[精品]2.2电路设计和布图规则

不被广泛使用原因： 工作过程会产生尘雾，污染环境； 由于颗粒的运动，会产生静电放电； 很难在净化车间内进行操作（ 100级到10级） 会在电阻上留下暴露的边缘，易受环境影响 由于受到喷嘴最小孔径的限制，调整切口宽度 很难小于0.002—0.003in。 调整速度低于激光调整。
喷砂微调可用下述两种方法之一增加阻值： a. 如激光调阻一样，去掉材料形成切口。这样增加电 阻方数，从而增加阻值。 b. 减小电阻器的厚度。减薄膜的厚度增加了面电阻率， 这样也就增加了阻值。
吃进尺寸：受每个激光脉冲攻击的材料的量 刀口宽度：切割的外宽
激光调整系统分类
第一类：双电阻探针系统。激光束位置固定，
基片可在X轴和Y轴两个方向上运动。 第二类：基片固定，激光束在固定的基片上 扫过，且具有多探针。
混合微电路激光微调系统如下图所示，微调过程是全自 动化的，激光束和X-Y工作台由微机控制，系统还装有 TV摄像机以监视微调过程。
最终电路原理图：在此阶段必须考虑元器件定义的问题，
其中包括元器件的性能规范和对于不同组装工艺的封装兼 容性。
工艺过程定义：在这个设计阶段，确定使用厚膜工艺还
是薄膜工艺制造电路中的无源元件。
设计评审：在这个阶段应当选定外贴元器件，确定厚膜
或薄膜工艺过程，对所选择的工艺的可生产性进行评估。
厚膜电路设计要点
1、切实掌握设计依据
电路的设计依据是供需双方签订的合同或电子系统对电路提出的
最基本的设计要求；有参数指标、质量等级、考核标准和其它的附加条 件。可参照下列条件：
① 电性能指标；② 系统研制提供的电源种类及数量；③ 输入信
号的波形、频率、电平；④ 应输出信号的波形、频率、功率及参数要 求；⑤ 输出负载形式；⑥ 所允许的最大功耗；⑦ 产品工作环境条件 ⑧ 可靠性、先进性及经济性。⑨ 产品结构、外形尺寸和重量⑩ 产品 封装形式及气密性要求。
b. 四探针法 两支探针用来将电流注入到测量环路中，另两支探针 放在接近电阻端头处并联数字电压表。
优点：作为误差项的探针电阻和探针接触电阻消失了， 因为数字电压表是高阻抗仪表，不干扰电流在回路中的 流动，引入的误差仅是端头电阻。 缺点：使用两倍数量的探针，设计时，须为这些额外探 针留有足够的空间。
二、一般导线及焊盘布线 1.印刷板导线的最小宽度主要由导线与绝缘基 板的粘附强度和流过它们的电流值决定。 2．印刷导线拐弯处一般取圆弧，而直角或夹角 在高频电路中会影响电气性能。 3.尽量避免使用大面积铜箔，否则，长时间受 热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。 4.焊盘中心也要比器件引线直径稍大一些。焊 盘太大易形成虚焊。
3.2 封装结构设计 ：按照环境、尺寸、重量、功耗、气密性及引出端数目 选择合适的封装形式和外壳结构。尽量选用标准外壳。必须重新设计时 选用的材料、镀层、引出端及封装边缘距离必须满足附录规定。
3.3 组装工艺设计：根据对产品的力学环境、热学环境及电性能要求选择 芯片装贴、无源器件装贴、基片装贴、互连工艺和封装工艺确定产品工 艺基线 。 3.4、版图平面设计：版图平面设计的主要依据是最终线路图，已选定的封 装结构，组装工艺及工艺基线提供的工艺参数。
因此，电阻器的面积(lw)
lw P / p0
(7)
解式(6),(7)构成的方程组，可以得到满足阻值和额定功 率要求的直线状电阻器的宽度w和长度l
P R P w p0 R Np0 R lw Nw R
(8)
当N<1时，一般不用上式，而改用：
P R PN l p0 R p0 R l wl R N
计的因素。技术规范应包括环境条件(如温度和湿度)、系 统尺寸、质量、每个元器件的消耗功率、可靠性及信号源。 此外，还应当给出材料总成本和人工成本。
电路要求：根据系统所要达到的目的，所选电路的形式、
配合和功能是这个阶段的基本考虑因素。
搭建实验板：用实验板的形式来演示电路功能，以便确定
影响最终基片布图电性能的一些限制条件。
基片布图：此阶段需将模块的尺寸、引出脚、性能和可
测试性要求与已建立的设计规则的要求统一起来
制作电路原型 生产工艺总结
PCB抗干扰设计的布线技巧
一、元器件布线 1．尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法 减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。 输入和输出元件应远离。输入输出端用的导 线应尽量避免相邻平行，最好加上线间地线， 以免发生反馈耦合。 2．某些元器件或导线之间可能有较高的电 位差，应加大它们之间的距离，以免放电引 起意外短路。
2.2 电路设计和布图规则
混合微电路是一ห้องสมุดไป่ตู้高集成度的电路封装形式。
在混合电路设计中最重要的是在电路成本和电 路性能间的平衡折中。
1 in=25.4 mm
混合电路的优良设计结果依赖于三个要素： 1) 能够实现它被设计时所有预期的功能； 2) 能够在系统的使用周期内无间断地完成这些 功能； 3) 能够经济地加工生产。
激光修调系统具有多种修调功能，可以修调
混合集成电路、厚薄膜电阻器网络、电容网 络、瓷基薄膜集成元件，还可以修调D/A和 A/D转换器的精度，V/F转换器的频率，有源 滤波器的零点频率及运算放大器的失调电压 等。同时还具有IEEE488接口，可与其他测 试设备进行数据传输。
激光调阻时，被切割的电阻体图形主要有以下几种：
工作原理：激光束通过一系列的透镜和反射镜整形 聚焦，最终撞击电阻材料，于是，材料吸收能量 被加热，多数材料被气化，一些被熔化后再凝固， 其余的作为颗粒被弹出。
注意：控制激光束的功率，切口必须清洁、边缘整齐
为了产生稳定的电阻值，需使用高峰值功率的短脉冲。高峰值功率 能使材料迅速挥发，而将边界区域的热流量减至最小；短脉冲能使 刀口细腻。
B. 喷砂调阻
工艺原理：在喷砂调阻中，细粒的砂在 高压下以高速通过小的喷嘴，喷到待调 的无源电路元件中，砂子摩擦并移去不 需要的电阻材料，使电路元件的尺寸发 生改变，从而使量值发生相应的改变， 直到达到所需要的阻值。 优点：材料中没有应力或机械微裂产生。 主要缺点：产生电阻碎屑会成为混合电路 里潜在的玷污源。 注意：从电路元件上去除的材料的数量由 气体压力喷嘴结构、材料的硬度和厚度 来决定。
激光调整大量生产的有效性受到以下几个因素 影响： 待调材料的种类（厚/薄膜） 电路的几何形状，包括电路元件的数量、尺 寸和布图 激光的类型和工作模式 调整速度
激光调整的噪声越大就意味着稳定性越差。
激光的类型 受激准分子激光器（氟化氪和氟化氩） 气体激光器，射出的脉冲位于UV频段 一次钻多个孔 二氧化碳激光器 缺点：孔的尺寸受限，钻不透铜,一次钻一个 孔 YGA激光器---工作在红外频段。 虽能钻透铜，但很难钻出直径小于10um的孔， 一次钻一个孔 P227 表9.3
(9)
长宽比：由于印刷工艺上的限制和厚膜电阻浆料的流
变性，厚膜电阻器的长宽比最小不得低于1/10，最大 不得高于10，最好在1/3到3之间。
接触电阻：厚膜电阻膜与端头导体在接触处存在着接
触电阻，它是电阻膜与端头导体膜之间因电流收缩效 应形成的接触电阻与二者之间因相互扩散或固相化学 反应所产生的新物质的电阻之和。
电阻的探针测量技术 a. 两探针法 两探针是传统的最简单的测量电阻的方法。它仅包含 两根探针放在待测电阻上进行测量。
此方法会引入由探针电阻、探针接触电阻和端头导体电 阻组成的误差，可高达0.2 ，对1000 的电阻，误 差百分比为0.02%；对于10 的电阻，误差百分比高达 2%，故对低阻或要求高精度的场合，不使用两探针法。
根据以上三点的要求，混合电路在设计中应遵 循特定的设计规则和设计顺序。以下列出一些 设计顺序，它指出了每一阶段的设计特点和应 当考虑的设计参数。在实际操作中，可根据具 体情况适当调整。 设计流程参考图2.17（P52）
2.2.1 混合电路设计元素（设计顺序见表2.2）
系统要求：系统的技术规范将会确定一些影响混合电路设
2.2.3 无源元件的调整
电阻微调方法(薄、厚膜都适用) A. 激光调阻
最广泛使用的激光系统：基于一种掺钕的钇铝石榴石 (YGA)晶体. 特点：较短的红外波长(1.06微米)，切口较小、较窄， 对周围电阻材料及底面介质此材料产生最小的损伤。 因为YGA激光束是不可见的，多数微调系统采 用氦氖激光与YGA结合，发射可见的红色光束，方 便定位。
标准激光微调系统工作流程：
• • • • • • •
探针探测电阻器 数字电压表测量电阻器的阻值 激光被定位在调整的开始点。这点被编程到计算机中 发激光脉冲 电压表再次取读数 计算机将该读数与所要求的读数比较，若在公差范围内则关闭 激光器，否则再发出激光脉冲 重复上一过程，直到电阻器的阻值处于程序中规定的公差内
三、电源线及地线设计
1.根据印刷线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度， 减少环路电阻，同时，使电源线、地线的走向和数 据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。 2. 在小信号电路与大电流电路做在一起的电路中，必 须将GND明显地区分开来。布线方法为将小信号 GND与大电流的GND进行分离，通常使用两根引线 的GND。使大电流不在布线电阻上流动，从而不产 生干扰，如像功率放大级和负载那样，将大电流流 动的部分由电源直接进行布线。还有，将小信号部 分进行汇总，也直接由电源进行布线。如果这样做， 小信号线与大电流线完全分离，再将汇总的小信号 GND与功率放大级的GND相连接。 3.数字地与模拟地分开。
2、严格遵守设计原则
在设计过程必须遵守下列原则和指导思想：
① 设计的先进性和继承性
② 通用化、系列化、标准化 ③ 方案优选、参数优选 ④ 材料、元器件标准选用 ⑤ 工艺的可行性、可生产性 ⑥ 可靠性 ⑦ 性能价格比
3、全程遵循设计程序
3.1 线路设计：方案论证、电路设计、热设计、可靠性设计、电路设计的 正确性验证、电路设计评审、出电原理图等。
图2.2-1接触电 阻测量方法
图2.2-2采用pd-Ag系导体浆料
图2.2-3采用Au导体浆料
同一系列的电阻器，方阻越高，接 触电阻就越大。如果缩短电阻体的 长度，接触电阻在全部阻值中占的 比例就会变大。接触电阻的影响越 显著，实际阻值与标称阻值的差别 就越大，而且电性能变得越坏。
关于接触电阻的几点结论： a.同一系列的电阻器，方阻越高，接触电阻越大。 b.电阻体长度越短，接触电阻在全部阻值中占的比例越大。 c.接触电阻的影响越显著，实际阻值与设计计算的标称阻值之间 的差别就越大，且电性能变得越坏。 d.电阻膜与端头导体之间存在的这种接触电阻，会对电路性能发 生影响，在设计时必须注意：两个电阻器有一个共用端头 导体的情况下，两个电阻器的电阻膜不应连成一体，而应 在共用端头上分开。
（1）单刀切割电阻法 （2）双刀切割电阻法 （3）L型刀口切割电阻法
激光调阻
激光调电阻的原理：为了提高厚膜电路的精度，必
须进行阻值调整。由于厚膜丝网印刷操作固有的不 准确性，基板表面的不均匀及烧结条件的不重复性， 厚膜电阻常出现正负误差，如果阻值超过标称值将 无法修正，但是，一般情况下印刷烧成后阻值低于 目标值的大约30％，所以要通过激光调整达到目标 值。 激光调阻系统修调技术机理：激光修调是把一束聚 焦的相干光在微机的控制下定位到工件上，使工件 待调部分的膜层气化切除以达到规定参数或阻值。 调阻时局部温升使玻璃熔化，气化部分阻值槽边缘 受到玻璃覆盖，可填平基体表面被切割的介质。
3.5、工艺设计评审
3.6、制版 3.7、绘制印刷、激光调阻和元器件组装、互连图及基片尺寸图。
2.2.2 薄厚膜无源元件设计
一、厚膜电阻 1)直线状厚膜电阻
直线状电阻器的长度和宽度之比称为方数，用N表示。 (6)
l RR NR w P :电阻器的额定功率密度，简称功率密度，它表示单
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位面积的电阻体上能够承受的功率，其大小主要与 电阻器的基片材料和电阻材料有关。(如Ta膜电阻材 料和氧化铝陶瓷基片为30 ) mw / mm2