員工培訓實用基礎教程之PCB

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14.17.3 介質厚度對Zo的影響

　　從計算公式可以看出，特性阻抗Zo是與介質厚度的自然對數(shù)成正比的，這也就是說介質量越厚其Zo就越大。在相同介質材料和厚度情況下，決定于其結構形式，微帶線結構的設計要比帶線結構設計時，具有較高的特性阻抗值。因此，對高頻和高速數(shù)字的信號傳輸多數(shù)采用微帶線結構設計。在多層印制板制造中，還要特別注意的是，隨著導體布線密度的增加，如介質厚度增加將會引起電磁干擾的增加。要控制厚度的變化，就必須選擇低介質常數(shù)的基材，有利用采用較薄的介質層厚度。

　　14.17.4 銅箔厚度對Zo的影響

　　從計算公式可以看出銅箔厚度也是影響特性阻抗值一個重要的因素，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，但其厚度變化不會對特性阻抗值產生較大的影響。重要的是能夠制作精細導線達到提高和控制特性阻抗值的目的。

　　14.17.5 加工過程對Zo的影響

　　設計過程中對多層印制板的特性阻抗值數(shù)據(jù)確定后，關鍵是要對生產過程的數(shù)據(jù)變化進行有效地控制，因為加工過程對特性阻抗值影響因素比較多，控制起來難度就會更大，也很復雜。因此，針對需進行的每道工序進行分析，從中找出直接影響特性阻抗值的諸因素，才能更有效地進行控制。

　　14.17.5.1 導線寬度對Zo的影響

　　根據(jù)特性阻抗值計算公式推算，導線寬度越小，特性阻抗值就越大。也就是說導線寬度的變化比導線厚度變化對Zo的影響更為明顯。因此采用改變和控制導線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途徑與工藝方法。目前多數(shù)高頻電路和高速數(shù)字線路的信號傳輸線的寬度小于或等于0.10毫米。所以采用將導線變窄的工藝方法，是達到提高高頻電路和高速數(shù)字線路Zo的一個重要的工藝方法。

　　控制導線寬度的關鍵是如何通過印制板加工過程的控制，達到設計所預定的Zo值或控制Zo在設計規(guī)定的范圍內。由于所選擇的基材和完成設計后介質常數(shù)、介質厚度和導線厚度等基本參數(shù)相對固定下來。雖然導線厚度和介質厚度會受到加工的影響，但在濕法加工中的機械刷板和微蝕會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增加銅箔的厚度不利于Zo提高。

　　14.17.5.2 導線寬度的控制

　　導線寬度的控制對高頻電路和高速數(shù)字線路信號傳輸?shù)膶嶋H意義，就是信號在傳輸?shù)倪^程中，如果印制板的信號傳輸線的特性阻抗值Zo與兩個元件的“電子阻抗”相匹配時，信號從驅動元件輸出經過印制電路板信號傳輸線送到接受元件處，其信號之能量完整的傳輸，這種情況是非常理想的狀態(tài)(實際上接受元件的阻抗要大于驅動元件的阻抗才合理)。一旦印制電路板的傳輸線特性阻抗值Zo不匹配而發(fā)生偏差，則將會造成信號傳輸過程中發(fā)生反射，散失，衰減或時間延遲等問題。這就要求所制造的導線寬度一致性要好，使特殊性阻抗值在信號傳輸線上的任何一點都非常均等。但是，在實際生過程中，很多影響因素在起作用，要求制造出非常理想的傳輸線是不現(xiàn)實的。實質上在多層板中的傳輸線的橫截面尺寸一致性和介質厚度均勻性的控制，關鍵是傳輸線截面積尺寸一致性和完整性問題。從實際生產出發(fā)，工藝在制定工藝對策時，將傳輸線橫截面積尺寸控制與規(guī)定與特性阻抗值相適應的范圍以內。

　　導線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線寬/間距控制在設計規(guī)定的范圍以內。高密度印制電路板的傳輸線寬度/間距都相當精細，其導線寬度/間距已處于0.15-->0.13 -->0.10-->0.08-->0.05(mm)。要制作很精細導線，將涉及到一系列的工藝技術和工藝裝備、工藝環(huán)境等諸多方面的問題。

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

　　1線寬的精度控制

　　常規(guī)標準所規(guī)定的印制板導線寬度偏差允許±20%，對于非傳輸線的一般電子產品用的印制板導線精度而言，已經能完全滿足技術要求。但對有特性阻抗值要求的信號傳輸線而言，導線寬偏差在此數(shù)據(jù)之間顯然是不能滿足它的技術要求。因此，常規(guī)的線寬精度控制規(guī)定已不適用于信號傳輸線要求，必須根據(jù)傳輸線傳輸信號的特性來確定傳輸線寬度的誤差精度與控制。這些技術要求還可以根據(jù)特性阻抗值計算公式中已知的介質厚度，導線厚度和Zo偏差值計算出導線的精度控制大小。

　　導線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始、圖形轉移、蝕刻等關鍵工序進行跟.蹤并對導線進行計量，然后進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，從中分析導線精度的誤差是否在工藝規(guī)定的范圍以內變化。因為很多工序的影響因素是屬于動態(tài)變化，精度的一致性和重復性就有可能產生偏差。但是，經過統(tǒng)計的數(shù)據(jù)的精度變化在規(guī)定期范圍內就可通過。

　　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線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線寬度及其完整性，從而達到穩(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)定在設計所要求的數(shù)據(jù)內，首先要考慮對基材的選擇。根據(jù)計算公式得知，其與基材表面覆蓋的銅箔厚度有很大的關聯(lián)，也就說銅箔越薄越好控制導線的線寬精度。于是銅箔厚度從原所采用的制作精細線寬/間距用的18μm至于12μm、9μm、5μm等。這種發(fā)展的趨勢證明，制造印制電路板的技術難度增加。因為使用薄銅箔不僅能制造出薄導線厚度有利于提高特性阻抗值并且有利于制造和控制導線精度及完整性，而且還能穩(wěn)定特性阻抗值。但薄銅箔進行表面處理要非常注意。

　　3采用先進的脈沖電鍍

　　采用脈沖全板電鍍的工藝方法，就是達到使經過孔化和電鍍過程獲得均勻一致的鍍層厚度。因為脈沖全板電鍍具有周期換向性的電鍍工藝方法，有利于板面與孔內鍍層厚度的均勻性，更好地控制板面的導線厚度和導線的均勻度，將帶來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線厚度，因而有利于Zo的控制或減小Zo值波動。所以，采用脈沖全板電鍍法對Zo值控制和制造精細圖形是個極佳的工藝方案。

　　14.17.5.3 導線缺陷對Zo的影響

　　印制板制造過程中經常出現(xiàn)的導線缺陷如：導線缺口、針眼、沙眼、凹坑、凸出和毛剌等。這些缺陷導致導線截面積減小或改變導線的寬度和厚度尺寸，特別是對導線寬度的影響，改變了原完整導線所具有特性阻抗Zo值，其結果將造成缺陷處不同電壓信號，最終可能導致信號傳輸失真。因此，對于高頻信號或高速數(shù)字信號的傳輸線，在制造過程中要嚴格地對導線的寬度和厚度進行有效的控制，對導線整體長度上的缺陷也必須更加嚴格的控制，才能生產出合格的或工藝規(guī)定的Zo值的信號傳輸線。如何才能控制導線所產生的缺陷，首先造成導線缺陷的原因分析：從基材銅箔表面很容易由于運輸過程或下料不謹造成擠壓等，導致銅箔表面有凹坑；或者作業(yè)室內凈化程度差易使灰塵落在底片表面而形成針孔或沙眼等；或者顯影過程中由于顯影時間過長，造成導線邊緣呈現(xiàn)齒形，蝕刻后使導線形成毛刺或過蝕等。因此，歸納起來有幾個方面需要嚴格地進行控制，即：覆銅箔基材的管理和檢查；作業(yè)室內凈化程度；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Zo值的影響

　　按常規(guī)為防止導線受大氣浸蝕易產生缺陷，對特性阻抗值的影響而產生波動。多數(shù)采用覆蓋阻焊膜加以保護。因為實際上導線上附加介質厚度，會使特性阻抗Zo值相應的增加，對于高頻信號傳輸線也需要控制。

　　14.17.6 多層印制電路板翹曲度的控制

　　隨著電子設備的性能提高，對多層印制電路板的翹曲度要求就越來越高，本來要求為1%~0.7%到現(xiàn)在的0.5%。如移動通訊中手機板對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量問題是首當其沖。從產生的搟量狀態(tài)分析，影響的因素是很多的，因為多層印制板工藝流程長，冷熱處理的機率非常高，如控制不當，就很可能產生翹曲。為此，需要在以下幾個方面實現(xiàn)控制：

　　14.17.6.1 從設計方面考慮

　　從設計角度看，多層板的外形原則上為任意形狀，但從實際生產工藝角度考慮，不影響設計結構要求的情況下，盡量設計的外形簡單，通常多數(shù)采用長寬比例不太懸殊的長方形。布局時還應考慮散熱區(qū)域、布線禁區(qū)、重元器件位置以及其它與印制板的連接關系。由于印制板上銅箔和其它材料存在著熱膨脹不匹配，從而還會引起殘余應力的存在，最終造成印制板翹曲變形。因此，設計時應注意以下幾個問題：

　　1 在布線設計時，相鄰兩層的印制導線，應采用相互垂直走線、或斜交、彎曲走線，力求避免相互平行走線；

　　2在一般情況下，多層板布局設計時是按電路功能進行，外層布線時，要求在焊接面多布線，而元件面少布線，大面積的銅箔應比較均勻分布在內外層線路，這樣將有助于減少板的翹曲度；

　　3設計時要保持多層板各層對稱而且最好是偶數(shù)導體層，因為不對稱的結構潛伏著危險，即容易產生基板的翹曲度；

　　4設計時還要兼顧多層板的外形尺寸和需要電裝元器件的重量來決定多層板的厚度，避免翹曲的產生。

　　14.17.6.2 從層壓過程控制

　　1 半固化片對翹曲度的影響

　　半固化片是由樹脂和增強材料構成的一種片狀預浸材料。樹脂是處于B-階段結構，在溫度和壓力作用下，具有可流動性并能很快地固化和完成粘結過程，它與增強材料一起構成絕緣層，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，在織布和浸漬樹脂過程中抗張強度大，拉伸小，因而其熱應力小，制成的多層板翹曲度??；

　　2 在選定某一型號半固化片時后，盡量采用流動度適中的半固化片進行層壓，因為半固化片的流動度偏大會造成多層板翹曲；

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