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      電路板的尺寸規劃與控制

        多層電路板是由介電層及線路所構成的結構性元件,而線路配置在介電材料的表面及內部。在從事設計工作時必須要有共通的尺寸規劃準則,否則無法使市面上的多數電子元件達成共通性,這樣的配線設計規則就是電路板的設計準則(DesignRule)。

        1格點(Grid)

        因為電路板上所有的元件位置都是相對坐標關系,在原始的電路板線路配置想法,是以設想的格線在電路板平面上分配區塊。由于電路板是先由歐美國家主導,因此早期的規格是以1/10英吋為一格的尺寸,而公制單位則以2.5mm為一格,以英制而肓相當于lOOmil。以此為基礎,對不同的間距再作細分,作出孔與銅墊的位置配置,這是傳統的通孔元件設計原則。但在表面組裝方式(SMT-SurfaceMountTechnology)風行后,還將孔配置在格點上已是不切實際的做法。設計上雖然有格點存在,但實際設計幾忽已不受格點的限制,孔愈來愈以導通為目的,至于盲、埋孔更與格點無關。

        這樣的變化影響最大的部分是電氣測試,由于傳統的電子元件接點是以格點為設計基礎,因此不論鉆孔或焊接點的設計都是以格點為基礎。因此遵循格點設計的電路板都可以使用所謂的泛用治具(UniversalTool)進行電氣測試,但是格點原則被破壞后測試必須走向更密的接點形式,因此小量產品開始使用所謂的飛針設備(FlyingProbe)測試,而大量生產則使用專用治具(DedicateTool)測試。

        2線寬間距

        細線設計成為高密度電路板發展的必然趨勢,但細線的設計必須考慮細線路的電阻變化、特性阻抗變化等影響因素。線路間距的大小受制于介電材料的絕緣性,以有機材料而言約可選取4mil為目標值。由于產品需求及制程技術的進展,間距約2mil甚至更小的產品也進入了實際應用。面對半導體封裝板的進一步壓縮線路間距,如何保持應有的絕緣性就成為必須努力的課題,幸好多數的高密度封裝板操作電壓也相對降低,這是值得慶幸的。

        3微孔直徑與銅墊直徑尺寸

        表1所示,為現行電路板規格水平。銅墊直徑一般都設計為孔徑的2.5?3倍之間,在電路板以表面黏著為主的設計時,電鍍孔除用于層間連接外仍有部分用于插件功能。

        表內的結構有通孔及盲埋孔,埋在板內的孔被某些人稱為交錯孔IVH(InterstitialViaHole)。它是將有鍍通孔的內層板繼續壓合后,構成微孔層間連接的電路板,這些微孔的制作以小直徑設計才能發揮節省空間的功能。一般機械鉆孔,以制作大于8mil的孔徑較經濟,雖然現在有號稱可以制作<4mil的產品,但成本過高并不實際。

        受到機械孔徑及生產速率的限制,使用增層法的電路板不但表面孔會使用微孔技術,對內藏的通孔而言也會設計較小來提升密度??讖娇s小使線路配置的自由度大增,高密度增層電路板因而得以普及。

        表1所示為現行電路板規格水平

        4層間構造

        多層電路板的層數設計,主要決定于可容許的配線密度。以往電路板以四層板居多,主要是源自于信號線需要電磁遮蔽之故,并非來自于繞線密度需求。由于電子元件的復雜度提高,原本的繞線密度及層次設計已無法滿足需求,因此層次才逐步提升。但由于增加層數會增加制作成本,在初期設計時又想要盡力降低層數。因此,使用較多微孔、細線,仍可在有限的層數下達成元。件連結。即便是如此,隨半導體元件的進步神速電路板整體層數仍在逐步攀升。

        在線路構造方面,由于電子產品的整體功率不斷提高、傳輸速率也不斷增加,因此在空間有限又要保持導體截面積的狀況下,不少的設計會要求較高的線路厚度但又要做較細的線路。對于層間介電層厚度控制及其容許誤差等也有較嚴苛的限制,因此內層基材及膠片的配置就會變得十分重要。一般電路板的壓合結構都會探用對稱設計,這是為了降低應力不均所作的考慮。圖1所示為典型的多層板結構。

        圖1所示為典型的多層板結構

        對電氣特性要求嚴格的產品,正確整合特性阻抗、電源與接地層的層間厚度容許公差都會變得更嚴苛。因此不少的制作程序是將關鍵的厚度層次以基材先作出來,而較不重要的層次則交給膠片來完成,因為基材事先已硬化可以用篩選的方式挑選合于規格的基材制作,因此可以提升良率及電氣表現。

        在設計高密度增層電路板時,要依據繞線密度決定線路層數,而以電氣特性決定布線方式、層間厚度、線路寬度厚度。為防止板彎板翹,盡量探用對稱壓合設計。一般高密度增層板的電源及接地層多數會設在內層硬板上,信號層則以增層線路制作以整合阻抗特性,但對更高層次的產品則未必遵循此規則。

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