PCB疊層與阻抗制作工藝介紹

PCB疊層與阻抗制作工藝介紹講解：尤志敏內(nèi)容簡介概念及目的阻抗的影響因素疊層規(guī)則阻抗計算我司工程與生產(chǎn)控制阻抗測試未來發(fā)展趨勢概念及目的阻抗簡單的說，在具有電阻、電感和電容的電路里，對交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。特性阻抗又稱“特征阻抗”。在高頻范圍內(nèi)，信號傳輸過程中，信號沿到達(dá)的地方，信號線和參考平面間由于電場的建立，會產(chǎn)生一個瞬間電流（I），而如果信號的輸出電平為（V），在信號傳輸過程中，傳輸線就會等效成一個電阻，大小為（V/I），把這個等效的電阻稱為傳輸線的特性阻抗Z0。特性阻抗受介電常數(shù)、介質(zhì)厚度、線寬等因素影響。概念介紹隨著信號傳輸速度的提高和高頻電路的廣泛應(yīng)用，電子產(chǎn)品的高頻、高速化，要求PCB提供的電路性能必須保證信號在傳輸過程中不發(fā)生反射，保持信號完整、不失真；PCB在電子產(chǎn)品中不僅起電流導(dǎo)通的作用,同時也起信號傳送的作用;阻抗匹配在高頻設(shè)計中是很重要的，阻抗匹配與否關(guān)系到信號的質(zhì)量優(yōu)劣。而阻抗匹配的目的主要在于傳輸線上所有高頻的微波信號皆能到達(dá)負(fù)載點，不會有信號反射回源點。因此，在有高頻信號傳輸?shù)腜CB板中，特性阻抗的控制是尤為重要的，且特性阻抗是解決信號完整性問題的核心所在；控制特性阻抗的意義概念及目的阻抗的影響因素從PCB制造的角度來講，影響阻抗的關(guān)鍵因素主要有：線寬（W1、W2）線厚（T1）介質(zhì)厚度（H1、H2）介質(zhì)常數(shù)（Dk）差分線間距（S1）Er相對電容率(原俗稱Dk介質(zhì)常數(shù))，白容生對此有研究和專門詮釋。另外表面工藝電金(或鍍金)工藝在外層線路蝕刻工藝上與其它表面工藝不同，線路補(bǔ)償有所差導(dǎo)，前者阻抗計算結(jié)果會偏大3-5ohm，因此與訂單更改表面工藝為鍍金或鍍金工藝與其他工藝切換時阻抗要重新計算。阻抗線是否覆蓋阻焊對阻抗值也有影響（單端阻抗影響約2-3ohm，差分阻抗影響約7-8ohm）。如上圖所示Z0與線寬W成反比，線寬越大，Z0越??；Z0與銅厚成反比，銅厚越厚，Z0越小；Z0與介質(zhì)厚度成正比，介質(zhì)厚度越厚，Z0越大；Z0與介質(zhì)介電常數(shù)的平方根成反比，介電常數(shù)越大，Z0越小。Z0與差分線間距成正比，差分線間距越大，Z0越大；各因素與阻抗的關(guān)系阻抗的影響因素阻抗的影響因素各因素對阻抗的影響幅度參數(shù)控制偏差Z0/ohmZ0變化率/%介質(zhì)層厚度H=6mil+10%55.755.81-10%49.69-6.25介電常數(shù)εr=4.0+0.250.71-4.22-0.255.244.80線寬W=10.0mil+10%50.19-5.26-10%55.795.89銅厚T=2.0mil+10%52.55-0.56-10%53.130.60各參數(shù)控制偏差對阻抗控制精度的影響程度阻抗的影響因素疊層規(guī)則板材與半固化片的選擇對于滿足以下條件之一者需選用高TG板材：（如IT180A、FR408HR、370HR、S1000-2）1）按照國軍標(biāo)驗收標(biāo)準(zhǔn)；

2）無鉛噴錫表面工藝；3）內(nèi)層或外層銅厚度≥3OZ；4）層數(shù)≥12層；5）設(shè)計成品板厚度≥2.5mm；6）板內(nèi)密集散熱孔（各層均直接鉆在銅皮上或花焊盤上，數(shù)量以≥3*3界定）孔徑補(bǔ)償后孔壁間距＜1.0mm其余難度的可選擇普通TG板材：如S1141、VT481優(yōu)先選用成本較低的PP成本比較：106＞3313＞2116＞7628＞1080疊層規(guī)則二.疊層設(shè)計優(yōu)先選用較厚的芯板。芯板越厚尺寸穩(wěn)定性越好，減少漲縮問題；多層板對稱層芯板厚度、類型選擇盡量一致，對稱層半固化片使用同樣也要對稱，減少因板材漲縮不一致帶來的翹曲問題；最終板厚是否可滿足設(shè)計要求；疊層設(shè)計理論厚度為完成板厚-0.1mm；板厚計算公式：理論厚度=芯板的基材厚度+半固化片理論厚度－內(nèi)層基銅厚×（1－內(nèi)層殘銅率）+各層基銅厚設(shè)計疊層時盡量少數(shù)量的使用PP，一般每兩層之間半固化片≤3張；為防止織紋顯露缺陷，含膠量較高的半固化片疊放在外層；半固化片型號的選擇，應(yīng)優(yōu)先滿足流膠問題，然后考慮其生產(chǎn)成本。含膠量比較：106＞1080＞3313＞2116＞7628。對于7628一般只能組合使用，1080和106一般不單張使用，只能和其他PP組合使用；半固化片選擇依次為（2116-3313-1080-106,優(yōu)先推薦2116，其次3313,再是組合PP,批量板次外層不推薦3313單張使用）

半固化片使用見附表：疊層規(guī)則二.疊層設(shè)計高頻材料PTFE和非PTFE類型：因高頻PP片含膠量低，結(jié)合力差容易分層，因此不可采用銅箔+PP+CORE+PP+銅箔的結(jié)構(gòu)。需采用CORE+PP+CORE的類型，另外關(guān)于單張高頻PP片的使用還需謹(jǐn)慎考慮是否會存在填膠不足、微短和分層等問題和隱患，建議至少使用2張；板材混壓：

混壓板是指不同型號材料壓合在一起，常見的混壓類型為高頻材料材料與常規(guī)FR-4材料混壓，起到節(jié)約高頻材料成本的目的；在設(shè)計混壓時，應(yīng)先遵循客戶設(shè)計要求，但顧客要求必須要滿足以下條件：同一次層壓中不允許出現(xiàn)兩種型號半固化片，尤其是不同Tg材料；多次壓合可以使用2種半固化片，但需滿足第一次壓合材料的溫度≥第二次壓合溫度。（例如：第一次壓合只使用Ro4450B，第二次只使用S0401）阻抗計算阻抗設(shè)計軟件介紹我司主要使用的阻抗設(shè)計軟件為Polar-Si8000該軟件總共包含了93種阻抗計算模式設(shè)計中常用的模式有8種，外層選用無阻焊覆蓋模式微帶線帶狀線微帶共面地帶狀共面地阻抗設(shè)計軟件介紹阻抗計算H1：阻抗線到其參考層的高度Er1：層間介質(zhì)的介電常數(shù)W1：下線寬W2：上線寬S1：線間距T1：銅厚阻抗計算外層差分無阻焊模式各項參數(shù)填寫參照前頁此種模式關(guān)鍵在于正確的填寫H1、H2H1判斷方法：1、阻抗線所在的芯板厚度；2、阻抗線大開口對應(yīng)的介質(zhì)厚度H1與H2的相同點：都是介質(zhì)厚度H1與H2的不同點：H2是含銅厚度，即其厚度為介質(zhì)厚度加上阻抗線的銅厚度。阻抗計算內(nèi)層相鄰層屏蔽模式如上圖所示，由于生產(chǎn)中蝕刻藥水對銅表面接觸的充分，而與下方接觸相對較弱，因此蝕刻出來的線寬呈梯形，且W1>W2；從圖中可知,下線寬W1所接觸的介質(zhì)為芯板,因此阻抗計算軟件中的H1值即為芯板厚度,Er1、Er2即為對應(yīng)介質(zhì)的介電常數(shù)。芯板貼膜曝光顯影蝕刻蝕刻藥水流向退膜W1W2H1阻抗計算Er1、Er2對應(yīng)的介電常數(shù)選擇常用FR4板材介電常數(shù)芯板（mm）0.0510.0750.1020.130.150.180.210.250.360.510.71≥0.8英制（mil）23.045.15.97.08.271014.52028≥31.5介電常數(shù)普通TG(S1141)3.63.653.953.953.654.23.953.954.24.14.24.2高TG(IT180A)3.93.954.254.253.954.54.254.25

4.54.44.54.5類別半固化片類型1061080331321167628Tg≤170理論實際厚度（mm）0.05130.07730.10340.11850.1951介電常數(shù)3.63.653.853.954.2IT180AS1000-2B理論實際厚度（mm）0.05110.077270.09870.11740.1933介電常數(shù)3.93.954.154.254.5常用半固化片的厚度、介電常數(shù)介質(zhì)層厚度、介電常數(shù)參數(shù)層壓測試100%殘銅率時PP厚度；介電常數(shù)通過阻抗值反推獲得（部分板材直接采用供應(yīng)商提供值）。阻抗計算內(nèi)外層銅厚及線寬上表中的參數(shù)分別為阻抗計算時的銅厚（T1）與上（W2）、下（W1）線寬取值W0和S0分別代表原始設(shè)計線寬、線距標(biāo)稱基銅規(guī)格（um）1218355070內(nèi)層計算銅厚T（mil）\0.651.25\2.56外層計算銅厚T（mil）22.22.93.33.94基銅厚上線寬（mil）下線寬（mil）線距（mil）內(nèi)層18umW0-0.1W0S0內(nèi)層35umW0-0.4W0S0內(nèi)層70umW0-1.2W0S0外層12umW0-0.6W0+0.6S0-0.6外層18umW0-0.6W0+0.7S0-0.7外層35umW0-0.9W0+0.9S0-0.9外層50umW0-1.1W0+1.1S0-1.1外層12um（全板鍍金工藝）W0-1.2W0S0外層18um（全板鍍金工藝）W0-1.2W0S0外層35um（全板鍍金工藝）W0-2.0W0S0阻抗計算外層阻抗計算存在阻焊覆蓋與無阻焊覆蓋模式，如下圖在實際生產(chǎn)中，阻焊對線路的阻抗是有影響的，但阻焊覆蓋模式在阻抗計算時參數(shù)較多，較復(fù)雜；為優(yōu)化阻抗計算，我公司技術(shù)中心通過試驗分析總結(jié)出阻焊對阻抗的影響關(guān)系,總結(jié)出如下合理的阻抗計算公式：Z0(蓋阻焊模式)=Z(不蓋阻焊模式)*0.9+3.2阻抗計算舉例說明：客戶要求外層單端阻抗為50Ω那么無阻焊模式的軟件設(shè)計值應(yīng)為：

Z=（Z0-3.2）/0.9=（50-3.2）/0.9=52Ω客戶要求外層差分阻抗為100Ω那么無阻焊模式的軟件設(shè)計值應(yīng)為：Z=（Z0-3.2）/0.9=（100-3.2）/0.9=107.5Ω阻抗計算阻抗計算若有阻抗控制要求時需提供以下信息：阻抗控制線寬、所在層、要求阻抗值、板厚、銅厚、層間介質(zhì)厚度要求（有時可能無）?？稍贕ERBER文件中說明（一般在孔位圖層）或其它文檔中進(jìn)行說明；根據(jù)設(shè)計文件選用對應(yīng)的阻抗計算模式；輸入正確的各項參數(shù)特別注意H1，H2參數(shù)的取值，其線路方向是決定H1，H2區(qū)間的關(guān)鍵；避免不同阻抗值要求的阻抗線設(shè)計為同一線寬，導(dǎo)致若需調(diào)整阻抗線寬時無法在gerber文件中準(zhǔn)確識別；如：設(shè)計文件中有4mil單端線、4/6mil、4/8mil差分線，線寬相同則在gerber中較難區(qū)分，可優(yōu)化為：4mil單端線，4.1/5.9mil、4.2/7.8mil差分線。信號層間的相互干擾（具體體現(xiàn)在對某兩層間的介質(zhì)厚度要求）線寬是否能滿足電流要求;是否可以滿足布線密度；阻抗計算中需注意的事項當(dāng)選定板材類型和完成高頻線路或高速數(shù)字線路的PCB設(shè)計之后，則特性阻抗值已確定，但是真正要做到預(yù)計的特性阻抗或?qū)嶋H控制在預(yù)計的特性阻抗值的范圍內(nèi)，只有通過PCB生產(chǎn)加工過程的管理與控制才能達(dá)到。我司的工程與生產(chǎn)控制阻抗控制難點介質(zhì)層厚度：圖形分布不均，導(dǎo)致介質(zhì)層厚度不均勻，阻抗出現(xiàn)波動、不連續(xù)。線寬：線寬/間距越來越小，線寬精度難以達(dá)到+/-10%；外層電鍍均勻性問題，銅厚受電鍍參數(shù)、圖形分布均勻性、掛板方式等因素影響，不同圖形銅厚差異大，導(dǎo)致線寬不一致；我司的工程與生產(chǎn)控制產(chǎn)品工程部根據(jù)客戶采用的板材、線寬、疊層設(shè)計，采用PolarSI8000軟件計算并調(diào)整阻抗?？蛻粼O(shè)計值允許公差≤50ohm±1.0ohm50ohm＜設(shè)計值≤75ohm±1.5ohm＞75ohm±2.0ohm工程計算阻抗值與設(shè)計值偏差要求以下調(diào)整不需確認(rèn)：（1）介質(zhì)層厚度調(diào)整≤1mil；（2）線寬、間距調(diào)整≤0.5mil。我司的工程與生產(chǎn)控制在拼板時增加阻抗測試條如右圖所示，工程在生產(chǎn)拼板中增加阻抗測試條，測試條中的阻抗線寬及參考平面與PCB文件中必須一致，保證測試條阻抗數(shù)據(jù)的有效性；編寫MI指示增加“阻抗測試”流程層壓工序中備注疊層不可更改。阻抗測試條PCBPCB我司的工程與生產(chǎn)控制工序控制要點開料1.使用C/M級（三級）公差的板材；

2.同一塊板及板與板之間的厚度偏差+/-5%。內(nèi)層干膜1.先對非阻抗板連續(xù)貼膜15min后，待各項參數(shù)穩(wěn)定后再生產(chǎn)阻抗板；

2.顯影放板有阻抗線一面朝下，如兩面都有阻抗線，阻抗線較多或線路較密的一面朝下。內(nèi)層蝕刻1.設(shè)備保養(yǎng)或藥水更新后，先生產(chǎn)非阻抗板，設(shè)備連續(xù)運行15min后，再生產(chǎn)阻抗板；

2.蝕刻放板有阻抗線控制那一面朝下放板，如兩面都有阻抗線的板，阻抗線較多或線路密集的一面朝下；

3.阻抗板必須做首板，內(nèi)層首板蝕刻后經(jīng)AOI檢查合格后方可批量生產(chǎn)；

4.負(fù)片蝕刻有阻抗要求的，首板需送物理實驗室測量阻抗。AOI1.對有阻抗要求的內(nèi)層板，必須對阻抗線及單元內(nèi)線寬進(jìn)行測量，按照每10片抽測1片的頻率；

2.阻抗線寬要求公差+/-10%，測量線寬時，測量點不少于2處。棕化阻抗板最多只能返工1次。我司的工程與生產(chǎn)控制工序控制要點層壓阻抗板壓合后，需對板厚及均勻性進(jìn)行檢測。圖形電鍍1.采用雙面整流，夾板時同一面朝向相同，最外邊夾具上應(yīng)夾夾邊條。

2.外層阻抗控制公差＜+/-10%的板，需做首板。首板需檢測銅厚、有無夾膜，線寬、阻抗測量合格后方可批量生產(chǎn)。外層蝕刻1.蝕刻時阻抗線較