PCB線路板調(diào)試技術(shù)之六類模塊

在PCB抄板及設(shè)計工作中，我們常常要對電路板進行調(diào)試與測試，六類模塊電路板的調(diào)試就是其中一種，為了能讓大家更好的理解六類模塊電路板的調(diào)試技術(shù)，我先給大家簡單的介紹一下六類模塊。六類模塊的核心部件是線路板，其設(shè)計結(jié)構(gòu)、制作工藝基本上就決定了產(chǎn)品的性能指標(biāo)，六類模塊執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是 EIA/TIA 568B.2-1，當(dāng)中為重要的參數(shù)是插入損耗、回波損耗、近端串?dāng)_等。

插入損耗 (Insert Loss)：由于傳輸通道阻抗的存在，它會隨著信號頻率的增加而使信號的高頻分量衰減加大，衰減不僅與信號頻率有關(guān)，也與傳輸距離有關(guān)，隨著長度的增加，信號衰減也會隨著增加?；夭〒p耗(Return Loss)：由于產(chǎn)品中阻抗發(fā)生變化，就會產(chǎn)生局部震蕩，致使信號反射，被反射到發(fā)送端的一部分能量會形成噪音，導(dǎo)致信號失真，降低傳輸性能。如全雙工的千兆網(wǎng)，會將反射信號誤認(rèn)為是收到的信號而引起有用信號的波動，造成混亂，反射的能量越少，就意味著通道采用線路的阻抗一致性越好，傳輸信號越完整，在通道上的噪音就越小?；夭〒p耗RL的計算公式：回波損耗=發(fā)射信號÷反射信號。
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在設(shè)計中，阻抗的全線路一致性以及與100歐姆阻抗的六類線纜配合是解決回波損耗參數(shù)失效的有效手段。例如PCB線路的層間距離不均勻、傳輸線路銅導(dǎo)體截面變化、模塊內(nèi)的導(dǎo)體與六類線纜導(dǎo)體不匹配等，都會引起回波損耗參數(shù)變化。近端串?dāng)_(NEXT)： NEXT是指在一對傳輸線路中，一對線對另一對線的信號耦合，即為當(dāng)一條線對發(fā)送信號時，在另一條相鄰的線對收到的信號。這種串?dāng)_信號主要是由于臨近繞對通過電容或電感耦合過來的，通過補償?shù)霓k法，抵消、減弱其干擾信號，使其不能產(chǎn)生駐波是解決該參數(shù)失效的主要辦法。

在模塊試制階段，用理論做指導(dǎo)，以計算機輔助設(shè)計為依據(jù)，就能很快的達到預(yù)期效果。在國內(nèi)進行的六類模塊PCB設(shè)計中，主要以線路對角補償理論做依據(jù)，進行大量的試制工作，同樣也可達到預(yù)期效果。模塊與插頭引起的信號外漏現(xiàn)象會發(fā)生相互間的信號干涉，為防止信號干涉現(xiàn)象，在平衡鏈路中導(dǎo)體進行扭繞，達到平衡傳輸?shù)哪康?，扭繞結(jié)構(gòu)會造成信號間的相位變化，也會增大線路上的信號衰減，這個結(jié)構(gòu)稱之為非屏蔽結(jié)構(gòu)(UTP)。4對平衡雙絞線中，每對線的絞距不同，線纜尾端使用模塊化的連接件，形成連接件和接插件之間的相連，相互連接區(qū)內(nèi)形成導(dǎo)體之間進行的平衡結(jié)構(gòu)，即為六類系統(tǒng)的鏈路。在鏈路內(nèi)產(chǎn)生了在平衡線路中所發(fā)生的信號干擾現(xiàn)象，即為串?dāng)_，解決串?dāng)_問題是進行高速通信用連接件制造的核心技術(shù)。
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在接觸端子之間產(chǎn)生接觸損失會導(dǎo)致衰減、反射損失等現(xiàn)象，這種損失在高速信號傳輸時，會產(chǎn)生障礙和故障，解決這類問題是進行高速通信用連接件制造的核心技術(shù)。在模塊與插頭的連接線路中，插頭內(nèi)的每對連接端子是平衡線路，平衡線路中導(dǎo)體會產(chǎn)生信號外漏及阻抗損耗，阻礙通信的大因素就是信號外漏。可通過研究E場和H場解決此類問題或從研究反向衰減的方法中尋找解決方案，這是高速通信用連接件制造的核心技術(shù)。E場和H場平衡線路上所發(fā)生的信號干擾，即電磁場干擾，可通過E場和H場的分布進行描述。



電子通信線路測試的主要參數(shù)是掃頻下進行的相關(guān)測量，在這個頻率信號上附加語音或數(shù)據(jù)包進行傳輸，傳輸速度越高頻率越快。用信號外漏的解決方法來解釋產(chǎn)生問題的插座信號外漏現(xiàn)象，基本的方法是根據(jù)電感和電容所發(fā)生的信號外漏仿真圖，在信號集中區(qū)域收集信號并進行返送。在設(shè)計中，耦合電容的設(shè)計是關(guān)鍵參數(shù)，與耦合線路的長度、線間距離、寬度、補償線路布置等有關(guān)?？紤]到六類系統(tǒng)采用4對線同時傳輸信號，必然會對其產(chǎn)生綜合遠端串繞，可通過分析，進行計算機仿真，設(shè)計出補償線路。國內(nèi)同行一般進行的六類模塊試制過程主要是在確定主干回路后，在設(shè)計出補償回路，進行大量的方案設(shè)計和樣品制作，在補償線路、PCB層間結(jié)構(gòu)基本確定后，后續(xù)工作主要是通過工藝改進，從而提。

FPC柔性電路板基礎(chǔ)知識

柔性電路板（Flexible Printed Circuit 簡稱FPC）是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成的一種具有高度可靠性，的可撓性印刷電路板。具有配線密度高、重量輕、厚度薄、彎折性好的特點。

柔性電路板（FlexiblePrintedCircuit，F(xiàn)PC），又稱軟性電路板、撓性電路板，其以質(zhì)量輕、厚度薄、可自由彎曲折疊等優(yōu)良特性而備受青睞…，但國內(nèi)有關(guān)FPC的質(zhì)量檢測還主要依靠人工目測，成本高且效率低。而隨著電子產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，電路板設(shè)計越來越趨于、高密度化，傳統(tǒng)的人工檢測方法已無法滿足生產(chǎn)需求，F(xiàn)PC缺陷自動化檢測成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展必然趨勢。

柔性電路（FPC）是上世紀(jì)70年代美國為發(fā)展航天火箭技術(shù)發(fā)展而來的技術(shù)，是以聚脂薄膜或聚酰亞胺為基材制成的一種具有高度可靠性，曲撓性的印刷電路，通過在可彎曲的輕薄塑料片上，嵌入電路設(shè)計，使在窄小和有限空間中堆嵌大量精密元件，從而形成可彎曲的撓性電路。此種電路可隨意彎曲、折迭重量輕，體積小，散熱性好，安裝方便，沖破了傳統(tǒng)的互連技術(shù)。在柔性電路的結(jié)構(gòu)中，組成的材料是是絕緣薄膜、導(dǎo)體和粘接劑。

組成材料

1、絕緣薄膜

絕緣薄膜形成了電路的基礎(chǔ)層，粘接劑將銅箔粘接至了絕緣層上。在多層設(shè)計中，它再與內(nèi)層粘接在一起。它們也被用作防護性覆蓋，以使電路與灰塵和潮濕相隔絕，并且能夠降低在撓曲期間的應(yīng)力，銅箔形成了導(dǎo)電層。

在一些柔性電路中，采用了由鋁材或者不銹鋼所形成的剛性構(gòu)件，它們能夠提供尺寸的穩(wěn)定性，為元器件和導(dǎo)線的安置提供了物理支撐，以及應(yīng)力的釋放。粘接劑將剛性構(gòu)件和柔性電路粘接在了一起。另外還有一種材料有時也被應(yīng)用于柔性電路之中，它就是粘接層片，它是在絕緣薄膜的兩側(cè)面上涂覆有粘接劑而形成。粘接層片提供了環(huán)境防護和電子絕緣功能，并且能夠消除一層薄膜，以及具有粘接層數(shù)較少的多層的能力。

絕緣薄膜材料有許多種類，但是為常用的是聚酷亞胺和聚酯材料。目前在美國所有柔性電路制造商中接近80%使用聚酰亞胺薄膜材料，另外約20%采用了聚酯薄膜材料。聚酰亞胺材料具有非易燃性，幾何尺寸穩(wěn)定，具有較高的抗扯強度，并且具有承受焊接溫度的能力，聚酯，也稱為聚乙烯雙苯二甲酸鹽（Polyethyleneterephthalate簡稱：PET），其物理性能類似于聚酰亞胺，具有較低的介電常數(shù)，吸收的潮濕很小，但是不耐高溫。

聚酯的熔化點為250℃，玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）為80℃，這限制了它們在要求進行大量端部焊接的應(yīng)用場合的使用。在低溫應(yīng)用場合，它們呈現(xiàn)出剛性。盡管如此，它們還是適合于使用在諸如電話和其它無需暴露在惡劣環(huán)境中使用的產(chǎn)品上。聚酰亞胺絕緣薄膜通常與聚酰亞胺或者丙烯酸粘接劑相結(jié)合，聚酯絕緣材料一般是與聚酯粘接劑相結(jié)合。與具有相同特性的材料相結(jié)合的優(yōu)點，在干焊接好了以后，或者經(jīng)多次層壓循環(huán)操作以后，能夠具有尺寸的穩(wěn)定性。在粘接劑中其它的重要特性是較低的介電常數(shù)、較高的絕緣阻值、高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度和低的吸潮率。

2、導(dǎo)體

銅箔適合于使用在柔性電路之中，它可以采用電淀積（Electrodeposited簡稱：ED），或者鍍制。采用電淀積的銅箔一側(cè)表面具有光澤，而另一側(cè)被加工的表面暗淡無光澤。它是具有柔順性的材料，可以被制成許多種厚度和寬度，ED銅箔的無光澤一側(cè)，常常經(jīng)特別處理后改善其粘接能力。鍛制銅箔除了具有柔韌性以外，還具有硬質(zhì)平滑的特點，它適合于應(yīng)用在要求動態(tài)撓曲的場合之中。

3、粘接劑

粘接劑除了用于將絕緣薄膜粘接至導(dǎo)電材料上以外，它也可用作覆蓋層，作為防護性涂覆，以及覆蓋性涂覆。兩者之間的主要差異在于所使用的應(yīng)用方式，覆蓋層粘接覆蓋絕緣薄膜是為了形成疊層構(gòu)造的電路。粘接劑的覆蓋涂覆所采用的篩網(wǎng)印刷技術(shù)。不是所有的疊層結(jié)構(gòu)均包含粘接劑，沒有粘接劑的疊層形成了更薄的電路和更大的柔順性。它與采用粘接劑為基礎(chǔ)的疊層構(gòu)造相比較，具有更佳的導(dǎo)熱率。由于無粘接劑柔性電路的薄型結(jié)構(gòu)特點，以及由于消除了粘接劑的熱阻，從而提高了導(dǎo)熱率，它可以使用在基于粘接劑疊層結(jié)構(gòu)的柔性電路無法使用的工作環(huán)境之中。

產(chǎn)前處理

在生產(chǎn)過程中，為了防止開短路過多而引起良率過低或減少鉆孔、壓延、切割等粗工藝問題而導(dǎo)致的FPC板報廢、補料的問題，及評估如何選材方能達到客戶使用的佳效果的柔性線路板，產(chǎn)前預(yù)處理顯得尤其重要。

產(chǎn)前預(yù)處理，需要處理的有三個方面，這三個方面都是由工程師完成。是FPC板工程評估，主要是評估客戶的FPC板是否能生產(chǎn)，公司的生產(chǎn)能力是否能滿足客戶的制板要求以及單位成本；如果工程評估通過，接下來則需要馬上備料，滿足各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的原材料供給，后，工程師對：客戶的CAD結(jié)構(gòu)圖、gerber線路資料等工程文件進行處理，以適合生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)環(huán)境與生產(chǎn)規(guī)格，然后將生產(chǎn)圖紙及MI（工程流程卡）等資料下放給生產(chǎn)部及文控、采購等各個部門，進入常規(guī)生產(chǎn)流程。

生產(chǎn)流程

雙面板制

開料→ 鉆孔→ PTH → 電鍍→ 前處理→ 貼干膜 → 對位→曝光→ 顯影 → 圖形電鍍 → 脫膜 → 前處理→ 貼干膜 →對位曝光→ 顯影 →蝕刻 → 脫膜→ 表面處理 → 貼覆蓋膜 → 壓制 → 固化→ 沉鎳金→ 印字符→ 剪切→ 電測 → 沖切→ 終檢→包裝 → 出貨

單面板制

開料→ 鉆孔→貼干膜 → 對位→曝光→ 顯影 →蝕刻 → 脫膜→ 表面處理 → 貼覆蓋膜 → 壓制 → 固化→表面處理→沉鎳金→ 印字符→ 剪切→ 電測 → 沖切→ 終檢→包裝 → 出貨

特性

1、短：組裝工時短

所有線路都配置完成。省去多余排線的連接工作

2、?。后w積比PCB小

可以有效降低產(chǎn)品體積。增加攜帶上的便利性

3、輕：重量比 PCB （硬板）輕

可以減少終產(chǎn)品的重量

4、薄：厚度比PCB薄

可以提高柔軟度。加強再有限空間內(nèi)作三度空間的組裝

銅箔基板（Copper Film）

銅箔：基本分成電解銅與壓延銅兩種。 厚度上常見的為1oz 1/2oz 和 1/3 oz

基板膠片：常見的厚度有1mil與1/2mil兩種。

膠（接著劑）：厚度依客戶要求而決定。

覆蓋膜保護膠片（Cover Film）

覆蓋膜保護膠片：表面絕緣用。 常見的厚度有1mil與1/2mil.

膠（接著劑）：厚度依客戶要求而決定。

離形紙：避免接著劑在壓著前沾附異物；便于作業(yè)。

補強板（PI Stiffener Film）

補強板： 補強FPC的機械強度，方便表面實裝作業(yè)。常見的厚度有3mil到9mil.

膠（接著劑）：厚度依客戶要求而決定。

離形紙：避免接著劑在壓著前沾附異物。

EMI：電磁屏蔽膜，保護線路板內(nèi)線路不受外界（強電磁區(qū)或易受干擾區(qū)）干擾。

優(yōu)缺點

多層線路板的優(yōu)點：組裝密度高、體積小、質(zhì)量輕，因為高密度裝配、部件（包括零部件）間的連線減少，從而增加了可靠性；能增加接線層，然后增加設(shè)計彈性；也可以構(gòu)成電路的阻抗，可形成具有一定的高速傳輸電路，可以設(shè)定電路、電磁屏蔽層，還可安裝金屬芯層滿足特殊熱隔熱等功能與需求；安裝方便、可靠性高。

多層pcb板的缺點（不合格）：成本高、周期長；需要高可靠性檢驗方法。多層印制電路是電子技術(shù)、多功能、高速度、小體積大容量方向的產(chǎn)物。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，多層印制電路密度較高的快速、、高數(shù)改變方向出現(xiàn)細(xì)紋。

在高速PCB設(shè)計時，設(shè)計者應(yīng)該從那些方面去考慮EMC、EMI的規(guī)則呢？



一般EMI/EMC設(shè)計時需要同時考慮輻射(radiated)與傳導(dǎo)(conducted)兩個方面。前者歸屬于頻率較高的部分(>30MHz)后者則是較低頻的部分(<30MHz)。所以不能只注意高頻而忽略低頻的部分。

一個好的EMI/EMC設(shè)計一開始布局時就要考慮到器件的位置，PCB疊層的安排，重要聯(lián)機的走法，器件的選擇等，如果這些沒有事前有較佳的安排，事后解決則會事倍功半，增加成本。

例如時鐘產(chǎn)生器的位置盡量不要靠近對外的連接器，高速信號盡量走內(nèi)層并注意特性阻抗匹配與參考層的連續(xù)以減少反射，器件所推的信號之斜率(slewrate)盡量小以減低高頻成分，選擇去耦合(decoupling/bypass)電容時注意其頻率響應(yīng)是否符合需求以降低電源層噪聲。

另外，注意高頻信號電流之回流路徑使其回路面積盡量小(也就是回路阻抗loopimpedance盡量小)以減少輻射。還可以用分割地層的方式以控制高頻噪聲的范圍。

適當(dāng)?shù)倪x擇PCB與外殼的接地點(chassisground)。