PCB結構加工流程線路阻抗控制線路阻抗計算介紹forupdate課件

1、PCB結構加工流程線路阻抗控制線路阻抗計算介紹forupdatePCB結構加工流程線路阻抗控制線路阻抗計算介紹forupdatePCB結構加工流程線路阻抗控制線路阻抗計算介紹forupdateSummary2PCB 結構PCB 加工流程PCB 線路阻抗控制PCB 線路阻抗計算方法SummaryPCB 結構PCB 加工流程PCB 線路阻抗控制PCB 線路阻抗計算方法PCB結構PCB的板材覆銅板(copper clad laminate，簡寫為CCL)是由木漿紙或玻纖布等作為增強材料，浸以樹脂，單面或雙面覆以銅箔，經(jīng)熱壓而成的一種板狀材料。覆銅板的結構包括了基板、銅箔、覆銅板粘合劑等。當它用于多層

2、板生產(chǎn)時，也叫芯板（CORE）。覆銅板種類一般按基板的增強材料不同，可劃分為：紙基、玻璃纖維布基、復合基(CM系列)、積層多層板基和特殊材料基(陶瓷、金屬芯基等)五大類。常見的玻璃纖維布基CCL有環(huán)氧樹脂(FR-4、FR-5)，它是目前最廣泛使用的玻璃纖維布基類型。備注：一般常規(guī)FR-4板料的厚度：1、0.7mm以下的板料是不含銅厚的；2、0.7mm及以上的又分為含銅和不含銅兩種。比如板厚0.7mm含銅，就是銅箔加芯板總厚度為0.7mm。如果板厚0.7mm不含銅，在實際應用中板厚加上銅箔厚度就會超過0.7mm，請注意此點區(qū)別。最薄的芯板為0.05mm。PCB結構銅箔的介紹一般按照銅箔不同的制法

3、，可分為電解銅箔(ED)和壓延銅箔(RA)兩大類。電解銅箔(Electrode Posited copper)是通過專用電解機連續(xù)生產(chǎn)出的生箔再經(jīng)表面處理而成。它是我們常用硬板PCB的銅箔材料。壓延銅箔(Rolled Copper Foil) 是將銅板經(jīng)過多次重復輥軋而制成的原箔(也叫毛箔)，根據(jù)要求進行粗化處理。由于壓延銅箔耐折性和彈性系數(shù)大于電解銅箔，故適用于柔性覆銅箔板FPC上。PCB結構電解銅箔的特點：導電性好一些；分子比較疏松，易斷；通過電鍍工藝生產(chǎn)。壓延銅箔的特點：繞曲性較好；單價比電解銅箔貴；通過涂布工藝生產(chǎn)。常用銅箔厚度類型：1/4OZ；1/3OZ；1/2OZ；1OZ；2OZ；

4、3OZ半固化片(PP)半固化片是一種片狀材料，在一定溫度和壓力作用下，具有流動性并能迅速地固化和完成粘結過程，并與載體一起構成絕緣層，俗稱半固化片或粘結片。因為英文名字叫prepreg,通常也叫PP。在實際壓制完成后因內(nèi)層殘銅率及成品銅厚等因素的影響，成品厚度通常會比原始值小10-15um左右。PCB結構半固化片(PP)為了滿足阻抗要求，需要調(diào)整PCB疊層。在實際生產(chǎn)中，同一個浸潤層最多可以使用3張半固化片(超過3張壓合時，PP經(jīng)高溫由半固化狀態(tài)轉變成液態(tài)后容易從Panel板邊流失)，且最大厚度不能超過20mil。超過此數(shù)據(jù)需要考慮增加芯板來制作，可以把芯板兩面的銅箔蝕刻掉或者直接用光板，再在

5、兩面用半固化片粘連，這樣可以實現(xiàn)較厚的浸潤層。最少可以只用一個半固化片，但有的時候因內(nèi)層銅箔分布稀疏，或者成品銅厚太厚，需要大面積填膠，廠家出于產(chǎn)品的可靠性考慮，要求必須至少使用兩張PP。PCB結構PCB1、PCB2 使用的假八層疊層：PCB基材的常見性能指標TG：玻璃態(tài)轉化溫度，常規(guī)分為：TG130-140度（常規(guī)），TG150度（中TG)，TG170-175度(高TG)。介電常數(shù)(DK)：它是表示絕緣能力特性的一個系數(shù)。FR4通常在3.9-4.6之間，常見應用計算信號時延和特性阻抗： 信號時延計算公式： 特性阻抗計算公式：損耗角正切值（DF）：也稱損耗因子，是材料在交變力場作用下應變與應力

6、周期相位差角的正切，也等于該材料的損耗模量與儲能模量之比；通常損耗與Dk&Df關系密切，如下為介質損耗的近似計算公式：熱膨脹系數(shù)（CTE)：高溫時板子形變的性能指標；離子遷移（CAF)：影響板子的可靠性；漏電起痕指數(shù)（CTI)：有關耐高壓擊穿的參數(shù)。PCB結構PCB基材的常見性能指標TU-862HF Typical Dk/Df Value：TU-86PHF Typical Dk/Df Value：PCB結構TU-862 板材Datasheet：常見板料供應商生益、聯(lián)茂、南亞、臺耀（TU-862HF）、臺光、ISOLA NECLO 、松下、日立、 ROGERS、 ARLON 、TACONIC 等

7、。Rogers：RO4003、RO3003、RO4350(PTFE)等Tuc：862、872SLK、872SLK-SP、TU883、TU933等Panasonic：Megtron4/Megtron6等Isola：FR408HR/408等ShengYi：S1141/S1000-2等PCB結構PCB加工流程介紹內(nèi)層蝕刻(DES流程)：顯影蝕刻退膜外層蝕刻(SES流程)：顯影鍍銅鍍錫退膜蝕刻退錫為什么PCB內(nèi)外層蝕刻方法不一樣？內(nèi)層一般線寬線距較大，故有足夠的孔環(huán)間距；外層一般線路較密，空間不夠，所以這個時候就需要想辦法在不夠的空間內(nèi)達到做出線路的目的。堿性蝕刻的能力可以達到12mil的孔環(huán)，但是酸

8、性蝕刻則需要5mil左右，所以就必須使用錫將需要的線路先保護起來。內(nèi)層蝕刻用干膜作為抗蝕層，而這種感光材料相對而言耐酸不耐堿的特性，故內(nèi)層用酸性蝕刻。PCB加工流程PCB加工流程介紹為什么常規(guī)阻抗控制只能是10%的偏差？1、覆銅板來料本身的偏差；2、PCB加工過程的蝕刻偏差；3、PCB加工過程中，層壓帶來的流膠率的偏差；4、高速板材介質損耗，銅箔的表面粗糙度，PP的玻纖效應影響。PCB線路阻抗控制1、覆銅板來料本身的偏差IPC-4101剛性及多層印制板用基材規(guī)范，規(guī)定覆銅板的尺寸公差要求包括長度、寬度、厚度、垂直度、弓曲和扭曲等幾個公差要求。其中厚度及公差解釋如下：覆銅板的厚度偏差分為兩種，一

9、種厚度公差包括銅箔的厚度，另一種不包括銅箔的芯板厚度。覆銅板（包括銅箔）厚度公差分三個等級（K、L和M），從K級至M級厚度偏差漸嚴。覆銅板（不包括銅箔）厚度偏差分四個等級（A、B、C、D），從A級至D級厚度偏差漸嚴。D級為用顯微剖切法測得覆銅板上下金屬箔之間的絕緣基板的最小距離。覆銅板（包括和不包括銅箔）厚度偏差見下表：PCB線路阻抗控制2、PCB加工過程的蝕刻偏差線路蝕刻：利用感光材料，將設計的線路圖形通過曝光、顯影、蝕刻的工藝步驟，達到所需銅面線路圖形。蝕刻的目的：蝕刻的目的是將圖形轉移以后有圖形的受抗蝕劑保護的地方保留，其他未受保護的銅蝕刻掉，最終形成線路，達到導通的目的。蝕刻分類：蝕刻

10、有酸性蝕刻和堿性蝕刻兩種，通常內(nèi)層采用酸性蝕刻，濕膜或干膜為抗蝕劑。外層采用堿性蝕刻，錫鉛為抗蝕劑。內(nèi)層蝕刻(DES流程)：顯影蝕刻退膜外層蝕刻(SES流程)：顯影鍍銅鍍錫退膜蝕刻退錫PCB線路阻抗控制內(nèi)層蝕刻：外層蝕刻：2、PCB加工過程的蝕刻偏差蝕刻液在蝕刻過程中，不僅向下而且對左右各方向都產(chǎn)生蝕刻作用側蝕是不可避免的。蝕刻因子是指垂直蝕刻深度與橫向側蝕寬度(側蝕量)兩者之間的比值。側蝕是指導線每側平行板面的最外緣(含抗蝕層)與導線內(nèi)縮后的最內(nèi)緣對比時兩緣之空間距離。蝕刻因子一般在24之間。線寬越小，蝕刻的精度公差越難控制。蝕刻因子=蝕刻線厚/(抗蝕層寬度-最窄線寬)/2蝕刻過程的三種狀態(tài)

11、是：過度蝕刻、正常蝕刻和蝕刻不足。PCB線路阻抗控制3、PCB加工過程中，層壓帶來的流膠率的偏差PCB壓合原理：通過“熱與壓力”使PP結合不同內(nèi)層芯板和外層銅箔, 并利用外層銅箔作為外層線路之基地。半固化片的特性：1 RC%（Resin content)：指半固化片中除了玻纖布以外，樹脂成分所占的重量百分比。 RC%的多少直接影響到樹脂填充導線間空隙的能力，同時決定壓板后的介電層厚度。2 RF%（ Resin flow）：指壓板后，流出板外的樹脂占原來半固化片總重量的百分比。 RF%是反映樹脂流動性的指標，它也決定壓板后的介電層厚度3 VC%（volatile content）：指半固化片經(jīng)過

12、干燥后，失去的揮發(fā)成分的重量占原來半固化片總重量的百分比。VC%的多少直接影響壓板后的品質。PCB線路阻抗控制3、PCB加工過程層壓帶來的流膠率的偏差半固化片功能：1 作為內(nèi)外層線路的結合介質。2 提供適當?shù)慕^緣層厚度。半固化片是由玻纖布與樹脂組成，同一種玻纖布PP壓合后的厚度差別主要是由不同的樹脂含量來調(diào)整而不是由壓合條件來決定。3 阻抗控制。在主要四個影響因素中，Dk值及介電層厚度兩項是由半固化片片特性來決定，其Dk 值可由下列公式估算： Dk=6.01-3.34RC% RC%: 樹脂含量 %在估算阻抗時所使用的Dk 值，可依據(jù)膠片RC%作推算。PCB線路阻抗控制3、PCB加工過程層壓帶來

13、的流膠率的偏差PP填膠后的實際厚度計算如下：PP壓合后厚度= 單張PP理論厚度 填膠損失填膠損失 = (1-A面內(nèi)層銅箔殘銅率)x內(nèi)層銅箔厚度 + (1-B面內(nèi)層銅箔殘銅率)x內(nèi)層銅箔厚度內(nèi)層銅箔殘銅率=內(nèi)層走線面積/整板面積外層的填膠損失，只需計算一面，不用計算外層的殘銅率。PCB線路阻抗控制4、高速板材介質損耗，銅箔的表面粗糙度，PP的玻纖效應影響。1 介質損耗介質損耗與Dk&Df有直接關系，Dk/Df 越穩(wěn)定越好。根據(jù)時延公式1可以知道，Dk越小傳播時延也越小（傳播速度快，需要的時間就?。?，同時Dk的變化率越小阻抗也越穩(wěn)定，有利于阻抗的控制（公式2）。而從損耗公式（公式3）我們也可以知道

14、Dk/Df越?。ǚ€(wěn)定），損耗也越?。ǚ€(wěn)定），穩(wěn)定的材料參數(shù)可以在工程應用上更好的控制產(chǎn)品的性能。PCB線路阻抗控制公式1，信號時延：公式2，特性阻抗：公式3，介質損耗：4、高速板材介質損耗，銅箔的表面粗糙度，PP的玻纖效應影響。2 銅箔表面粗糙度左圖是幾種常規(guī)的銅箔對表面粗糙度的定義，其中有STD(標準銅箔)、RTF(反轉銅箔)和VLP/HVLP(低/超低表面粗糙度銅箔)，可見不同的銅箔銅牙(粗糙度)相差明顯。右圖是普通銅箔與低表面粗糙度銅箔的切片放大圖。從圖中可以直接看出銅箔粗糙度(銅牙)使線路的寬度、線間距不均勻，從而影響阻抗的不可控，最后導致一系列的高速信號完整性問題，而低表面粗糙度的銅

15、箔就不會導致類似問題。PCB線路阻抗控制4、高速板材介質損耗，銅箔的表面粗糙度，PP的玻纖效應影響。3 PP的玻纖效應目前主流的材料都是采用的“E-glass”，參照的IPC-4412A規(guī)范，常見玻纖的微觀放大如下圖所示：從上圖可知不同的玻纖對應的編織粗細不一樣，開窗和交織的厚度也不一樣。信號分別在開窗上和玻纖上所表現(xiàn)的特性(阻抗、時延、損耗)也不一樣（開窗和玻纖Dk/Df特性不一樣導致的），這就是玻纖效應。在高速信號的設計上應該盡量避免玻纖效應的影響，常用的方法是采用一定角度走線，或者在制板的時候讓板廠旋轉一定的角度(板材的利用率會有一定的下降)，或者直接采用開窗比較小的開纖布或者平織布，此

16、外用2層PP也可以適當?shù)谋苊獠＠w效應。PCB線路阻抗控制PCB1、PCB2疊層信息PCB線路阻抗計算方法微帶線介紹對于信號線而言，在板子上實現(xiàn)的形式又分為微帶線和帶狀線，兩者的不同，使得阻抗計算選擇的結構不一致。微帶線：微帶線的特點就是只有一個參考層，上面蓋綠油。下面是單端線（50）和差分線（100）的具體參數(shù)設置(參考PCB1、PCB2 L1、L6疊層阻抗)。PCB線路阻抗計算方法微帶線阻抗計算說明1、H1是表層到參考層的介質厚度，不包括參考層的銅厚；2、C1、C2、C3是綠油的厚度，其厚度對于阻抗有細微影響，這也是處理文字面時，盡量不讓絲印放置在阻抗線上的原因；3、T1是表層銅厚加電鍍的厚

17、度，1.91mil為1/3oz Copper Foil + Plating的結果；4、一般W1是板上走線的寬度，由于加工后的線為梯形，所以W2W1.一般當銅厚為1mil以上時W1-W2=1mil，當銅厚為0.5mil時W1-W2=0.5mil。PCB線路阻抗計算方法帶狀線介紹帶狀線：帶狀線是位于兩個參考平面之間的導線。下面是單端線（50）和差分線（100）的具體參數(shù)設置(參考PCB1、PCB2 L4疊層阻抗)。PCB線路阻抗計算方法帶狀線阻抗計算說明1、H1是導線到參考層之間CORE的厚度，H2是導線到參考層之間PP的厚度（考慮pp流膠情況）；如圖一所示層疊，若帶狀線在L4層，那么H1就是La

18、yer 4到Layer 5之間的介質厚度(3.94mil)，而H2則是Layer 4 到Layer 3之間的介質厚度再加上銅厚(39.02+1.2=40.22mil)。2、Er1和Er2之間的介質不同時，可以填各自對應的介電常數(shù)。3、T1的厚度一般為內(nèi)層銅厚。PCB線路阻抗計算方法特性阻抗計算公式a.微帶線(microstrip)Z=87/sqrt(Er+1.41)ln5.98H/(0.8W+T)其中，W為線寬，T為走線的銅皮厚度，H為走線到參考平面的距離，Er是PCB板材質的介電常數(shù)(dielectric constant)。此公式必須在0.1(W/H)2.0及1(Er)15的情況才能應用。b