)，可以采用一些相對(duì)簡單的標(biāo)準(zhǔn)來判斷布局的優(yōu)劣。最常用的標(biāo)準(zhǔn)就是使飛線總長度盡可能短。一般來說，飛線總長度越短，意味著布線總長度也是越短(注意：這只是相對(duì)于大多數(shù)情況是正確的，并不是完全正確);走線越短，走線所占據(jù)的印制板面積也就越小，布通率越高。在走線盡可能短的同時(shí)，還必須考慮布線密度的問題。如何布局才能使飛線總長度最短并且保證布局密度不至于過高而不能實(shí)現(xiàn)是個(gè)很復(fù)雜的問題。因?yàn)?，調(diào)整布局就是調(diào)整封裝的放置位置，一個(gè)封裝的焊盤往往和幾個(gè)甚至幾十個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)相關(guān)聯(lián)，減小一個(gè)網(wǎng)絡(luò)飛線長度可能會(huì)增長另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的飛線長度。如何能夠調(diào)整封裝的位置到最佳點(diǎn)實(shí)在給不出太實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際操作時(shí)，主要依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)觀查屏幕顯示的飛線是否簡捷、有序和計(jì)算出的總長度是否最短。飛線是手工布局和布線的主要參考標(biāo)準(zhǔn)，手工調(diào)整布局時(shí)盡量使飛線走最短路徑，手工布線時(shí)常常按照飛線指示的路徑連接各個(gè)焊盤。Protel的飛線優(yōu)化算法可以有效地解決飛線連接的最短路徑問題。飛線的連接策略Protel提供了兩種飛線連接方式供使用者選擇：順序飛線和最短樹飛線。在布線參數(shù)設(shè)置中的飛線模式頁可以設(shè)置飛線連接策略，應(yīng)該選擇最短樹策略。動(dòng)態(tài)飛線在有關(guān)飛線顯示和控制一節(jié)中已經(jīng)講到： 執(zhí)行顯示網(wǎng)絡(luò)飛線、顯示封裝飛線和顯示全部飛線命令之一后飛線顯示開關(guān)打開，執(zhí)行隱含全部飛線命令后飛線顯示開關(guān)關(guān)閉。

1、PTH造成的孔壁鍍層空洞PTH造成的孔壁鍍層空洞主要是點(diǎn)狀的或環(huán)狀的空洞，具體產(chǎn)生的原因如下：(1)沉銅缸銅含量、氫氧化鈉與甲醛的濃度銅缸的溶液濃度是首先要考慮的。一般來說，銅含量、氫氧化鈉與甲醛的濃度是成比例的，當(dāng)其中的任何一種含量低于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的10%時(shí)都會(huì)破壞化學(xué)反應(yīng)的平衡，造成化學(xué)銅沉積不良，出現(xiàn)點(diǎn)狀的空洞。所以優(yōu)先考慮調(diào)整銅缸的各藥水參數(shù)。(2)槽液的溫度槽液的溫度對(duì)溶液的活性也存在著重要的影響。在各溶液中一般都會(huì)有溫度的要求，其中有些是要嚴(yán)格控制的。所以對(duì)槽液的溫度也要隨時(shí)關(guān)注。(3)活化液的控制二價(jià)錫離子偏低會(huì)造成膠體鈀的分解，影響鈀的吸附，但只要對(duì)活化液定時(shí)的進(jìn)行添加補(bǔ)充，不會(huì)造成大的問題。活化液控制的重點(diǎn)是不能用空氣攪拌，空氣中的氧會(huì)氧化二價(jià)錫離子，同時(shí)也不能有水進(jìn)入，會(huì)造成SnCl2的水解。(4)清洗的溫度清洗的溫度常常被人忽視，清洗的最佳溫度是在20℃以上，若低于15℃就會(huì)影響清洗的效果。在冬季的時(shí)候，水溫會(huì)變的很低，尤其是在北方。由于水洗的溫度低，板子在清洗后的溫度也會(huì)變的很低，在進(jìn)入銅缸后板子的溫度不能立刻升上來，會(huì)因?yàn)殄e(cuò)過了銅沉積的黃金時(shí)間而影響沉積的效果。所以在環(huán)境溫度較低的地方，也要注意清洗水的溫度。(5)整孔劑的使用溫度、濃度與時(shí)間藥液的溫度有著較嚴(yán)格的要求，過高的溫度會(huì)造成整孔劑的分解，使整孔劑的濃度變低，影響整孔的效果，其明顯的特征是在孔內(nèi)的玻璃纖維布處出現(xiàn)點(diǎn)狀空洞。只有藥液的溫度、濃度與時(shí)間妥善的配合，才能得到良好的整孔效果，同時(shí)又能節(jié)約成本。藥液中不斷累積的銅離子濃度，也必須嚴(yán)格控制。(6)還原劑的使用溫度、濃度與時(shí)間還原的作用是去除去鉆污后殘留的錳酸鉀和高錳酸鉀，藥液相關(guān)參數(shù)的失控都會(huì)影響其作用，其明顯的特征是在孔內(nèi)的樹脂處出現(xiàn)點(diǎn)狀空洞。(7)震蕩器和搖擺