印制電路板的抗干擾設(shè)計(jì)分析

田文綺

摘要：印制電路板，又稱為印制線路板，作為電氣化工業(yè)革命的產(chǎn)物，對(duì)電子元器件其支撐和固定作用，是所有電子產(chǎn)品的載體。近幾年高壓直流技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)在輸電時(shí)受到換流閥的電磁兼容問(wèn)題，對(duì)電路板的正常穩(wěn)定工作起到影響。因此，提高印制電路板的抗干擾能力對(duì)于其電磁兼容性以及整體性能顯得尤為重要，本論文基于這些現(xiàn)狀，以抗干擾能力為重點(diǎn)，梳理了印制電路板設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)，開(kāi)展了分析工作，以期提出一些具有一定工程意義的建議和參考：

關(guān)鍵詞：印制電路板；抗干擾設(shè)計(jì)

前言：印制電路板多種多樣，種類繁多，覆蓋了幾乎所有的電子領(lǐng)域。隨著電子技術(shù)的革新，印制電路板的種類及復(fù)雜程度不斷增加，對(duì)其的性能要求越來(lái)越高。

電磁干擾是印制電路板受環(huán)境影響較為敏感的環(huán)境因素之一，提高印制電路板的抗干擾能力，重點(diǎn)在于考察印制電路板電磁兼容性?，F(xiàn)階段，針對(duì)印制電路板的不同類別干擾，即布局類、板層類以及走線類，可采取布局規(guī)則、線路設(shè)計(jì)、去耦電容設(shè)計(jì)等，以減弱甚至消除印制電路板受到外界干擾的影響。

1.印制電路板設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1加工技術(shù)選擇

印制電路板按結(jié)構(gòu)可分為撓性板、剛性板和剛撓結(jié)合板，按層數(shù)可以分為單面板、雙面板和多層板，按用途又可分為民用、軍用等，不同的印制電路板制作工藝不同，加工技術(shù)也各不相同。目前，高密度互連印制電路板由于市場(chǎng)需求量大，在市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。這種電路板線路較為精密、要求層間對(duì)位精度高，相對(duì)于傳統(tǒng)電路板，有著更好的電氣性能和更完整的信號(hào)完整性，且適合越來(lái)越密集的電子封裝工藝。對(duì)于該種印制電路板，主要采用了互連孔加工、孔金屬化加工以及精細(xì)線路制作技術(shù)。高密度互連印制電路板的埋孔、通孔加工方法可選擇機(jī)械鉆孔法、激光鉆孔法，兩者原理不同，實(shí)際中應(yīng)針對(duì)不同的介質(zhì)材料采用不同的方法及加工參數(shù)。在印制電路板經(jīng)過(guò)鉆孔后，要對(duì)孔壁進(jìn)行金屬化，以實(shí)現(xiàn)層間互連。目前常用的方法有化學(xué)鍍銅法和炭黑黑孔法，兩者都需要后續(xù)電鍍流程將孔壁金屬化，電鍍均鍍能力對(duì)電流密度分布的均勻性有重要影響。精細(xì)線路的制作是印制電路板發(fā)展的一個(gè)重要方向，目前最成熟的制作工藝方法為減成法，未來(lái)這一技術(shù)的精度將對(duì)印制電路板的性能有決定性影響。

1.2材料設(shè)備選擇

基材是印制電路板承載功能電路的核心部分，基材特性首先決定著印制電路板的環(huán)境適應(yīng)性。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的基材是是環(huán)氧玻纖布基板，具有高強(qiáng)度、耐化學(xué)性、耐潮濕、熱穩(wěn)定性好及良好的電氣性能等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)τ≈齐娐钒暹M(jìn)行較好的保護(hù)。在印制電路板抗干擾性能上，其主要作用的是線路設(shè)計(jì)與制作。對(duì)于線路制作來(lái)說(shuō)，由于方法較多，為了減少工藝時(shí)間、降低成本，同時(shí)保證質(zhì)量，可以采取在超薄銅箔的基礎(chǔ)上制作線路的方法，通過(guò)控制電鍍的時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)線路的厚度，制作精細(xì)線路。在曝光工序中，在干膜中的對(duì)光敏感的低聚合物會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)，在后續(xù)工序中對(duì)電路起到保護(hù)作用。因此，曝光工序是制作精細(xì)線路的關(guān)鍵步驟。非平行曝光機(jī)和激光直接成像曝光機(jī)是目前最為先進(jìn)的曝光技術(shù)，能夠避免環(huán)境溫度、濕度等對(duì)線路制作的影響，對(duì)于制作固定線寬或線距的精細(xì)線路有較大的優(yōu)勢(shì)。

1.3抗干擾性能測(cè)定方法

在印制電路板生產(chǎn)過(guò)程中，缺陷是不可避免的，抗干擾性能檢測(cè)的目的就是通過(guò)對(duì)印制電路板性能的分析，間接判別出缺陷位置信息，及時(shí)地采取措施。目前，判別印制電路板產(chǎn)品性能的主要方法主要從短路、斷路、針孔、缺口、線路氧化等幾個(gè)方面入手。在印制電路板缺陷檢測(cè)中絕大部分運(yùn)用的是參考法缺陷檢測(cè)，它的主要思想是將待測(cè)圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對(duì)比。例如應(yīng)用全自動(dòng)曝光機(jī)進(jìn)行拍照，提取計(jì)算出圖像的位置差，從而確定印制電路板的偏差程度。在得到的圖像中，不同的缺陷有不同的表現(xiàn)特征，例如如果某一位置存在多像素點(diǎn)群的連通區(qū)，則為短路，在黑色背景下，若存在部分高亮區(qū)域，則表示該區(qū)域可能為毛刺和針孔等缺陷區(qū)。線路氧化是在生產(chǎn)過(guò)程中由于外部因素控制不當(dāng)導(dǎo)致嚴(yán)重影響線路導(dǎo)電性的缺陷，作為非致命缺陷，線路氧化可以從銅線顏色差異來(lái)判別出來(lái)，這在印制電路板的抗干擾測(cè)定中較為簡(jiǎn)易實(shí)用。

2.提高印制板抗干擾性能措施

2.1印制電路板的材料選擇

印制電路板工藝技術(shù)的發(fā)展是伴隨著材料技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展的。按絕緣介質(zhì)層材料軟硬程度，可以分為剛性印制板、撓性印制板、剛撓結(jié)合印制板等。以剛撓結(jié)合印制電路板為例，與傳統(tǒng)剛撓結(jié)合印制電路板相比，新型工藝制造的剛撓結(jié)合印制電路板，將可彎折的撓性電路板集成于剛性電路板中，極大地減輕了電子設(shè)備的重量，避免了以往制作工序復(fù)雜、笨重、難以修復(fù)的缺點(diǎn)。同時(shí)新型電路板的撓性區(qū)域可以反復(fù)彎折、任意角度扭轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，一定程度上增加了其適用范圍。撓性基材如聚酰亞胺，具有較高的介電穩(wěn)定性，應(yīng)用在印制電路板中，可以使印制電路板具有良好的介電性能、電氣性能、在高速高頻信號(hào)傳輸及阻抗控制中，能夠發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。此外，在惡劣極端環(huán)境下，剛撓結(jié)合印制電路板也充分體現(xiàn)了穩(wěn)定性，例如在雷電、高頻加熱、脈沖電腐蝕、電火花加工等極端干擾環(huán)境中，具備一定的抵抗性。

2.2印制電路板的線路設(shè)計(jì)

印制電路板的抗干擾設(shè)計(jì)與具體電路有著密切的關(guān)系。線路設(shè)計(jì)應(yīng)掌握電路板整體信息，信號(hào)線密集程度、電源等因素后，綜合考慮分析。為了防止產(chǎn)生干擾，采用高穩(wěn)定度、低輸出阻抗直流電源，并在保障電路功能需要的電源和布線層數(shù)的基礎(chǔ)上，使輸出的接地點(diǎn)離電源的地端應(yīng)最近。電子電路中接地線要求的干線宜粗，以降低環(huán)路電阻。其次，盡可能增加電源線寬度，以電源線上干擾尖峰不能使邏輯器件的輸出狀態(tài)發(fā)生變化為原則，消除抑制直流電源回路因負(fù)載變化而引起的干擾。面對(duì)電源干擾，可在電源變壓器一次繞組與二次繞組間采用屏蔽層，或加接電源濾波器，降低電磁波受到的干擾。此外，信號(hào)發(fā)送線和接受線之間，或相同信號(hào)間盡可能避免平行走線，如若信號(hào)線之間不相容，就應(yīng)做隔離處理，防止形成耦合干擾。

2.3印制電路板的去耦電容設(shè)計(jì)

？集成電路電源和地之間的去耦電容有兩個(gè)作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。為了削弱干擾信號(hào)耦合路徑，信號(hào)線盡可能短，應(yīng)盡量減小不必要的雜散電容，同時(shí)按照一定的順序布置信號(hào)線路，將時(shí)鐘信號(hào)線和敏感信號(hào)線放在首位，高速信號(hào)線次之，最后是非重要信號(hào)線。為了防止信號(hào)線之間形成耦合干擾，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)減少系統(tǒng)誤操作、減少向外輻射。此外，由于瞬態(tài)電流比靜態(tài)電流大得多，為了減小干擾同時(shí)降低電流功耗，可以采取電源去耦措施，即在電源線和地線之間并接兩個(gè)電容，起到本集成電路的蓄能電容和旁路掉該器件的高頻噪聲的作用。在此過(guò)程中應(yīng)注意電容引線不能太長(zhǎng)，尤其是高頻旁路電容不能有引線；焊接時(shí)去耦電容的引腳要盡量短，避免過(guò)長(zhǎng)引腳使去耦電容本身發(fā)生自共振。最后，為了使保同層相鄰線路間的噪聲耦合以及串?dāng)_達(dá)到最小，需在線間做隔離處理，確保布線分離。

結(jié)語(yǔ)：印制電路板是電子設(shè)備的重要組成部分，在印制電路板設(shè)計(jì)中，要對(duì)其其抗干擾能力進(jìn)行優(yōu)化，避免使其降低或失去原有的功能和性能，對(duì)生產(chǎn)生活造成影響。印制電路板制造公司眾多，我國(guó)在在高端乃至尖端的印制電路板設(shè)計(jì)制造上，與國(guó)外的技術(shù)水平還有很大的差距，因此還需加大研發(fā)投入，為印制電路板的設(shè)計(jì)提供更充分的研究條件，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的發(fā)展。

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