PCB设计交叉影線(xiàn)平面的历史和使用(yòng)

2020-10-19

PCB平面的交叉影線(xiàn)是指一种方法，其中PCB内某些平面或其他(tā)较大面积的铜表现為(wèi)铜的晶格。规则的开孔以固定的间隔放置，就像出现在纱门中的开孔一样。如今，在刚性PCB上很(hěn)少需要对剖面線(xiàn)进行划格，但是在可(kě)提供许多(duō)好处的Flex和刚性-Flex实施中使用(yòng)它们。那么什么时候才适合使用(yòng)阴影線(xiàn)，特别是阴影線(xiàn)或阴影線(xiàn)阴影區(qū)域？

尽管在刚性PCB中不再那么有(yǒu)用(yòng)，但它们在柔性/刚性-柔性PCB中已变得非常重要，在柔性/刚性-柔性PCB中，阴影線(xiàn)接地图案在结构支撑和接地元件中起着双重作用(yòng)。本文(wén)将介绍交叉影線(xiàn)平面的历史，其制作方法，它们最初用(yòng)于刚性PCB的原因以及它们在柔性和刚性-柔性板上的持续作用(yòng)和今天的优势。

舱口地面的定义和历史

如上所述，舱口接地平面是铜的网格结构，在规则的间隔处具有(yǒu)规则的开口。创建交叉影線(xiàn)平面的实际过程发生在CAD或CAM系统中，其中要影線(xiàn)的區(qū)域是由一系列规则间隔的直線(xiàn)填充的區(qū)域，就像信号层中绘制的迹線(xiàn)一样。然后，该區(qū)域将边缘连接形成交叉影線(xiàn)的细線(xiàn)边缘。对该交叉影線(xiàn)进行的连接（例如電(diàn)源或接地）与在实體(tǐ)平面中进行连接的方式相同。

在多(duō)层PCB制造过程的早期，内层处理(lǐ)的最后步骤涉及使铜表面粗糙化，以使它们在层压过程中紧密粘附在预浸料系统中的树脂上。此步骤之所以必要，是因為(wèi)从DES（显影，蚀刻和剥离）工艺中出来的铜表面非常光滑。实际上，它们是如此光滑，以至于很(hěn)难在用(yòng)于层压PCB的树脂和铜之间建立牢固的结合。结果，如果不对铜表面进行粗糙化处理(lǐ)，则会在层压板和PCB的实心铜平面之间发生分(fēn)层。相同的问题发生在外层上的组件安装焊盘上，导致在返工期间在焊接时焊盘从PCB上松脱。

注意：制造层压制品时，也存在相同的粘合问题。在层压板制造过程中，使用(yòng)与制造PCB相同的树脂。此处，将树脂浸渍的玻璃布与在每一面粘合的一块铜箔结合在一起，以形成层压板。在这种情况下，作為(wèi)形成箔的電(diàn)镀过程的一部分(fēn)，粘合到树脂上的铜箔表面会进行粗糙的表面处理(lǐ)。

在刚性PCB中实施

為(wèi)了解决上述在刚性多(duō)层PCB上的铜粘附问题，创建了交叉影線(xiàn)。实际过程涉及在铜平面上创建小(xiǎo)孔，以便树脂将通过铜与层压板粘合，而不是试图直接在树脂和铜之间强制粘合。只要与层压板的粘结足够牢固并在整个板上分(fēn)布，就可(kě)以对板进行足够的研究以抵抗分(fēn)层。

这基本上解决了分(fēn)层问题，但由于必须创建复杂的CAD文(wén)件，因此提出了昂贵的建议。就像今天深受喜爱的Gerbers一样，这些文(wén)件用(yòng)于描述图层并绘制对这些图层进行成像所需的胶片。在这段时间里，CAD工具遠(yuǎn)不如今天强大，并且设计人员无法通过单击几下按钮简单地导出这些文(wén)件。

在1980年代后期，开发了一种新(xīn)的工艺来解决上述粘附问题，因此不再需要在硬质PCB上使用(yòng)交叉阴影線(xiàn)的平面。此过程通过两种方法之一完成。一种称為(wèi)氧化黑处理(lǐ)，另一种称為(wèi)替代氧化或棕色氧化。在此步骤之后，内层铜的外观在采用(yòng)黑色氧化物(wù)方法后為(wèi)哑黑色或在采用(yòng)替代氧化物(wù)方法后為(wèi)棕色。具有(yǒu)黑色氧化物(wù)的内层如图1所示。

图1.蚀刻和涂覆黑色氧化物(wù)后的内层对。

这两种方法都对铜进行微蚀刻，以使铜足够粗糙以与预浸料中的树脂结合。本质上，它们提供了树脂可(kě)以粘结的“牙齿”。在蚀刻之后且在层压之前对所有(yǒu)内层进行处理(lǐ)。结果是预浸料树脂与PCB中铜层之间的牢固结合。

注意：由于PCB迹線(xiàn)中趋肤效应损耗的增加，对于高速信号，铜粗糙度经常被讨论為(wèi)问题。為(wèi)了降低铜走線(xiàn)表面的粗糙度，使用(yòng)了不增加表面粗糙度的替代性表面处理(lǐ)方法，例如Atotech Bondfilm。

如今，很(hěn)少在刚性PCB上使用(yòng)交叉阴影線(xiàn)。实际上，如果制造商(shāng)或其他(tā)来源要求将交叉影線(xiàn)应用(yòng)于内层平面或外层的铜填充物(wù)，则有(yǒu)两件事在起作用(yòng)：

加工者或其他(tā)来源正在使用(yòng)非常古老且过时的规则进行操作。

制造商(shāng)没有(yǒu)足够的过程控制，应避免作為(wèi)電(diàn)路板制造商(shāng)。

柔性和刚性柔性電(diàn)路中的交叉影線(xiàn)

尽管如今在硬质PCB中很(hěn)少使用(yòng)交叉影線(xiàn)，但对于挠性電(diàn)路和刚挠性電(diàn)路，它都具有(yǒu)实际应用(yòng)。这些应用(yòng)分(fēn)為(wèi)柔性和刚性-柔性電(diàn)路两个领域：

柔性區(qū)域中的受控阻抗： 使用(yòng)舱口接地是一种為(wèi)高速数字板提供受控阻抗布線(xiàn)所需的参考平面的好方法。舱口盖提供了更宽，更可(kě)制造的尺寸，同时保留了電(diàn)路和组件的灵活性。应当注意，交叉影線(xiàn)减少了传输線(xiàn)下的铜量，从而减小(xiǎo)了電(diàn)容并提高了其阻抗。

挠性區(qū)域的结构支撑： 使用(yòng)舱口地面可(kě)提供动态或静态挠性带所需的结构支撑，而不会增加铜层的刚性。在两侧柔性電(diàn)路上。该层仍可(kě)用(yòng)于受控的阻抗布線(xiàn)，从而产生不希望的刚度，也可(kě)以使带永久变形。

為(wèi)了计算导致正确阻抗的走線(xiàn)宽度，有(yǒu)必要使用(yòng)一种建模工具来考虑交叉影線(xiàn)平面中缺失的铜。因為(wèi)阴影線(xiàn)接地區(qū)域上给定走線(xiàn)的阻抗高于实心接地區(qū)域上的阻抗，所以需要降低走線(xiàn)的電(diàn)感以保持受控阻抗。因此，我们希望使走線(xiàn)稍微宽一些，因為(wèi)这将减小(xiǎo)走線(xiàn)的電(diàn)感并增加相对于舱口接地的总電(diàn)容。两种效果都会有(yǒu)助于将阻抗设置為(wèi)正确的值。