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SJ 21150-2016 微波组件印制电路板设计指南.pdf

铜镀层主要用于印制板的图形电镀或金属化孔壁铜层的电镀加厚。铜的纯度应不低于99.9%，平均 厚度应不小于25um，伸长率应不低于12%

8.3锡铅合金或锡合金镀层

当采用电镀锡铅合金时，镀层厚度一般为7μm～11μum。锡铅合金的成分中锡含量在60%～70%之 间，最佳锡含量在61%～63%之间。锡铅合金镀层适用于布线密度不高JB/T 1590-2010 凿岩机械与气动工具 产品型号编制方法，采用通孔安装并且不需要阻焊 膜的印制板

桌主要用来作为金的基底镀层，镍镀层的厚度通

微波PCB在有镍作阻挡层的情况下， 用于锡焊的镀金层厚度应不大于0.45μm；用于键合的镀软金 层厚度一般推荐不小于1.6um

微波PCB的热设计基本内容和原则如下： a）合理选择微波PCB基材和印制板类型，要求如下： 1）选用耐高温、导热系数高的材料作为印制电路板的基材，一般要求印制板的导线由于通过 电流而引起的温升加上规定的环境温度应不超过125℃（典型值，根据选择的基材可能不 同），尽可能选择更厚的覆铜箔基板； 2） 高功率密度电路可选择铝基、陶瓷基等热阻小的板材； 合理设计印制板结构，尽可能采用多层PCB板结构，有助于微波PCB热设计； 4） 为了增强印制板的导热能力，可在多层印制板中增加金属夹层。 保证热通道畅通，要求如下： 1） 充分利用元器件排布、铜皮、开窗及散热孔等技术建立合理有效的低热阻通道，保证热量 顺利导出PCB； 2） 尽可能多安放金属化过孔和盲孔，且孔径、盘面尽量大，可以有效地提高散热面积和减少 热阻，提高电路板的功率密度； c）使用导热材料，降低传输热阻，提高热传导效率； 采用以下工艺方法，增强散热： 1）对一些双面装有器件的区域容易引起局部高温，为了改善散热条件，可以在焊膏中掺入少 量的细小铜料，再流焊后在器件下方焊点就有一定的高度。使器件与印制板间的间隙增加， 增加了对流散热； 2）对印制板上的接地安装孔采用较大焊盘，以充分利用安装螺栓和印制板表面的铜箔进行散 热； 3）给器件散热采取补充手段，如加散热器等。 e 合理选择微波PCB的安装方式和元器件的安装方式； )元器件的合理安装和布局，见11.4.3.2中的内容； g） 按如下要求进行元器件与基板的连接： 1）尽量缩短器件引线长度 2）选择高功耗器件时，应考虑引线材料的导热性，尽量选择引线横截面最大者： 3）选择管脚数较多的器件。 h）按如下要求选取元器件的封装：

1）在考虑热设计时应注意器件的封装说明和它的热传导率； 2）应考虑在基板与器件封装之间提供一个良好的热传导路径； 3）在热传导路径上应避免有空气隔断，如果有这种情况可采用导热材料进行填充。

10微波PCB电路电气性能设计

常用传输结构包括微带线和带状线

在微波电路中，应尽量减少传输延迟，通常采取以下措施： a）缩短印制导线的长度，减少同一信号线中负载的数量： b）选用介电常数较低并与特性阻抗要求匹配的介质材料； c）优化布线结构，在电路中采用合适的端接技术。

微波PCB的控制特性阻抗互连导线通常采用带状线和微带线结构。在设计微波电路印制电路板时， 应考虑特性阻抗可控制的布局和布线设计形式。层间的信号传输通常需要采用垂直通孔进行互连过渡。 应在设计之初考虑通孔的影响，采取一些措施来改善电路性能。一般是通过采用金属通孔的合理排列来 改善不连续性带来的影响。 垂直通孔与传输线的连接方式有三种，如图1所示，其中连接方式1的传输特性好，而方式3的反射 信号最大，传输特性也就最差。方式1通过在垂直通孔和传输线之间的连接处适当的扩展传输线的宽度， 从而对电磁信号的传输起到了帮助作用，也补偿了一部分通孔引入的电感效应，改善了电路传输性能。

图1垂直通孔与传输线的三种连接方式

在小电流电路中可不考虑导线电阻。在大电流或一些有特殊要求的电路中， 导线电阻位依结公式（1 和公式（2）进行计算，或通过图2进行估算。 D一

式中： P 导线电阻，单位为欧姆（2） R。—方块电阻，单位为欧姆（2） 导线长度，单位为毫米（mm） W 导线宽度，单位为毫米（mm）

式中： R。一一方块电阻，单位为欧姆（2）； 电阻率（1.8×10Qmm）； 导线厚度，单位为毫米（mm）。 对于外层导线，由于镀铜使厚度增加，应按最终铜层总厚度来计算。图2中给出了每10mm的导线 电阻与导线宽度、厚度及温升的关系。

10. 2. 2互连电阻

图2导线电阻与导线宽度、厚度及温升的关系

多层板上两个金属化孔之间的互连电阻通常由以下几部分组成： a) 金属化孔镀层电阻； b) 金属化孔的镀层与内层导线之间的连接电阻； C) 导线的电阻； dy 导线和第二个金属化孔镀层之间的连接电阻； e)导线镀层电阻。

10.2.3金属化孔电阻

金属化孔电阻与印制板的厚度、孔径、孔壁铜层厚度、加工质量有关，对于板厚为1.6mm的印制板， 不同铜镀层厚度的孔电阻可用图3进行估算。其它厚度的印制板和不同孔径的金属化孔电阻推荐可按公 式（3）进行计算。其中铜电阻率p为17umm。

式中： R金属化孔电阻，单位为欧姆（Q） t孔壁厚度，单位为微米（um）； D镀覆孔直径，单位为毫米（mm）： T一多层板厚度，单位为毫米（mm）

10.2.4电源线和地线电阻

在高可靠电路中，应严格控制电源线（层）和地线（层）电阻

常用的微带电阻形状有矩形带状、契形带状和半圆形。 矩形带状电阻的计算公式见公式（4）

镀层厚度与孔电阻的关

10.3.1内层连续电流载流量

多层板中设计时应按图4降额一半使用。

10.3.2冲击电流载流量

图4给出了不同宽度和厚度的导线所允许的冲击电流和持续时间的关系曲线

印制导线宽度、厚度与冲击电流和持续时间的关

10.3.3表层连续电流载流量

间与冷却条件。在印制导线的电流负载能力要求严格的情况下，其电流负载能力应在使用条件环境下， 测量负荷电流通过印制导线时的温升来确定。在一般场合，可按设计的条件予以估算。导线的厚度一定 时，不同宽度的导线，其负载电流与温升之间的关系，可由图5来进行估算。但允许的温升不能超过板 材的安全使用温度和环境温度之差。

图5导线宽度、导线横截面与允许电流的关系

考虑到制作工艺、铜箔厚度、导线宽度在充许的范围内变化，图5中所示曲线已在实际数值上降低 710%。在下列情况下将图示值再降低15%： a）板的厚度为0.5mm~1.5mm; b 应用了表面涂敷层； c）导线间距小于导线宽度

10.4绝缘电阻和耐压

对于工作电压大于50V、海拔高度大于3050m 相对湿度大于75%环境工作的印制板 应有专门的耐压设计和工艺措施。具体见QJ3103A

11微波PCB结构设计

微波PCB的设计文件一般应包括以下内容： ?) 方框图； 6) 电原理图： C 电路图（包括总图、各分层图、钻孔图、连接表等）； d) 装配图； e) 明细表； 接线图：

g) 组装件图； h）技术条件； CAD数据文件。

微波PCB设计原则如下： a）在产品方案样机、工程样机设计和定型设计阶段等产品研制/生产的各阶段，在满足产品使用 的前提下，必须满足制造生产过程中的工艺要求、测试组装的合理性和售后服务的要求，具有 可制造性。 b 设计微波印制电路板时应建立、实施和保持产品的可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性 和环境适应性等工作过程； 在满足性能和质量要求的前提下，尽量选用成熟的材料、工艺和优化电路板层数； d 选取适当的金属层厚度的板材和表面涂覆层； e 当用印制图形制作微波电路及元器件时，图形和衬底尺寸等参数，一般应经过CAD容差分析 后确定，应考虑加工工艺所带来的影响，需明确提出加工精度要求； 分析组件结构及组件内的体积空间，确定印刷电路板的基材、面积、形状、尺寸和装配工艺。 印制板外形尺寸应该尽量采用标准化的尺寸系列，形状力求简单，以简化加工程序，降低成本； g 进行电磁兼容性设计时，还应考虑腔体谐振和高频互耦效应的影响，

微波PCB的设计包括印制电路板图的设计、元器件选用、印制电路板要求及组装工艺的选用、布局 市线设计、热设计以及元器件安装和固定等方面的内容。微波PCB的设计程序一般可分为12个步骤 a)确定设计流程； b）确定微波组件的功能、性能指标及微波组件外形尺寸的总体目标； 进行电原理和机械结构设计，根据组件结构、确定印制电路板的尺寸、形状、材料、层数，确 定微波PCB与外部的连接关系； d 根据产品的功能及性能指标，电路原理图及技术条件和产品等级选择印制电路板基材和电子元 器件型号、规格和封装形式； e 确定工艺方案路线： 完成组装制造工艺设计； & 将微波电路的电路原理图输入设计软件包： 五 如果某元器件无对应的电图形符号数据库，则应建立相应的电图形符号数据库；如果无对应的 封装外形数据库，则应建立相应的封装外形数据库； 1 可测试性设计：对电路进行优化分析，设置适当的测试点，提高高密度表面安装组装件的可测 试性； J 布局与布线设计：根据电路的技术要求及现有的工艺条件，设定布局与布线设计规则和布局与 布线约束条件（如某些元器件要求尽量靠近、某些元器件要求隔离以及走线要求相等），在微 波PCB上布设导线和元器件，确定印制导线的宽度、间距和焊盘的直径、孔径等； k 电路仿真验证：按电路原理图的输入/输出逻辑关系进行电路模拟仿真，验证其正确无误； 保存设计好的微波PCB图，并附上微波PCB的加工技术要求，提交给印制电路板的生产厂家。

11. 4. 1± 一般要求

微波PCB布局方案应满足电气性能，机械性能，可加工性，可组装，可测试性，可维护性及可靠性 需考虑器件布局、朝向和屏蔽等问题。布局的一般原则如下： a 按照电路的流程安排各功能单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方 向； 以每个功能模块的核心元件为中心，围绕它进行布局，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和 连接长度； 尽量缩短微波元器件之间的连线，减少它们的分布参数和相互之间的电磁干扰。容易受干扰的 元件不能靠得太近，输入输出应尽量远离。对相互可能产生影响或干扰的元器件，应当尽量分 开或采取屏蔽措施，并尽可能将强电信号和弱电信号分开； d 抑制热干扰的考虑。在布局设计印制板的时候，应该首先分析、区别哪些是发热元件，哪些是 温度敏感元件。装在板上的发热元器件（如功耗大的电阻）应当布置在靠近外壳或通风较好的 地方；尽量不要把几个发热元器件放在一起，以确保元器件的温升不超过允许值；大功率器件 可以直接固定在组件盒体上，利用金属外壳传导散热；如果必须安装在印制电路板上，必须采 取散热措施，还应该同其他元器件保持一定距离，避免发热元器件对周围元器件产生热传导或 热辐射； 综合考虑各元件之间的分布参数。尽可能使元器件平行排列，贴片元件和插针元件分层布置 这样不仅有利于增强抗干扰能力，而且外观美观，易于批量生产； 元器件的位置应按电源电压、数字及模拟电路、速度快慢、电流大小等进行分组； g）多级放大器行与行之间留有一定间隙，保证各路信号互不干扰，且级联不交叉； ）增加机械强度的考虑：要注意整个电路板的重心平衡与稳定。对于那些又大又重、发热量较多 的元器件（如电源变压器、大电解电容器和带散热片的大功率晶体管等），一般不应直接安装 固定在印制电路板上； 提高电磁兼容的考虑： 1）选择表面贴装的细引脚高频器件，保证器件的高频特性满足电路要求；不推荐使用带引脚 的插装器件，减小感应干扰： 2） 认真分析电路结构，对电路进行分块处理（如高频放大电路、混频电路及解调电路等） 需对强电信和弱电信号、数字信号电路和模拟信号电路采取隔离措施，同一功能的电路应 尽量安排在一定的范围之内，从而减小信号环路面积；各部分电路的滤波网络应就近连接 这样不仅可以减小辐射，而且可以减少被干扰的几率，提高电路的抗干扰能力； 3） 根据单元电路在使用中对电磁兼容性敏感程度不同进行分组。对于电路中易受干扰部分的 元器件在布局时还应尽量避开干扰源； 4） 合理安排过孔位置，不得将金属化孔设置在敏感区域，以免过孔产生不必要的感应干扰 5 加大接地面积，通过增加大量的互连过孔将地连成一片，尽量覆盖板面空白区域，以抑 制空间电磁场的产生； 6）去耦电容和旁路电容尽量贴近对应的管脚摆放。 1 提高工艺性的考虑： 1）元器件应尽可能同一方向排列，通过选择PCB进入熔锡系统的方向来减少甚至避免焊接不 良的现象；元器件间最少要有0.5mm的间距才能满足元器件的熔锡要求，若PCB板的空间 允许，元器件的间距应尽可能宽； 2）对于双面板一般应设计一面为表贴元器件（SMD），另一面则为分立元件；

需确定与其它PCB板或系统的接口元器件在印制电路板上的位置；必须注意接口元器件间 的配合问题（如元器件的方向等）； 射频电路模块的体积越来越小，元器件间排列很紧凑，因此对于体积较大的元器件，必须 优先考虑，确定相应位置，并考虑相互间的配合问题

1. 4. 2叠层设计

PCB进行叠层设计时，需考虑以下儿点： a）当PCB中的印制线需要按传输线考虑时，应对传输线的特征阻抗进行计算和控制，满足信号的 特征阻抗要求； 满足信号回路的最小化原则，通常在PCB中设置一个或多个主信号层，主信号层是用于走微波 信号和敏感信号的层面，完整的地平面应该紧邻主信号层，使高频高速信号和敏感信号有最小 化的信号回路： C 满足最小化PCB内的信号干扰要求，内层相邻的信号层的信号线应该尽量正90°交叉，平行和 45°交叉都会造成信号间的干扰，应尽量避免； d 满足对称原则叠层设计时，应该考虑铜的分布对称，以免不符合PCB厂家的层压工艺要求而出 现PCB板翘曲

11.4.3.1电路分区设计

11.4.3.1.1混合电路

通常的做法是数字电路和模拟电路分区布置，数字部分和模拟部分单点接地。布局时应该将数字电 路和模拟电路相对分开，各部分内器件的排列尽量紧凑，预留出足够的隔离空间。

11.4.3. 1.2数字电路

11.4.3.1.3微波电路和敏感电路

微波电路和敏感电路内部的布局应尽量紧凑，最小化敏感信号回路。微波电路和敏感电路之间的布 局应尽量隔离，以减少微波电路对敏感电路的干扰。晶振与时钟分发、倍频器、驱动、串阻应尽量集中 在一起，并远离高速CPU、高速信号、I/O电路、无关的敏感电路和PCB边缘。

11.4.3.2元器件的布局

11.4.3.2.1基本原则

微波PCB的元器件的布局设计通常从布局密度、热特性、电磁特性、工艺操作等方面考虑，一般应 循下列基本原则： a 合理布设元器件位置，尽可能提高元器件布设密度： 根据单元电路在使用中对电磁兼容性敏感程度不同进行分组；对于电路中易受干扰部分的元器 件在布局时还应尽量避开干扰源； C 应注意信号走向及元器件间的相互作用； d）感性器件应防止互感，多个电感放置时需注意放置方向及空间距离，避免电感线圈同向

e 避免微波PCB上的热点的集中，尽可能地将功率均匀地分布在微波PCB板上，保持微波PCB表 面温度性能的均匀和一致； 应满足元器件安装、维修和测试要求； 有键合要求的元器件布局应满足键合工艺操作要求； 需要安装重量较大的元器件时，应尽量安排在靠近印制板支撑点位置。

11.4.3.2.2保护器件的放置

在印制板上，雷击浪涌保护器件应尽可能地靠近插座或印制板的边缘，保护地应尽可能地粗、短且 均匀，保护地除了与保护器件相连以外不能与其它元器件和其它地线相连，保护地与其它焊盘、走线应 隔离足够的距离。

11.4.3.2.3去耦电容的放置

去耦电容应尽量靠近芯片的电源地放置，在布线时，使其与芯片电源端和地线端之间的连线尽量短。 体要求如下： a 电源输入端跨接一个10uF～100μF的电解电容器，如果印制电路板的位置允许，采用100μF 以上的电解电容器的抗干扰效果会更好； b 为每个集成电路芯片配置一个0.01μF的陶瓷电容器。如遇到印制电路板空间小而装不下时， 可每4个10个芯片配置一个1μF～10μF钼电解电容器； 对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件，应在芯片的电源线 （Vcc）和地线（GND）间直接接入去耦电容； d 去耦电容的引线不能过长，特别是高频旁路电容不能带引线； e 设计印刷线路板时，每个集成电路的电源、地之间应加一个去耦电容。去耦电容的容量应根据 噪声频率或具体使用环境决定。

11.4.3.2.4发热器件和热敏感器件的放置

发热器件和热敏感器件的放置要求如下： a 对PCB进行软件热分析，对内部最高温升进行设计控制； 将最高功耗和发热最大的器件布置在散热最佳位置附近，可以考虑把发热高、辐射大的元件专 门设计安装在一个印制板上； C) 板面热容量均匀地分布，注意不要把大功耗器件集中布放，如无法避免，则要把矮的元件放在 气流的上游，并保证足够的冷却风量流经热耗集中区； d 使传热通路尽可能地短和传热横截面尽可能地大： e) 大功率元器件周围不应布设热敏元件，并与其他元件保持足够的距离； （液态介质）电容器最好远离热源； g 应使强迫通风与自然通风的方向一致； 附加子板、器件风道与通风的方向一致； 1 尽可能地使进气与排气有足够的距离； 1 发热器件应尽可能地置于产品的上方，条件允许时应处于气流通道上； K 热量较大或电流较大的元器件不要放置在印制板的角落和四周边缘，只要有可能应安装于散热 器上，并远离其它器件，保证散热通道的通畅； 1 对于小信号放大器的外围器件，应尽量采用温漂小的器件； m) 高热耗散器件在与基板连接时应尽能减少它们之间的热阻； n 尽可能地利用金属机箱或底盘散热。

11.4.3.2.5印制电路板的尺寸与器件的布置

印制电路板的尺寸与器件的布置要求如下： 印制电路板大小要适中，过大时印制线条长，阻抗增加，不仅抗噪声能力下降，成本也高；过 小，则散热不好，同时易受临近线条干扰； 6) 在器件布置方面与其它逻辑电路一样，应把相互有关的器件尽量放得靠近些，这样可以获得较 好的抗噪声效果。时种发生器、晶振和CPU的时钟输入端都易产生噪声，要相互靠近些。易产 生噪声的器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远离逻辑电路； c）元器件边缘距印制板边缘应有一定距离，一般推荐应大于1.6mm； d）相邻元器件边缘间距应大于2mm

1.4.4通孔安装布局设

通孔安装印制板布局设计一般应符合下列要求： a) 安装后的元器件边缘距印制板边缘至少5mm，距导轨槽至少2.5mm； b 元器件排列应整齐有序，元器件标志的方向应尽量保持一致； C 选用手工焊接时镀覆孔的直径应比元器件引线的最大尺寸大0.2mm0.4mm； d) 相邻焊盘的间距应大于0.2mm； e) 定位孔的位置与大小应符合各类插装设备的要求，

11.4.5表面安装布局设计

11.4.6微波PCB的常用布局方式

[1. 4. 6.1一字布局

在同一屏蔽腔内布局时可按信号由小到大一字布局，如图6所示。强弱信号之间要加屏蔽隔离，增 益较大支路上也要采取屏蔽措施；同时为了避免感性器件之间的互感，应将偏置电路的馈电电感与微波 通道垂直放置。

11.4.6.2L形和U形布局

由于微波PCB板和腔体空间的限制， 很多的医不能布成一字形，这时候可来用工形或U形他 7所示。为防止输入信号和输出信号的影响，尽可能拉大输入和输出之间的距离并采取隔离措旗

1.4.6.3相同或对称布

路或功能尽可能做成相同的布局或对称的布局，

JJF 1587-2016 数字多用表校准规范11.4.6.445°布局

为合理的利用空间，可以将器件45°方向布局，使射频线尽可能短，如图9所示：

微波印制电路板的布线区域应根据元器件的类型、印制板的制造工艺极限和安装工艺要求来确 板的图号标识、定位标识应设置在布线区域醒目位置，并在印制板的外形线以内。确定布线区域 下列因素： a）所需安装的元器件类型、数量和互连这些元器件所需要的布线通道：

[11. 5. 1一般规则

电源线的设计一般需注意： 根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线的宽度，减小环路电阻； b) 电源线、地线的走向和数据传输的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力； C 加强模拟供电和数字供电之间的隔离： d 电源输入端使用磁珠提高电源的抗干扰能力，还加入了大电容并联小电容的组合，大电容通低 频，小电容通高频。

11.5.3微波PCB地线设计

11. 5. 3.1大面积接地

为减少地平面的阻抗，达到良好的接地效果GB 146.2-2020 标准轨距铁路限界 第2部分：建筑限界，应遵守以下要求： a 微波PCB的接地要求大面积接地； b) 在微带印制电路中，底面为接地面，必须确保光滑平整： C) 建议将地的接触面镀金或镀银，导电良好，以降低地线阻抗（S波段以下可采用铅锡）； d) 使用紧固螺钉，使其与屏蔽腔体紧密结合，紧固螺钉的间距小于2/20（依具体情况而定），入 为传输信号波长。