印制电路板的抗干扰设计分析

田文绮

摘要：印制电路板，又称为印制线路板，作为电气化工业革命的产物，对电子元器件其支撑和固定作用，是所有电子产品的载体。近几年高压直流技术得到了飞速的发展，传统直流输电系统在输电时受到换流阀的电磁兼容问题，对电路板的正常稳定工作起到影响。因此，提高印制电路板的抗干扰能力对于其电磁兼容性以及整体性能显得尤为重要，本论文基于这些现状，以抗干扰能力为重点，梳理了印制电路板设计中的要点，开展了分析工作，以期提出一些具有一定工程意义的建议和参考：

关键词：印制电路板；抗干扰设计

前言：印制电路板多种多样，种类繁多，覆盖了几乎所有的电子领域。随着电子技术的革新，印制电路板的种类及复杂程度不断增加，对其的性能要求越来越高。

电磁干扰是印制电路板受环境影响较为敏感的环境因素之一，提高印制电路板的抗干扰能力，重点在于考察印制电路板电磁兼容性。现阶段，针对印制电路板的不同类别干扰，即布局类、板层类以及走线类，可采取布局规则、线路设计、去耦电容设计等，以减弱甚至消除印制电路板受到外界干扰的影响。

1.印制电路板设计要点

1.1加工技术选择

印制电路板按结构可分为挠性板、刚性板和刚挠结合板，按层数可以分为单面板、双面板和多层板，按用途又可分为民用、军用等，不同的印制电路板制作工艺不同，加工技术也各不相同。目前，高密度互连印制电路板由于市场需求量大，在市场中占据主导地位。这种电路板线路较为精密、要求层间对位精度高，相对于传统电路板，有着更好的电气性能和更完整的信号完整性，且适合越来越密集的电子封装工艺。对于该种印制电路板，主要采用了互连孔加工、孔金属化加工以及精细线路制作技术。高密度互连印制电路板的埋孔、通孔加工方法可选择机械钻孔法、激光钻孔法，两者原理不同，实际中应针对不同的介质材料采用不同的方法及加工参数。在印制电路板经过钻孔后，要对孔壁进行金属化，以实现层间互连。目前常用的方法有化学镀铜法和炭黑黑孔法，两者都需要后续电镀流程将孔壁金属化，电镀均镀能力对电流密度分布的均匀性有重要影响。精细线路的制作是印制电路板发展的一个重要方向，目前最成熟的制作工艺方法为减成法，未来这一技术的精度将对印制电路板的性能有决定性影响。

1.2材料设备选择

基材是印制电路板承载功能电路的核心部分，基材特性首先决定着印制电路板的环境适应性。目前国内应用较为广泛的基材是是环氧玻纤布基板，具有高强度、耐化学性、耐潮湿、热稳定性好及良好的电气性能等优点，能够对印制电路板进行较好的保护。在印制电路板抗干扰性能上，其主要作用的是线路设计与制作。对于线路制作来说，由于方法较多，为了减少工艺时间、降低成本，同时保证质量，可以采取在超薄铜箔的基础上制作线路的方法，通过控制电镀的时间来调节线路的厚度，制作精细线路。在曝光工序中，在干膜中的对光敏感的低聚合物会发生聚合反应，在后续工序中对电路起到保护作用。因此，曝光工序是制作精细线路的关键步骤。非平行曝光机和激光直接成像曝光机是目前最为先进的曝光技术，能够避免环境温度、湿度等对线路制作的影响，对于制作固定线宽或线距的精细线路有较大的优势。

1.3抗干扰性能测定方法

在印制电路板生产过程中，缺陷是不可避免的，抗干扰性能检测的目的就是通过对印制电路板性能的分析，间接判别出缺陷位置信息，及时地采取措施。目前，判别印制电路板产品性能的主要方法主要从短路、断路、针孔、缺口、线路氧化等几个方面入手。在印制电路板缺陷检测中绝大部分运用的是参考法缺陷检测，它的主要思想是将待测图像与标准图像进行对比。例如应用全自动曝光机进行拍照，提取计算出图像的位置差，从而确定印制电路板的偏差程度。在得到的图像中，不同的缺陷有不同的表现特征，例如如果某一位置存在多像素点群的连通区，则为短路，在黑色背景下，若存在部分高亮區域，则表示该区域可能为毛刺和针孔等缺陷区。线路氧化是在生产过程中由于外部因素控制不当导致严重影响线路导电性的缺陷，作为非致命缺陷，线路氧化可以从铜线颜色差异来判别出来，这在印制电路板的抗干扰测定中较为简易实用。

2.提高印制板抗干扰性能措施

2.1印制电路板的材料选择

印制电路板工艺技术的发展是伴随着材料技术的进步而发展的。按绝缘介质层材料软硬程度，可以分为刚性印制板、挠性印制板、刚挠结合印制板等。以刚挠结合印制电路板为例，与传统刚挠结合印制电路板相比，新型工艺制造的刚挠结合印制电路板，将可弯折的挠性电路板集成于刚性电路板中，极大地减轻了电子设备的重量，避免了以往制作工序复杂、笨重、难以修复的缺点。同时新型电路板的挠性区域可以反复弯折、任意角度扭转的特点，一定程度上增加了其适用范围。挠性基材如聚酰亚胺，具有较高的介电稳定性，应用在印制电路板中，可以使印制电路板具有良好的介电性能、电气性能、在高速高频信号传输及阻抗控制中，能够发挥其优势。此外，在恶劣极端环境下，刚挠结合印制电路板也充分体现了稳定性，例如在雷电、高频加热、脉冲电腐蚀、电火花加工等极端干扰环境中，具备一定的抵抗性。

2.2印制电路板的线路设计

印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系。线路设计应掌握电路板整体信息，信号线密集程度、电源等因素后，综合考虑分析。为了防止产生干扰，采用高稳定度、低输出阻抗直流电源，并在保障电路功能需要的电源和布线层数的基础上，使输出的接地点离电源的地端应最近。电子电路中接地线要求的干线宜粗，以降低环路电阻。其次，尽可能增加电源线宽度，以电源线上干扰尖峰不能使逻辑器件的输出状态发生变化为原则，消除抑制直流电源回路因负载变化而引起的干扰。面对电源干扰，可在电源变压器一次绕组与二次绕组间采用屏蔽层，或加接电源滤波器，降低电磁波受到的干扰。此外，信号发送线和接受线之间，或相同信号间尽可能避免平行走线，如若信号线之间不相容，就应做隔离处理，防止形成耦合干扰。

2.3印制电路板的去耦电容设计

？集成电路电源和地之间的去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。为了削弱干扰信号耦合路径，信号线尽可能短，应尽量减小不必要的杂散电容，同时按照一定的顺序布置信号线路，将时钟信号线和敏感信号线放在首位，高速信号线次之，最后是非重要信号线。为了防止信号线之间形成耦合干扰，设计时应减少系统误操作、减少向外辐射。此外，由于瞬态电流比静态电流大得多，为了减小干扰同时降低电流功耗，可以采取电源去耦措施，即在电源线和地线之间并接两个电容，起到本集成电路的蓄能电容和旁路掉该器件的高频噪声的作用。在此过程中应注意电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线；焊接时去耦电容的引脚要尽量短，避免过长引脚使去耦电容本身发生自共振。最后，为了使保同层相邻线路间的噪声耦合以及串扰达到最小，需在线间做隔离处理，确保布线分离。

结语：印制电路板是电子设备的重要组成部分，在印制电路板设计中，要对其其抗干扰能力进行优化，避免使其降低或失去原有的功能和性能，对生产生活造成影响。印制电路板制造公司众多，我国在在高端乃至尖端的印制电路板设计制造上，与国外的技术水平还有很大的差距，因此还需加大研发投入，为印制电路板的设计提供更充分的研究条件，以实现进一步的发展。

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