员工培训实用基础教程之PCB

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14.17.3 介质厚度对Zo的影响

　　从计算公式可以看出，特性阻抗Zo是与介质厚度的自然对数成正比的，这也就是说介质量越厚其Zo就越大。在相同介质材料和厚度情况下，决定于其结构形式，微带线结构的设计要比带线结构设计时，具有较高的特性阻抗值。因此，对高频和高速数字的信号传输多数采用微带线结构设计。在多层印制板制造中，还要特别注意的是，随着导体布线密度的增加，如介质厚度增加将会引起电磁干扰的增加。要控制厚度的变化，就必须选择低介质常数的基材，有利用采用较薄的介质层厚度。

　　14.17.4 铜箔厚度对Zo的影响

　　从计算公式可以看出铜箔厚度也是影响特性阻抗值一个重要的因素，铜箔厚度越厚，其特性阻抗值就越小，但其变化的范围却很小。因此，采用薄铜箔虽然可获得较高的Zo值，但其厚度变化不会对特性阻抗值产生较大的影响。重要的是能够制作精细导线达到提高和控制特性阻抗值的目的。

　　14.17.5 加工过程对Zo的影响

　　设计过程中对多层印制板的特性阻抗值数据确定后，关键是要对生产过程的数据变化进行有效地控制，因为加工过程对特性阻抗值影响因素比较多，控制起来难度就会更大，也很复杂。因此，针对需进行的每道工序进行分析，从中找出直接影响特性阻抗值的诸因素，才能更有效地进行控制。

　　14.17.5.1 导线宽度对Zo的影响

　　根据特性阻抗值计算公式推算，导线宽度越小，特性阻抗值就越大。也就是说导线宽度的变化比导线厚度变化对Zo的影响更为明显。因此采用改变和控制导线宽度是控制印制电路板特性阻抗值和变化范围的最根本的技术途径与工艺方法。目前多数高频电路和高速数字线路的信号传输线的宽度小于或等于0.10毫米。所以采用将导线变窄的工艺方法，是达到提高高频电路和高速数字线路Zo的一个重要的工艺方法。

　　控制导线宽度的关键是如何通过印制板加工过程的控制，达到设计所预定的Zo值或控制Zo在设计规定的范围内。由于所选择的基材和完成设计后介质常数、介质厚度和导线厚度等基本参数相对固定下来。虽然导线厚度和介质厚度会受到加工的影响，但在湿法加工中的机械刷板和微蚀会使铜箔层的厚度变薄，有利于Zo提高。但必须提及的就是在制造埋孔/盲孔互连和外层电路图形的孔化和电镀又会增加铜箔的厚度不利于Zo提高。

　　14.17.5.2 导线宽度的控制

　　导线宽度的控制对高频电路和高速数字线路信号传输的实际意义，就是信号在传输的过程中，如果印制板的信号传输线的特性阻抗值Zo与两个元件的“电子阻抗”相匹配时，信号从驱动元件输出经过印制电路板信号传输线送到接受元件处，其信号之能量完整的传输，这种情况是非常理想的状态(实际上接受元件的阻抗要大于驱动元件的阻抗才合理)。一旦印制电路板的传输线特性阻抗值Zo不匹配而发生偏差，则将会造成信号传输过程中发生反射，散失，衰减或时间延迟等问题。这就要求所制造的导线宽度一致性要好，使特殊性阻抗值在信号传输线上的任何一点都非常均等。但是，在实际生过程中，很多影响因素在起作用，要求制造出非常理想的传输线是不现实的。实质上在多层板中的传输线的横截面尺寸一致性和介质厚度均匀性的控制，关键是传输线截面积尺寸一致性和完整性问题。从实际生产出发，工艺在制定工艺对策时，将传输线横截面积尺寸控制与规定与特性阻抗值相适应的范围以内。

　　导线宽度控制的目的就是将具有高密度，高精度多层电路板中具有精细线宽/间距控制在设计规定的范围以内。高密度印制电路板的传输线宽度/间距都相当精细，其导线宽度/间距已处于0.15-->0.13 -->0.10-->0.08-->0.05(mm)。要制作很精细导线，将涉及到一系列的工艺技术和工艺装备、工艺环境等诸多方面的问题。

　　根据上述原因分析，就必须对需进行的每道工序，有针对性地制定出有效的工艺对策。以便更有效地进行技术性控制。

　　1线宽的精度控制

　　常规标准所规定的印制板导线宽度偏差允许±20%，对于非传输线的一般电子产品用的印制板导线精度而言，已经能完全满足技术要求。但对有特性阻抗值要求的信号传输线而言，导线宽偏差在此数据之间显然是不能满足它的技术要求。因此，常规的线宽精度控制规定已不适用于信号传输线要求，必须根据传输线传输信号的特性来确定传输线宽度的误差精度与控制。这些技术要求还可以根据特性阻抗值计算公式中已知的介质厚度，导线厚度和Zo偏差值计算出导线的精度控制大小。

　　导线宽度的精度控制最有效的工艺方法，就是从所使用的底片开始、图形转移、蚀刻等关键工序进行跟.踪并对导线进行计量，然后进行数据统计，从中分析导线精度的误差是否在工艺规定的范围以内变化。因为很多工序的影响因素是属于动态变化，精度的一致性和重复性就有可能产生偏差。但是，经过统计的数据的精度变化在规定期范围内就可通过。

　　2 采用超薄铜箔基板材料

　　采用较薄铜箔基材，不仅能制造出薄的导线厚度有利于改善和提高Zo值，而且还能有效地制造和控制导线宽度及其完整性，从而达到稳定特性阻抗值的目的。

　　从印制电路板制造角度分析，要解决特性阻抗值稳定在设计所要求的数据内，首先要考虑对基材的选择。根据计算公式得知，其与基材表面覆盖的铜箔厚度有很大的关联，也就说铜箔越薄越好控制导线的线宽精度。于是铜箔厚度从原所采用的制作精细线宽/间距用的18μm至于12μm、9μm、5μm等。这种发展的趋势证明，制造印制电路板的技术难度增加。因为使用薄铜箔不仅能制造出薄导线厚度有利于提高特性阻抗值并且有利于制造和控制导线精度及完整性，而且还能稳定特性阻抗值。但薄铜箔进行表面处理要非常注意。

　　3采用先进的脉冲电镀

　　采用脉冲全板电镀的工艺方法，就是达到使经过孔化和电镀过程获得均匀一致的镀层厚度。因为脉冲全板电镀具有周期换向性的电镀工艺方法，有利于板面与孔内镀层厚度的均匀性，更好地控制板面的导线厚度和导线的均匀度，将带来比全板电镀的铜镀层更为均匀，并能获得镀层厚度较为一致导线厚度，因而有利于Zo的控制或减小Zo值波动。所以，采用脉冲全板电镀法对Zo值控制和制造精细图形是个极佳的工艺方案。

　　14.17.5.3 导线缺陷对Zo的影响

　　印制板制造过程中经常出现的导线缺陷如：导线缺口、针眼、沙眼、凹坑、凸出和毛剌等。这些缺陷导致导线截面积减小或改变导线的宽度和厚度尺寸，特别是对导线宽度的影响，改变了原完整导线所具有特性阻抗Zo值，其结果将造成缺陷处不同电压信号，最终可能导致信号传输失真。因此，对于高频信号或高速数字信号的传输线，在制造过程中要严格地对导线的宽度和厚度进行有效的控制，对导线整体长度上的缺陷也必须更加严格的控制，才能生产出合格的或工艺规定的Zo值的信号传输线。如何才能控制导线所产生的缺陷，首先造成导线缺陷的原因分析：从基材铜箔表面很容易由于运输过程或下料不谨造成挤压等，导致铜箔表面有凹坑；或者作业室内净化程度差易使灰尘落在底片表面而形成针孔或沙眼等；或者显影过程中由于显影时间过长，造成导线边缘呈现齿形，蚀刻后使导线形成毛刺或过蚀等。因此，归纳起来有几个方面需要严格地进行控制，即：覆铜箔基材的管理和检查；作业室内净化程度；曝光底片的检查和管理；显影与蚀刻等。

　　14.17.5.4 阻焊膜厚度对Zo值的影响

　　按常规为防止导线受大气浸蚀易产生缺陷，对特性阻抗值的影响而产生波动。多数采用覆盖阻焊膜加以保护。因为实际上导线上附加介质厚度，会使特性阻抗Zo值相应的增加，对于高频信号传输线也需要控制。

　　14.17.6 多层印制电路板翘曲度的控制

　　随着电子设备的性能提高，对多层印制电路板的翘曲度要求就越来越高，本来要求为1%~0.7%到现在的0.5%。如移动通讯中手机板对基板所要求的翘曲度为0.7%~0.5%。并且还要求在高温(235℃)条件下，翘曲度不变。因此，着手解决多层印制板翘曲质量问题是首当其冲。从产生的擀量状态分析，影响的因素是很多的，因为多层印制板工艺流程长，冷热处理的机率非常高，如控制不当，就很可能产生翘曲。为此，需要在以下几个方面实现控制：

　　14.17.6.1 从设计方面考虑

　　从设计角度看，多层板的外形原则上为任意形状，但从实际生产工艺角度考虑，不影响设计结构要求的情况下，尽量设计的外形简单，通常多数采用长宽比例不太悬殊的长方形。布局时还应考虑散热区域、布线禁区、重元器件位置以及其它与印制板的连接关系。由于印制板上铜箔和其它材料存在着热膨胀不匹配，从而还会引起残余应力的存在，最终造成印制板翘曲变形。因此，设计时应注意以下几个问题：

　　1 在布线设计时，相邻两层的印制导线，应采用相互垂直走线、或斜交、弯曲走线，力求避免相互平行走线；

　　2在一般情况下，多层板布局设计时是按电路功能进行，外层布线时，要求在焊接面多布线，而元件面少布线，大面积的铜箔应比较均匀分布在内外层线路，这样将有助于减少板的翘曲度；

　　3设计时要保持多层板各层对称而且最好是偶数导体层，因为不对称的结构潜伏着危险，即容易产生基板的翘曲度；

　　4设计时还要兼顾多层板的外形尺寸和需要电装元器件的重量来决定多层板的厚度，避免翘曲的产生。

　　14.17.6.2 从层压过程控制

　　1 半固化片对翘曲度的影响

　　半固化片是由树脂和增强材料构成的一种片状预浸材料。树脂是处于B-阶段结构，在温度和压力作用下，具有可流动性并能很快地固化和完成粘结过程，它与增强材料一起构成绝缘层，是多层印制板制作中不可缺少的层压材料之一。

　　1 在不影响板厚的情况下，尽量选择使用厚度比较大的环氧玻璃布基材及半固化片。所谓厚度大的玻璃布意指单股纱粗织成的玻璃布，在织布和浸渍树脂过程中抗张强度大，拉伸小，因而其热应力小，制成的多层板翘曲度小；

　　2 在选定某一型号半固化片时后，尽量采用流动度适中的半固化片进行层压，因为半固化片的流动度偏大会造成多层板翘曲；

　　3 半固化片在不同条件下储存，因受到环境温度、湿度的影响，会造成半固化片吸潮、凝胶时间下降、流动度增大等变化。这些都不利于多层板的加工性，还会引起多层板的翘曲。最适合的储存条件是在温度10~21℃下真空条件存放，有效期为3~6个月。