多基板电气设计与机械设计性能因素

　　一、电气设计因素

　　多基板是高性能、高速度的系统。对于较高的频率，信号的上升时间减少，因而信号反射和线长的控制变得至关重要。多基板系统中，对于电子元器件可控阻抗性能的要求很严格，设计要满足以上要求。决定阻抗的因素是基板和预浸材料的介电常数、同一层面上的导线间距、层间介质厚度和铜导体厚度。在高速应用中，多基板中导体的层压顺序和信号网的连接顺序也是至关重要的。介电常数：基板材料的介电常数是确定阻抗、传播延迟和电容的重要因素。使用环氧玻璃的基板和预浸材料的介电常数可通过改变树脂含量的百分比进行控制。

　　环氧树脂的介电常数为3.45 ，玻璃的介电常数为6.2。通过控制这些材料的百分率，环氧玻璃的介电常数可能达到4.2 - 5.3 。基板的厚度对于确定和控制介电常数就是一个很好的说明。

　　介电常数相对较低的预浸材料适合应用于射频和微波电路中。在射频和微波频率中，较低的介电常数造成的信号延迟较低。在基板中，低损耗因素可使电损失达到最小。

预浸材料ROR 4403 是ROGERS 公司生产的一种新型材料。这种材料和在标准多基板（ FR -4材料）结构中使用的其他基板（例如，微波板使用的RO 4003 或RO 4350） 相互兼容。

 

　　二、机械设计因素

　　机械设计包括选择合适的板尺寸、板的厚度、板的层叠、内层铜筒、纵横比等。

　　1 板尺寸

　　板尺寸应根据应用需求、系统箱尺寸、电路板制造者的局限性和制造能力进行最优化选择。大电路板有许多优点，例如较少的基板、许多元器件之间较短的电路路径，这样就可以有更高的操作速度，井且每块板子可以具有更多的输入输出连接，所以在许多应用中应首选大电路板，例如在个人计算机中，看到的都是较大的母板。然而，设计大板子上的信号线布局是比较困难的，需要更多的信号层或内部连线或空间，热处理的难度也较大。因此，设计者一定要考虑各种因素，例如标准板尺寸、制作设备的尺寸和制作过程的局限性。在1PC-D-322 中给出了关于选择标准的印制电路/板尺寸的一些指导原则。

　　2 板厚度

　　多基板的厚度是由多种因素决定的，例如信号层的数目、电源板的数量和厚度、优质打孔和电镀所需的孔径和厚度的纵横比、自动插入需要的元器件引脚长度和使用的连接类型。整个电路板的厚度由板子两面的导电层、铜层、基板厚度和预浸材料厚度组成。在合成的多基板上获得严格的公差是困难的，大约10% 的公差标准被认为是合理的。

　　3 板的层叠

　　为了将板子扭曲的几率减到最小，得到平坦的完成板，多基板的分层应保持对称。即具有偶数铜层，并确保铜的厚度和板层的铜箔图形密度对称。通常层压桓使用的构造材料的径向（例如，玻璃纤维布）应该与层压板的边平行。因为粘接后层压板沿径向收缩，这会使电路板的布局发生扭曲，表现出易变的和低的空间稳定性。

　　然而，通过改善设计可以使多基板的翘曲和扭曲达到最小。通过整个层面上铜箔的平均分布和确保多基板的结构对称，也就是保证预浸材料相同的分布和厚度，可达到减小翘曲和扭曲的目的。铜和碾压层应该从多基板的中心层开始制作，直到最外面的两层。规定在两个铜层之间的最小的距离（电介质厚度）是0.080mm 。

　　由经验可知，两个铜层之间的最小距离，也就是粘接之后预浸材料的最小厚度必须至少是被嵌入的铜层厚度的两倍。换一句话说，两个邻近的铜层，如果每一层厚度是30μm ，则预浸材料的厚度至少是2 （2 x 30μm） =120μm ，这可通过使用两层预浸材料实现（玻璃纤维织布的典型值是1080） 。

　　4 内层铜箔

　　最常使用的铜箔是1oz （每平方英尺表面区域的铜箔为1oz） 。然而，对于密集的板子，其厚度是极其重要的，需要严格的阻抗控制，这种板子需要使用

　　0.50z 的铜箔。对于电源层和接地层，最好选用2oz 或更重一点的铜箔。然而，蚀刻较重的铜箔会导致可控性降低，不容易实现所期望的线宽和间距公差的图样。因而，需要特殊的处理技术。

　　5 孔

　　根据元器件引脚直径或对角线的尺寸，镀通孔的直径通常保持在0.028 0.010in之间，这样可以确保足够的体积，以便进行更好的焊接。

　　6 纵横比

　　"纵横比"是板的厚度与钻孔直径的比值。一般认为3: 1 是标准的纵横比，虽然像5: 1 的高纵横比也是常用的。纵横比可通过钻孔、除胶渣或回蚀和电镀等因素确定。当在可生产的范围内保持纵横比时，过孔要尽可能的小。