IPC-2221A-2003中文版-印制板设计通用标准 - 第58页
传输 线 路 的 固 有电 容 也 增 大。 交叉 集 总 电 容加 到固 有线 路 电 容中 。 交叉 电 容 (C c ) 近 似 为 : 式中 : 如 h 、 l和W单位 为 毫 米 、X = 0.0089 ; 如 h 、 l和 W单位 为英 寸、X = 0.225 ε r = 为 相 对电 容 率 h = 为 交叉 间绝缘厚度 l = 为长 度 W = 为 宽 度 IPC-2221a-6-07 图6-7 带状 线的电容与导线 宽…
“A”是理想结构、整个层叠阻抗匹配好。“B”
是较好的结构、因信号1和4的阻抗将比信号2
和3大得多。
设计特殊电路性能需要特别小心、必须注意导
线总长度、不论是长短导线以及整个互连走
线。
直流(DC)电源层和接地层也可起到AC基准面的
作用。作AC基准的电源和接地宜沿板边均匀分
布。
一般规定、多层印制板设计的基准面不宜分
割。有限的面分割
、其中分割面由邻近信号层
的提升层支撑、两边有2.54mm[0.1in]左右中
心距镀通孔支撑、可以用来“掩蔽”层中特殊
的高频信号线、以产生板内“同轴型”线。孔
的间距与信号频率有关。
6.4.5 电容事项
图6-6和图6-7分别给出了
铜微带线和带状线单位长度的固有线路电容。
这些曲线给出了对地或电源基准面有不同绝
缘厚度的1盎斯(oz)铜导线的电容(单位: pF/
ft)。图6-7对带状线是建立在参考接地层和电
源层中心导线对称性基础上。
单交叉(见图6-8)产生的电容很小、一般只有
零点几个皮法。当单位长度上交叉数量增加、
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图6-6 带线的电容与导线宽度及绝缘厚度的关系、mm[in]
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传输线路的固有电容也增大。交叉集总电容加
到固有线路电容中。交叉电容(C
c
)近似为:
式中:
如h、l和W单位为毫米、X = 0.0089; 如h、l和
W单位为英寸、X = 0.225
ε
r
= 为相对电容率
h = 为交叉间绝缘厚度
l = 为长度
W = 为宽度
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图6-7 带状线的电容与导线宽度及间距的关系、mm[in]
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图6-8 单导线交叉
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6.4.6 电感事项
电感是导体的一种性能、
当电流流过导体中使产生磁场储存能量作用。
当电流具有高频成分时、引线和线路的自感变
得明显、会产生瞬态或开关噪声。这些瞬态与
电源/接地回路中的电感有关、电路设计必须
尽可能降低这种电感。
降低开关噪声的通用技术是使用去耦电容、它
可以从离集成电路(IC)门电路比电源更近的
点提供电流。甚至于这些电容设计进电路后、
电容的位置也很重要。如电容引线太长、自感
就会过高而产生开关噪声。印制板的去耦一般
由靠近IC的分立电容来完成。在较高I/O封装
中、开始趋向于将去耦电容安在封装内。这样
有两个优点、可以不用给电容占用板子面积和
减小电容互连大小。
另一考虑是使用较小直径导通孔及其相关连接
盘尺寸。导通孔由0.5mm[0.020in]改为0.3mm
[0.012in]、会降低线路中的附加电感。更小
直径导通孔将有进一步改善。
将电源层和接地层距离靠近也能用作高频去耦
电容。这也能减少去耦电容的占用空间。
7 热学管理
本章可作为温度控制和散热大纲。结合适当的
热分析(见IPC-D-330)的材料、会大大降低热
应力、并提高元件、焊接件和印制线路板的可
靠性。
热学管理的基本目标是确保所有电路元件、特
别是集成电路、保持在各自的功能及最大的容
许限度之内。操作温度限给定了元件封装(套)
外围温度范围、在此范围内使电子线路能正常
工作。
为确保合理的印制板组装件设计、必须了解印
制板组装中用到的冷却技术。民用品可使用直
接空冷(即让冷空气与印制板组件接触)。
在恶劣和严酷的环境中应用、印制板组件必须
使用间接冷却。这些应用中、组件安装到有空
冷或液冷的构件上、通过传导给热交换面冷却
元件。在印制板组件上这些设计必须用适当的
金属散热片。元件也需要适当的安装和连接。
为确保印制板的合理设计、必须提供热耗散图
以帮助进行分析和热学设计。
7.1 冷却机理
电子设备内产生的热量消散
是通过三种基本传热方式交互完成的。三种传
热方式为: 传导、辐射和对流。这三种传热方
式能够、也经常能同时起作用。因而任何热学
管理方法都要最大利用它们自身的相互作用。
7.1.1 传导
传热的第一种方式是传导。各
种材料的热传导作用不同。材料的热传导与它
的导热系数(K)、导热方向的横截面积及温差
成正比。热传导与导热长度和材料厚度成反比
(见表7-1)。
7.1.2 辐射
热辐射是通过主要是红外(IR)
波长的电磁辐射传热。在真空环境中、例如太
空中、辐射是物体唯一的传热方式。
辐射传热是热物体表面与它的热辐射系数、它
的有效表面积及能量是绝对温度四次方的函
数。
热辐射系数是对非“黑体”表面的降低系数。
它的定义为给定物体的辐射能与黑体辐射能之
比、以黑体的辐射系数为单位(1.0)。物体的
视觉颜色与其作为“热黑体”没
什么关系。阳
极氧化的铝、不管是黑色、红色或蓝色、它的
表7-1 材料类型对传导的影响
材料
热传导系数(K)
Watts/m ºC cal/cm ºC • s
静止空气 0.0276 0.000066
环氧 0.200 0.00047
导热性环氧 0.787 0.0019
铝合金1100 222 0.530
铝合金3003 192 0.459
铝合金5052 139 0.331
铝合金6061 172 0.410
铝合金6063 192 0.459
铜 194 0.464
低碳钢 46.9 0.112
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