CN104093284B - 一种通过pcb布线设计形成板上电容的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过PCB布线设计形成板上电容的方法，它根据电路设计确定同一层电路板的电容分布区域或者不同层间的电容分布区域；需要在同一层电路板内置电容，在电容分布区域形成若干个电容，每个电容由若干平行线路组成，每一组相间隔并平行的线路通过线路或过孔的导通电流，使之成为电极；需要在不同层间的电容分布区域通过不同层间的若干对称线路组成，每一组相间隔并对称的线路通过线路的导通电流，使之成为电极，通过后续的印制线路板制造工艺完成印制线路板的制作。本发明一种通过PCB布线设计形成板上电容的方法具有制作简单、电容内置方便、大小在精确的控制范围内、容值差异化小、稳定可靠等优点。

Description

一种通过PCB布线设计形成板上电容的方法

技术领域

本发明涉及印制电路板的制造方法，具体是指一种通过PCB布线设计形成板上电容的方法。

背景技术

现有的印制线路板需要在板面设计相关图形，通过插件或贴装以及其他方式，在相关的图形上安置电容器件，达到预期的效果；安装的电容器件容值一定，适用灵活度差。且在一定程度上增加了产品体积，使产品的应用范围受限。同时，对电容器的焊接安装一般采用热焊的方式，这会给周边元器件或者印制线路板造成一定的影响，使印制线路板及其周边元件缩小使用寿命，影响产品的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种印制电路板制作过程中线路形成的电容、电容内置方便、大小在精确的控制范围内、容值差异化小、稳定可靠的印制电路板的生产方法。

为了实现上述目的，本发明设计出一种通过PCB布线设计形成板上电容的方法，它包括

步骤一，根据电路布图需要确定同一层电路板的电容分布区域或者不同层间的电容分布区域,所述的电容分布区域根据布图设计的需要设计一个或者若干个，在电容分布区分布有一个或者若干上电容；

步骤二，需要在同一层电路板上形成电容，在电容分布区域形成若干个电容，每个电容通过对覆铜基板图形转移、蚀刻形成若干平行线路，平行线路之间设有介质材料，每相邻的两条平行的线路组成一个电容，每组的平行的线路通过线路的导通电流，使之成为电极，多组平行线路形成的电容可串联或或者并联在一起形成电容组；

需要在电路板的不同层间的电容分布区域形成电容，需要在形成电容的两个区域分别通过覆铜基板图形转移、蚀刻形成若干对称线路，在两个区域之间的层板上与对称线路相对应的位置处无导体图形，即无铜膜或者覆铜，基材构成电容的介质材料，分布在相对两个区域的对称线路组成一组，每一组相间隔并对称的线路通过线路的导通电流，使之成为电极，形成电容，多组对称线路形成的电容可串联或或者并联在一起形成电容组；

步骤三，通过后续的印制线路板制造工艺完成印制线路板的制作。

所述的步骤二中，平行线路的覆铜厚度为0.02～0.8mm，线长为3.0～600mm，间距0.1～10.0mm；对称线路的覆铜厚度为0.02～0.8mm，线长为3.0～600mm，线宽为0.1～10.0mm；

所述的介质材料为阻焊油墨、环氧树脂、聚酰亚胺、聚四氟乙烯。

所述的同一层为单层板或者双层板的一面或者多层板内的一面；所述的不同层间为双层板之间或者多层板任意两层之间。

所述同一层电路形成电容，其组成电极的线路，在介质材料不变的情况下，线路的间距与铜厚为影响电容数值的主要因素，且无交互影响，线路的长度为从效因素，与主要因素有交互作用，但由于影响程度极低可忽略；所述不同层间电路形成的电容，其组成电极的线路，在介质不变的情况下，线路的间距与线宽为主要因素，且无交互影响，线路长度为从效因素，与主效因素有交互作用，但由于影响程度极低可忽略。

本发明一种通过PCB布线设计形成板上电容的方法的有益效果：

1、可以实现产品容值的多样化，有利于提高产品的可适用范围；

2、可以实现产品容值高精度的制作，有利于提高产品的精度；

3、可以利用印制线路板的空白区域实现此类设计，在一定程度减少电容材料的消耗，节能环保；

4、可以实现印制线路板更为轻、薄化设计，满足特定场合的应用。

附图说明

图1为本发明通过PCB布线设计形成板上电容的方法的同层电容的结构示意图；

图2为本发明通过PCB布线设计形成板上电容的方法的不同层电容的结构示意图；

图3为本发明通过PCB布线设计形成板上电容的方法的电容影响的主效应对照图；

图4为本发明通过PCB布线设计形成板上电容的方法的电容影响的交互作用对照图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例对本发明的结构原理作进一步的详细描述。

一种通过PCB布线设计形成板上电容的方法，它包括

步骤一，根据电路布图需要确定同一层电路板的电容分布区域或者不同层间的电容分布区域,所述的电容分布区域根据布图设计的需要设计一个或者若干个，在电容分布区分布有一个或者若干上电容；

步骤二，需要在同一层电路板上形成电容，在电容分布区域形成若干个电容，每个电容通过对覆铜基板图形转移、蚀刻形成若干平行线路，平行线路之间设有介质材料，每相邻的两条平行的线路组成一个电容，每组的平行的线路通过线路的导通电流，使之成为电极，多组平行线路形成的电容可串联或或者并联在一起形成电容组；

需要在电路板的不同层间的电容分布区域形成电容，需要在形成电容的两个区域分别通过覆铜基板图形转移、蚀刻形成若干对称线路，在两个区域之间的层板上与对称线路相对应的位置处无导体图形，即无铜膜或者覆铜，基材构成电容的介质材料，分布在相对两个区域的对称线路组成一组，每一组相间隔并对称的线路通过线路的导通电流，使之成为电极，形成电容，多组对称线路形成的电容可串联或或者并联在一起形成电容组，对称线路可以为任意形状的线条或者图形；

步骤三，通过后续的印制线路板制造工艺完成印制线路板的制作。

所述的步骤二中，平行线路的覆铜厚度为0.02～0.8mm，线长为3.0～600mm，间距0.1～10.0mm；对称线路的覆铜厚度为0.02～0.8mm，线长为3.0～600mm，线宽为0.1～10.0mm。上述数值的限定有利于得到一个稳定数值的电容，经过同一工艺制作的线路的差别误差不大，可以保证串联或者并联后的电容数的数值，从而达到本发明的大小在精确的控制范围内、容值差异化小、稳定可靠的效果。

本发明通过PCB布线设计形成板上电容的方法所述的介质材料为阻焊油墨、环氧树脂、聚酰亚胺、聚四氟乙烯。

本发明通过PCB布线设计形成板上电容的方法所述的同一层为单层板或者双层板的一面或者多层板内的一面；所述的不同层间为双层板之间或者多层板任意两层之间。

所述同一层电路形成电容，其组成电极的线路，在介质材料不变的情况下，线路的间距与铜厚为影响电容数值的主要因素，且无交互影响，线路的长度为从效因素，与主要因素有交互作用，但由于影响程度极低可忽略；所述不同层间电路形成的电容，其组成电极的线路，在介质不变的情况下，线路的间距与线宽为主要因素，且无交互影响，线路长度为从效因素，与主效因素有交互作用，但由于影响程度极低可忽略。

如图1所示，在同一层电路板内置电容由两条平行线路1形成两电极，在两条平行线路1之间为介材材料2，线路1的长度为L，线路1的覆铜厚度（高度）为H，两线路1之间的间距为D₁。根据电容的计算公式为C=εs/4πkd，ε为介电常量，S为正对面积，d为电极间距，k为静电力常量。正对面积S具体表示铜厚H和线长L的乘积，电极间距d具体表示为板面上两平行线之间的距离D₁，介电常量ε的值由所用介质材料的类型决定。

如图2所示，不同层间电路上，每一组相间隔并对称的线路3形成电极，两线路3之间为不同层之间的板材，该板材由有机化合物或无机化合物形成，线路3长度为L，覆铜厚度（高度）为H，两线路3之间的间距为D₂，线宽为W。根据电容的计算公式为C=εs/4πkd，ε为介电常量，S为正对面积，d为电极间距，k为静电力常量。正对面积S具体表示铜厚H和线长L的乘积，电极间距d具体表示为板面上两平行线之间的距离D₂，介电常量ε的值由有机化合物或无机化合物的类型决定。

本发明通过PCB布线设计形成板上电容的方法后续的印制线路板制造工艺包括开料、图形转移、蚀刻、棕化、压合、钻孔、沉铜、板电、图形电镀、油墨印刷、表面处理、成型等完成既定印制线路板的制作；

本发明通过PCB布线设计形成板上电容的方法，可以通过电容测试设备对在同一层电路板或者不同层间通过PCB布线而形成的板上电容进行测试，理论值与实测值进行比较，若实测值未在理论值要求公差范围内，则可按照步骤三中相关参数结合步骤二中电容计算公式进行调整；

依据电容器原理：电容器是由两端的极板（导体）和中间的绝缘电介质（包括空气）构成的。通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是由于中间的绝缘物质，所以整个电容器是不导电的。设计在PCB板上同一层次或不同层间的线路图形需满足以上条件。

模型建立过程：

一、电容的模型建立

根据电容的计算公式：

C=εs/4πkd，ε为介电常量，S为正对面积，d为距离，k为静电力常量；将电容计算公式的参数转化为实际生产板的因子如下：

在实际的生产过程中，阻焊油墨的种类、板料种类、板厚在同一款板中，属于固定参数，可视为常量，而蚀刻因子、粗糙度根据设备状态、参数变化，但在同一批板中，不应当出现较大变化；且过程控制难度极大，故选定参数与设备后，暂时忽略蚀刻因子、粗糙度的影响；阻焊层的厚度主要考虑阻焊厚度不够，部分空间由空气填充造成介电常量ε的变化，而实际生产过程中，只要将油墨厚度稍作提升，即可填平线与线之间的间隙，故也不在此做深入研究。

根据实际生产过程分析，与电容影响的主要因子有：铜厚H、线宽w、线长l三个主要因子。

二、主要影响因子的确认

根据电容的计算公式：C=εs/4πkd

根据建模的效果，其中ε、k均为常量，与距离d对应的只有线宽，与s对应的有铜厚H、截面粗糙度x、线长l三个因子；故电容计算模型为：C=a*H*l/d（a为xε/4πk的常量）。

如图3、图4所示，各参数的水平可按照如下设计：

如图3、图4所示，根据DOE试验设计该组三因子三水平的试验，并计算理论结果如下：

数据分析结果如图3、图4所示。根据分析结果可得：距离d（线距）与铜厚H为主效应因子（介质不变的情况下），且无交互影响，线长L为从效应因子，与主效应有交互作用，但由于影响程度极低可忽略。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种通过PCB布线设计形成板上电容的方法，其特征在于：包括

步骤一，根据电路布图需要确定同一层电路板的电容分布区域,所述的电容分布区域根据布图设计的需要设计一个或者若干个，在电容分布区分布有一个或者若干个电容；

步骤二，需要在同一层电路板上形成电容，在电容分布区域形成若干个电容，每个电容通过对覆铜基板图形转移、蚀刻形成若干平行线路，平行线路之间设有介质材料，每相邻的两条平行的线路组成一个电容，每组的平行的线路通过线路的导通电流，使之成为电极，多组平行线路形成的电容串联或者并联在一起形成电容组；

步骤三，通过后续的印制线路板制造工艺完成印制线路板的制作。

2.根据权利要求1所述的通过PCB布线设计形成板上电容的方法，其特征在于：所述的步骤二中，平行线路的覆铜厚度为0.02～0.8mm，线长为3.0～600mm，间距0.1～10.0mm。

3.根据权利要求2所述的通过PCB布线设计形成板上电容的方法，其特征在于：所述的介质材料为阻焊油墨、环氧树脂、聚酰亚胺、聚四氟乙烯。

4.根据权利要求3所述的通过PCB布线设计形成板上电容的方法，其特征在于：所述的同一层为单层板或者双层板的一面或者多层板内的一面。

5.根据权利要求1－4任一项权利要求所述的通过PCB布线设计形成板上电容的方法，其特征在于：所述同一层电路形成电容，其组成电极的线路，在介质材料不变的情况下，线路的间距与铜厚为影响电容数值的主要因素，且无交互影响，线路的长度为从效因素，与主要因素有交互作用，但由于影响程度极低可忽略。