員工培訓(xùn)實(shí)用基礎(chǔ)教程之PCB

14.17.3 介質(zhì)厚度對(duì)Zo的影響

　　從計(jì)算公式可以看出，特性阻抗Zo是與介質(zhì)厚度的自然對(duì)數(shù)成正比的，這也就是說(shuō)介質(zhì)量越厚其Zo就越大。在相同介質(zhì)材料和厚度情況下，決定于其結(jié)構(gòu)形式，微帶線(xiàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要比帶線(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，具有較高的特性阻抗值。因此，對(duì)高頻和高速數(shù)字的信號(hào)傳輸多數(shù)采用微帶線(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在多層印制板制造中，還要特別注意的是，隨著導(dǎo)體布線(xiàn)密度的增加，如介質(zhì)厚度增加將會(huì)引起電磁干擾的增加。要控制厚度的變化，就必須選擇低介質(zhì)常數(shù)的基材，有利用采用較薄的介質(zhì)層厚度。

　　14.17.4 銅箔厚度對(duì)Zo的影響

　　從計(jì)算公式可以看出銅箔厚度也是影響特性阻抗值一個(gè)重要的因素，銅箔厚度越厚，其特性阻抗值就越小，但其變化的范圍卻很小。因此，采用薄銅箔雖然可獲得較高的Zo值，但其厚度變化不會(huì)對(duì)特性阻抗值產(chǎn)生較大的影響。重要的是能夠制作精細(xì)導(dǎo)線(xiàn)達(dá)到提高和控制特性阻抗值的目的。

　　14.17.5 加工過(guò)程對(duì)Zo的影響

　　設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)多層印制板的特性阻抗值數(shù)據(jù)確定后，關(guān)鍵是要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)變化進(jìn)行有效地控制，因?yàn)榧庸み^(guò)程對(duì)特性阻抗值影響因素比較多，控制起來(lái)難度就會(huì)更大，也很復(fù)雜。因此，針對(duì)需進(jìn)行的每道工序進(jìn)行分析，從中找出直接影響特性阻抗值的諸因素，才能更有效地進(jìn)行控制。

　　14.17.5.1 導(dǎo)線(xiàn)寬度對(duì)Zo的影響

　　根據(jù)特性阻抗值計(jì)算公式推算，導(dǎo)線(xiàn)寬度越小，特性阻抗值就越大。也就是說(shuō)導(dǎo)線(xiàn)寬度的變化比導(dǎo)線(xiàn)厚度變化對(duì)Zo的影響更為明顯。因此采用改變和控制導(dǎo)線(xiàn)寬度是控制印制電路板特性阻抗值和變化范圍的最根本的技術(shù)途徑與工藝方法。目前多數(shù)高頻電路和高速數(shù)字線(xiàn)路的信號(hào)傳輸線(xiàn)的寬度小于或等于0.10毫米。所以采用將導(dǎo)線(xiàn)變窄的工藝方法，是達(dá)到提高高頻電路和高速數(shù)字線(xiàn)路Zo的一個(gè)重要的工藝方法。

　　控制導(dǎo)線(xiàn)寬度的關(guān)鍵是如何通過(guò)印制板加工過(guò)程的控制，達(dá)到設(shè)計(jì)所預(yù)定的Zo值或控制Zo在設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍內(nèi)。由于所選擇的基材和完成設(shè)計(jì)后介質(zhì)常數(shù)、介質(zhì)厚度和導(dǎo)線(xiàn)厚度等基本參數(shù)相對(duì)固定下來(lái)。雖然導(dǎo)線(xiàn)厚度和介質(zhì)厚度會(huì)受到加工的影響，但在濕法加工中的機(jī)械刷板和微蝕會(huì)使銅箔層的厚度變薄，有利于Zo提高。但必須提及的就是在制造埋孔/盲孔互連和外層電路圖形的孔化和電鍍又會(huì)增加銅箔的厚度不利于Zo提高。

　　14.17.5.2 導(dǎo)線(xiàn)寬度的控制

　　導(dǎo)線(xiàn)寬度的控制對(duì)高頻電路和高速數(shù)字線(xiàn)路信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)際意義，就是信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中，如果印制板的信號(hào)傳輸線(xiàn)的特性阻抗值Zo與兩個(gè)元件的“電子阻抗”相匹配時(shí)，信號(hào)從驅(qū)動(dòng)元件輸出經(jīng)過(guò)印制電路板信號(hào)傳輸線(xiàn)送到接受元件處，其信號(hào)之能量完整的傳輸，這種情況是非常理想的狀態(tài)(實(shí)際上接受元件的阻抗要大于驅(qū)動(dòng)元件的阻抗才合理)。一旦印制電路板的傳輸線(xiàn)特性阻抗值Zo不匹配而發(fā)生偏差，則將會(huì)造成信號(hào)傳輸過(guò)程中發(fā)生反射，散失，衰減或時(shí)間延遲等問(wèn)題。這就要求所制造的導(dǎo)線(xiàn)寬度一致性要好，使特殊性阻抗值在信號(hào)傳輸線(xiàn)上的任何一點(diǎn)都非常均等。但是，在實(shí)際生過(guò)程中，很多影響因素在起作用，要求制造出非常理想的傳輸線(xiàn)是不現(xiàn)實(shí)的。實(shí)質(zhì)上在多層板中的傳輸線(xiàn)的橫截面尺寸一致性和介質(zhì)厚度均勻性的控制，關(guān)鍵是傳輸線(xiàn)截面積尺寸一致性和完整性問(wèn)題。從實(shí)際生產(chǎn)出發(fā)，工藝在制定工藝對(duì)策時(shí)，將傳輸線(xiàn)橫截面積尺寸控制與規(guī)定與特性阻抗值相適應(yīng)的范圍以?xún)?nèi)。

　　導(dǎo)線(xiàn)寬度控制的目的就是將具有高密度，高精度多層電路板中具有精細(xì)線(xiàn)寬/間距控制在設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍以?xún)?nèi)。高密度印制電路板的傳輸線(xiàn)寬度/間距都相當(dāng)精細(xì)，其導(dǎo)線(xiàn)寬度/間距已處于0.15-->0.13 -->0.10-->0.08-->0.05(mm)。要制作很精細(xì)導(dǎo)線(xiàn)，將涉及到一系列的工藝技術(shù)和工藝裝備、工藝環(huán)境等諸多方面的問(wèn)題。

　　根據(jù)上述原因分析，就必須對(duì)需進(jìn)行的每道工序，有針對(duì)性地制定出有效的工藝對(duì)策。以便更有效地進(jìn)行技術(shù)性控制。

　　1線(xiàn)寬的精度控制

　　常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的印制板導(dǎo)線(xiàn)寬度偏差允許±20%，對(duì)于非傳輸線(xiàn)的一般電子產(chǎn)品用的印制板導(dǎo)線(xiàn)精度而言，已經(jīng)能完全滿(mǎn)足技術(shù)要求。但對(duì)有特性阻抗值要求的信號(hào)傳輸線(xiàn)而言，導(dǎo)線(xiàn)寬偏差在此數(shù)據(jù)之間顯然是不能滿(mǎn)足它的技術(shù)要求。因此，常規(guī)的線(xiàn)寬精度控制規(guī)定已不適用于信號(hào)傳輸線(xiàn)要求，必須根據(jù)傳輸線(xiàn)傳輸信號(hào)的特性來(lái)確定傳輸線(xiàn)寬度的誤差精度與控制。這些技術(shù)要求還可以根據(jù)特性阻抗值計(jì)算公式中已知的介質(zhì)厚度，導(dǎo)線(xiàn)厚度和Zo偏差值計(jì)算出導(dǎo)線(xiàn)的精度控制大小。

　　導(dǎo)線(xiàn)寬度的精度控制最有效的工藝方法，就是從所使用的底片開(kāi)始、圖形轉(zhuǎn)移、蝕刻等關(guān)鍵工序進(jìn)行跟.蹤并對(duì)導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行計(jì)量，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，從中分析導(dǎo)線(xiàn)精度的誤差是否在工藝規(guī)定的范圍以?xún)?nèi)變化。因?yàn)楹芏喙ば虻挠绊懸蛩厥菍儆趧?dòng)態(tài)變化，精度的一致性和重復(fù)性就有可能產(chǎn)生偏差。但是，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)的精度變化在規(guī)定期范圍內(nèi)就可通過(guò)。

　　2 采用超薄銅箔基板材料

　　采用較薄銅箔基材，不僅能制造出薄的導(dǎo)線(xiàn)厚度有利于改善和提高Zo值，而且還能有效地制造和控制導(dǎo)線(xiàn)寬度及其完整性，從而達(dá)到穩(wěn)定特性阻抗值的目的。

　　從印制電路板制造角度分析，要解決特性阻抗值穩(wěn)定在設(shè)計(jì)所要求的數(shù)據(jù)內(nèi)，首先要考慮對(duì)基材的選擇。根據(jù)計(jì)算公式得知，其與基材表面覆蓋的銅箔厚度有很大的關(guān)聯(lián)，也就說(shuō)銅箔越薄越好控制導(dǎo)線(xiàn)的線(xiàn)寬精度。于是銅箔厚度從原所采用的制作精細(xì)線(xiàn)寬/間距用的18μm至于12μm、9μm、5μm等。這種發(fā)展的趨勢(shì)證明，制造印制電路板的技術(shù)難度增加。因?yàn)槭褂帽°~箔不僅能制造出薄導(dǎo)線(xiàn)厚度有利于提高特性阻抗值并且有利于制造和控制導(dǎo)線(xiàn)精度及完整性，而且還能穩(wěn)定特性阻抗值。但薄銅箔進(jìn)行表面處理要非常注意。

　　3采用先進(jìn)的脈沖電鍍

　　采用脈沖全板電鍍的工藝方法，就是達(dá)到使經(jīng)過(guò)孔化和電鍍過(guò)程獲得均勻一致的鍍層厚度。因?yàn)槊}沖全板電鍍具有周期換向性的電鍍工藝方法，有利于板面與孔內(nèi)鍍層厚度的均勻性，更好地控制板面的導(dǎo)線(xiàn)厚度和導(dǎo)線(xiàn)的均勻度，將帶來(lái)比全板電鍍的銅鍍層更為均勻，并能獲得鍍層厚度較為一致導(dǎo)線(xiàn)厚度，因而有利于Zo的控制或減小Zo值波動(dòng)。所以，采用脈沖全板電鍍法對(duì)Zo值控制和制造精細(xì)圖形是個(gè)極佳的工藝方案。

　　14.17.5.3 導(dǎo)線(xiàn)缺陷對(duì)Zo的影響

　　印制板制造過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的導(dǎo)線(xiàn)缺陷如：導(dǎo)線(xiàn)缺口、針眼、沙眼、凹坑、凸出和毛剌等。這些缺陷導(dǎo)致導(dǎo)線(xiàn)截面積減小或改變導(dǎo)線(xiàn)的寬度和厚度尺寸，特別是對(duì)導(dǎo)線(xiàn)寬度的影響，改變了原完整導(dǎo)線(xiàn)所具有特性阻抗Zo值，其結(jié)果將造成缺陷處不同電壓信號(hào)，最終可能導(dǎo)致信號(hào)傳輸失真。因此，對(duì)于高頻信號(hào)或高速數(shù)字信號(hào)的傳輸線(xiàn)，在制造過(guò)程中要嚴(yán)格地對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的寬度和厚度進(jìn)行有效的控制，對(duì)導(dǎo)線(xiàn)整體長(zhǎng)度上的缺陷也必須更加嚴(yán)格的控制，才能生產(chǎn)出合格的或工藝規(guī)定的Zo值的信號(hào)傳輸線(xiàn)。如何才能控制導(dǎo)線(xiàn)所產(chǎn)生的缺陷，首先造成導(dǎo)線(xiàn)缺陷的原因分析：從基材銅箔表面很容易由于運(yùn)輸過(guò)程或下料不謹(jǐn)造成擠壓等，導(dǎo)致銅箔表面有凹坑；或者作業(yè)室內(nèi)凈化程度差易使灰塵落在底片表面而形成針孔或沙眼等；或者顯影過(guò)程中由于顯影時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成導(dǎo)線(xiàn)邊緣呈現(xiàn)齒形，蝕刻后使導(dǎo)線(xiàn)形成毛刺或過(guò)蝕等。因此，歸納起來(lái)有幾個(gè)方面需要嚴(yán)格地進(jìn)行控制，即：覆銅箔基材的管理和檢查；作業(yè)室內(nèi)凈化程度；曝光底片的檢查和管理；顯影與蝕刻等。

　　14.17.5.4 阻焊膜厚度對(duì)Zo值的影響

　　按常規(guī)為防止導(dǎo)線(xiàn)受大氣浸蝕易產(chǎn)生缺陷，對(duì)特性阻抗值的影響而產(chǎn)生波動(dòng)。多數(shù)采用覆蓋阻焊膜加以保護(hù)。因?yàn)閷?shí)際上導(dǎo)線(xiàn)上附加介質(zhì)厚度，會(huì)使特性阻抗Zo值相應(yīng)的增加，對(duì)于高頻信號(hào)傳輸線(xiàn)也需要控制。

　　14.17.6 多層印制電路板翹曲度的控制

　　隨著電子設(shè)備的性能提高，對(duì)多層印制電路板的翹曲度要求就越來(lái)越高，本來(lái)要求為1%~0.7%到現(xiàn)在的0.5%。如移動(dòng)通訊中手機(jī)板對(duì)基板所要求的翹曲度為0.7%~0.5%。并且還要求在高溫(235℃)條件下，翹曲度不變。因此，著手解決多層印制板翹曲質(zhì)量問(wèn)題是首當(dāng)其沖。從產(chǎn)生的搟量狀態(tài)分析，影響的因素是很多的，因?yàn)槎鄬佑≈瓢骞に嚵鞒涕L(zhǎng)，冷熱處理的機(jī)率非常高，如控制不當(dāng)，就很可能產(chǎn)生翹曲。為此，需要在以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)控制：

　　14.17.6.1 從設(shè)計(jì)方面考慮

　　從設(shè)計(jì)角度看，多層板的外形原則上為任意形狀，但從實(shí)際生產(chǎn)工藝角度考慮，不影響設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要求的情況下，盡量設(shè)計(jì)的外形簡(jiǎn)單，通常多數(shù)采用長(zhǎng)寬比例不太懸殊的長(zhǎng)方形。布局時(shí)還應(yīng)考慮散熱區(qū)域、布線(xiàn)禁區(qū)、重元器件位置以及其它與印制板的連接關(guān)系。由于印制板上銅箔和其它材料存在著熱膨脹不匹配，從而還會(huì)引起殘余應(yīng)力的存在，最終造成印制板翹曲變形。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

　　1 在布線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)，相鄰兩層的印制導(dǎo)線(xiàn)，應(yīng)采用相互垂直走線(xiàn)、或斜交、彎曲走線(xiàn)，力求避免相互平行走線(xiàn)；

　　2在一般情況下，多層板布局設(shè)計(jì)時(shí)是按電路功能進(jìn)行，外層布線(xiàn)時(shí)，要求在焊接面多布線(xiàn)，而元件面少布線(xiàn)，大面積的銅箔應(yīng)比較均勻分布在內(nèi)外層線(xiàn)路，這樣將有助于減少板的翹曲度；

　　3設(shè)計(jì)時(shí)要保持多層板各層對(duì)稱(chēng)而且最好是偶數(shù)導(dǎo)體層，因?yàn)椴粚?duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)潛伏著危險(xiǎn)，即容易產(chǎn)生基板的翹曲度；

　　4設(shè)計(jì)時(shí)還要兼顧多層板的外形尺寸和需要電裝元器件的重量來(lái)決定多層板的厚度，避免翹曲的產(chǎn)生。

　　14.17.6.2 從層壓過(guò)程控制

　　1 半固化片對(duì)翹曲度的影響

　　半固化片是由樹(shù)脂和增強(qiáng)材料構(gòu)成的一種片狀預(yù)浸材料。樹(shù)脂是處于B-階段結(jié)構(gòu)，在溫度和壓力作用下，具有可流動(dòng)性并能很快地固化和完成粘結(jié)過(guò)程，它與增強(qiáng)材料一起構(gòu)成絕緣層，是多層印制板制作中不可缺少的層壓材料之一。

　　1 在不影響板厚的情況下，盡量選擇使用厚度比較大的環(huán)氧玻璃布基材及半固化片。所謂厚度大的玻璃布意指單股紗粗織成的玻璃布，在織布和浸漬樹(shù)脂過(guò)程中抗張強(qiáng)度大，拉伸小，因而其熱應(yīng)力小，制成的多層板翹曲度小；

　　2 在選定某一型號(hào)半固化片時(shí)后，盡量采用流動(dòng)度適中的半固化片進(jìn)行層壓，因?yàn)榘牍袒牧鲃?dòng)度偏大會(huì)造成多層板翹曲；

　　3 半固化片在不同條件下儲(chǔ)存，因受到環(huán)境溫度、濕度的影響，會(huì)造成半固化片吸潮、凝膠時(shí)間下降、流動(dòng)度增大等變化。這些都不利于多層板的加工性，還會(huì)引起多層板的翹曲。最適合的儲(chǔ)存條件是在溫度10~21℃下真空條件存放，有效期為3~6個(gè)月。