印制電路板的抗干擾設(shè)計分析

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)在輸電時受到換流閥的電磁兼容問題，對電路板的正常穩(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，梳理了印制電路板設(shè)計中的要點，開展了分析工作，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

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，對其的性能要求越來越高。

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，重點在于考察印制電路板電磁兼容性。現(xiàn)階段，針對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、去耦電容設(shè)計等，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)計要點

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需求量大，在市場中占據(jù)主導(dǎo)地位。這種電路板線路較為精密、要求層間對位精度高，相對于傳統(tǒng)電路板，有著更好的電氣性能和更完整的信號完整性，且適合越來越密集的電子封裝工藝。對于該種印制電路板，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，實際中應(yīng)針對不同的介質(zhì)材料采用不同的方法及加工參數(shù)。在印制電路板經(jīng)過鉆孔后，要對孔壁進(jìn)行金屬化，以實現(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)展的一個重要方向，目前最成熟的制作工藝方法為減成法，未來這一技術(shù)的精度將對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，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)計與制作。對于線路制作來說，由于方法較多，為了減少工藝時間、降低成本，同時保證質(zhì)量，可以采取在超薄銅箔的基礎(chǔ)上制作線路的方法，通過控制電鍍的時間來調(diào)節(jié)線路的厚度，制作精細(xì)線路。在曝光工序中，在干膜中的對光敏感的低聚合物會發(fā)生聚合反應(yīng)，在后續(xù)工序中對電路起到保護(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、濕度等對線路制作的影響，對于制作固定線寬或線距的精細(xì)線路有較大的優(yōu)勢。

1.3抗干擾性能測定方法

在印制電路板生產(chǎn)過程中，缺陷是不可避免的，抗干擾性能檢測的目的就是通過對印制電路板性能的分析，間接判別出缺陷位置信息，及時地采取措施。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、線路氧化等幾個方面入手。在印制電路板缺陷檢測中絕大部分運用的是參考法缺陷檢測，它的主要思想是將待測圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對比。例如應(yīng)用全自動曝光機(jī)進(jìn)行拍照，提取計算出圖像的位置差，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判別出來，這在印制電路板的抗干擾測定中較為簡易實用。

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。同時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，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、在高速高頻信號傳輸及阻抗控制中，能夠發(fā)揮其優(yōu)勢。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

印制電路板的抗干擾設(shè)計與具體電路有著密切的關(guān)系。線路設(shè)計應(yīng)掌握電路板整體信息，信號線密集程度、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，信號發(fā)送線和接受線之間，或相同信號間盡可能避免平行走線，如若信號線之間不相容，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

？集成電路電源和地之間的去耦電容有兩個作用：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。為了削弱干擾信號耦合路徑，信號線盡可能短，應(yīng)盡量減小不必要的雜散電容，同時按照一定的順序布置信號線路，將時鐘信號線和敏感信號線放在首位，高速信號線次之，最后是非重要信號線。為了防止信號線之間形成耦合干擾，設(shè)計時應(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。在此過程中應(yīng)注意電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線；焊接時去耦電容的引腳要盡量短，避免過長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：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)計中，要對其其抗干擾能力進(jìn)行優(yōu)化，避免使其降低或失去原有的功能和性能，對生產(chǎn)生活造成影響。印制電路板制造公司眾多，我國在在高端乃至尖端的印制電路板設(shè)計制造上，與國外的技術(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)計提供更充分的研究條件，以實現(xiàn)進(jìn)一步的發(fā)展。

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