隨著PCB設(shè)計復(fù)雜度的逐步提高，對于信號完整性的分析除了反射，串?dāng)_以及EMI之外，穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)也成為設(shè)計者們重點研究的方向之一。尤其當(dāng)開關(guān)器件數(shù)目不斷增加，核心電壓不斷減小的時候，電源的波動往往會給系統(tǒng)帶來致命的影響，于是人們提出了新的名詞：電源完整性，簡稱PI(powerintegrity)。當(dāng)今國際市場上，IC設(shè)計比較發(fā)達，但電源完整性設(shè)計還是一個薄弱的環(huán)節(jié)。因此本文提出了PCB板中電源完整性問題的產(chǎn)生，分析了影響電源完整性的因素并提出了解決PCB板中電源完整性問題的優(yōu)化方法與經(jīng)驗設(shè)計，具有較強的理論分析與實際工程應(yīng)用價值。二、電源噪聲的起因及分析對于電源噪聲的起因我們通過一個與非門電路圖進行分析。圖1中的電路圖為一個三輸入與非門的結(jié)構(gòu)圖，因為與非門屬于數(shù)字器件，它是通過“1”和“0”電平的切換來工作的。隨著IC技術(shù)的不斷提高，數(shù)字器件的切換速度也越來越快，這就引進了更多的高頻分量，同時回路中的電感在高頻下就很容易引起電源波動。如在圖1中，當(dāng)與非門輸入全為高電平時，電路中的三極管導(dǎo)通，電路瞬間短路，電源向電容充電，同時流入地線。此時由于電源線和地線上存在寄生電感，我們由公式V=LdI/dt可知，這將在電源線和地線上產(chǎn)生電壓波動，如圖2中所示的電平上升沿所引入的ΔI噪聲。當(dāng)與非門輸入為低電平時，此時電容放電，將在地線上產(chǎn)生較大的ΔI噪聲;而電源此時只有電路的瞬間短路所引起的電流突變，由于不存在向電容充電而使電流突變相對于上升沿來說要小。從對與非門的電路進行分析我們知道，造成電源不穩(wěn)定的根源主要在于兩個方面：一是器件高速開關(guān)狀態(tài)下，瞬態(tài)的交變電流過大;

隨著集成電路輸出開關(guān)速度提高以及PCB板密度增加，信號完整性已經(jīng)成為高速數(shù)字PCB設(shè)計必須關(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、高速信號的布線等因素，都會引起信號完整性問題，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)計過程中充分考慮到信號完整性的因素，并采取有效的控制措施，已經(jīng)成為當(dāng)今PCB設(shè)計業(yè)界中的一個熱門課題?；谛盘柾暾杂嬎銠C分析的高速數(shù)字PCB板設(shè)計方法能有效地實現(xiàn)PCB設(shè)計的信號完整性。1. 信號完整性問題概述信號完整性(SI)是指信號在電路中以正確的時序和電壓作出響應(yīng)的能力。如果電路中信號能夠以要求的時序、持續(xù)時間和電壓幅度到達IC，則該電路具有較好的信號完整性。反之，當(dāng)信號不能正常響應(yīng)時，就出現(xiàn)了信號完整性問題。從廣義上講，信號完整性問題主要表現(xiàn)為5個方面：延遲、反射、串?dāng)_、同步切換噪聲(SSN)和電磁兼容性(EMI)。延遲是指信號在PCB板的導(dǎo)線上以有限的速度傳輸，信號從發(fā)送端發(fā)出到達接收端，其間存在一個傳輸延遲。信號的延遲會對系統(tǒng)的時序產(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，信號到達接收端后有一部分能量將沿著傳輸線反射回去，使信號波形發(fā)生畸變，甚至出現(xiàn)信號的過沖和下沖。信號如果在傳輸線上來回反射，就會產(chǎn)生振鈴和環(huán)繞振蕩。

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)計等。本文從最基本的PCB布板出發(fā)，討論PCB分層堆疊在控制EMI輻射中的作用和設(shè)計技巧。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)信號也小，進而降低共模EMI。當(dāng)然，電源層到IC電源引腳的連線必須盡可能短，因為數(shù)位信號的上升沿越來越快，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，這個電源層必須是一個設(shè)計相當(dāng)好的電源層的配對。有人可能會問，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。

PCB制板熱風(fēng)整平前處理過程的好壞對熱風(fēng)整平的質(zhì)量影響很大，該工序必須徹底清除焊盤上的油污，雜質(zhì)及氧化層，為浸錫提供新鮮可焊的銅表面?，F(xiàn)在較常采用的前處理工藝是機械式噴淋，首先是硫酸-雙氧水微蝕刻，微蝕后浸酸，然后是水噴淋沖洗，熱風(fēng)吹干，噴助焊劑，立即熱風(fēng)整平。前處理不良造成的露銅現(xiàn)象是不分類型批次同時大量出現(xiàn)的，露銅點常常是分布整個板面，在邊緣上更是嚴(yán)重。使用放大鏡觀察前處理后的線路板將發(fā)現(xiàn)焊盤上有明顯殘留的氧化點和污跡。出現(xiàn)類似情況應(yīng)對微蝕溶液進行化學(xué)分析，檢查第二道酸洗溶液，調(diào)整溶液的濃度更換由于時間使用過長污染嚴(yán)重的溶液，檢查噴淋系統(tǒng)是否通暢。適當(dāng)?shù)难娱L處理時間也可提高處理效果，但需注意會出現(xiàn)的過腐蝕現(xiàn)象，返工的線路板經(jīng)熱風(fēng)整平后處理線再在5%的鹽酸溶液中處理一下，去除表面的氧化物。2.焊盤表面不潔，有殘余的阻焊劑污染焊盤。目前大部份的廠家采用全板絲網(wǎng)印刷液態(tài)感光阻焊油墨，然后通過曝光、顯影去除多余的阻焊劑，得到時間的阻焊圖形。在該過程中，預(yù)烘過程控制不好，溫度過高時間過長都會造成顯影的困難。阻焊底片上是否有缺陷，顯影液的成份及溫度是否正確，顯影時的速度即顯影點是否正確，噴嘴是否堵塞及噴嘴的壓力是否正常，水洗是否良好，其中任何一點情況都會給焊盤上留下殘點。如由于底片的原因形成的露銅一般較有規(guī)律性，都在同一點上。該種情況使用放大鏡可發(fā)現(xiàn)在露銅處有阻焊物質(zhì)的殘留痕跡，PCB設(shè)計一般在固化工序前應(yīng)設(shè)立一崗位對圖形及金屬化孔內(nèi)部進行檢查，保證送到下一工序的印刷線路板的焊盤和金屬化孔內(nèi)清潔無阻焊油墨殘留。3.助焊劑活性不夠助焊劑的作用是改善銅表面的潤濕性，保護層壓板表面不過熱，且為焊料涂層提供保護作用。如助焊劑活性不夠，銅表面潤濕性不好，焊料就不能完全覆蓋焊盤，其露銅現(xiàn)象與前處理不佳類似，延長前處理時間可減輕露銅現(xiàn)象?，F(xiàn)在的助焊劑幾乎全為酸性助焊劑，內(nèi)含有酸性添加劑，如酸性過高會產(chǎn)生咬銅現(xiàn)象嚴(yán)重，造成焊料中的銅含量高引起鉛錫粗糙;酸性過低，則活性弱，會導(dǎo)致露銅。如鉛錫槽中的銅含量大要及時除銅。工藝技術(shù)人員選擇一個質(zhì)量穩(wěn)定可靠的助焊劑對熱風(fēng)整平有重要的影響，優(yōu)良的助焊劑的是熱風(fēng)整平質(zhì)量的保證。

專業(yè)FPC軟板大量涉及蝕刻面的質(zhì)量問題都集中在上板面被蝕刻的部分，而這些問題來自于蝕刻劑所產(chǎn)生的膠狀板結(jié)物的影響。專業(yè)FPC軟板加工廠對這一點的了解是十分重要的，因膠狀板結(jié)物堆積在銅表面上。一方面會影響噴射力，另一方面會阻檔了新鮮蝕刻液的補充，使蝕刻的速度被降低。正因膠狀板結(jié)物的形成和堆積，使得基板上下面的圖形的蝕刻程度不同，先進入的基板因堆積尚未形成，蝕刻速度較快， 故容易被徹底地蝕刻或造成過腐蝕，而后進入的基板因堆積已形成，而減慢了蝕刻的速度。蝕刻設(shè)備的維護維護蝕刻設(shè)備的最關(guān)鍵因素就是要保證噴嘴的高清潔度及無阻塞物，使噴嘴能暢順地噴射。阻塞物或結(jié)渣會使噴射時產(chǎn)生壓力作用，沖擊板面。而噴嘴不清潔，則會造成蝕刻不均勻而使整塊電路板報廢。明顯地，設(shè)備的維護就是更換破損件和磨損件，因噴嘴同樣存在著磨損的問題，所以更換時應(yīng)包括噴嘴。此外，更為關(guān)鍵的問題是要保持蝕刻機沒有結(jié)渣，因很多時結(jié)渣堆積過多會對蝕刻液的化學(xué)平衡產(chǎn)生影響。同樣地，如果蝕刻液出現(xiàn)化學(xué)不平衡，結(jié)渣的情況就會愈加嚴(yán)重。蝕刻液突然出現(xiàn)大量結(jié)渣時，通常是一個信號，表示溶液的平衡出現(xiàn)了問題，這時應(yīng)使用較強的鹽酸作適當(dāng)?shù)那鍧嵒驅(qū)θ芤哼M行補加。