劉 冬 周 剛 葉漢雄 王予州

（惠州中京電子科技股份有限公司，廣東 惠州 516008）

1 前言

伴隨著PCB產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)入信息時(shí)代，信號(hào)傳輸頻率不僅高，而且速度非常快，對(duì)PCB的性能要求也更加嚴(yán)格。有文獻(xiàn)報(bào)道：理論實(shí)踐，當(dāng)阻抗匹配時(shí)，信號(hào)線的信號(hào)傳輸值最大，當(dāng)信號(hào)在PCB導(dǎo)線中傳輸時(shí)，若導(dǎo)線的長(zhǎng)度接近信號(hào)波長(zhǎng)的1/7，此時(shí)的導(dǎo)線變成為傳輸線。另外，在傳輸頻率高的情況下，導(dǎo)線應(yīng)越短越好，頻率達(dá)200 MHz ～ 300 MHz以上時(shí)，對(duì)PCB線條要求就更加嚴(yán)格了。在多層板設(shè)計(jì)中，從提高布線密度，減薄介質(zhì)層，縮短導(dǎo)線長(zhǎng)度，減少平行線，避免互相干擾等方面來考慮，目前高速計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、軍工產(chǎn)品、雷達(dá)、通信交換機(jī)系統(tǒng)等產(chǎn)品，所以多層板提出控制阻抗值在一定范圍內(nèi)的嚴(yán)格要求，因此，有阻抗控制要求的印刷板，需在PCB制造中對(duì)板材的介電常數(shù)、導(dǎo)線的寬度和厚度、結(jié)構(gòu)等加以控制，多層板中一旦特性阻抗控制不好，造成高速傳輸信號(hào)過程中和終端出現(xiàn)損耗損失、衰減失真、信號(hào)重疊、雜亂等現(xiàn)象，因此，過去導(dǎo)線中缺口，毛刺允收的概念，對(duì)特性阻抗板來說已不再適用，特性阻抗值成為多層板品質(zhì)控制重要的內(nèi)容。

2 目的

由于廠內(nèi)9月份統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)手機(jī)板的阻抗CPK，其中（50±5）?的CPK為0.7，（50±8）?的CPK為0.82，（100±15）?（差分）的CPK為0.5，使用計(jì)算公式后阻抗的CPK值的目標(biāo)：（50±5）?，（50±8）? CPK為1.0，（100±15）?（差分）的CPK為0.8以符合產(chǎn)品制程需求。

3 實(shí)驗(yàn)方案

（1）使用我司現(xiàn)常用的半固化片（生益S1141，S1000PP）和光銅板疊料壓合后（S1141PP使用S1141的壓合條件，S1000使用S1000的壓合條件），取切片讀數(shù)（使用9點(diǎn)法取數(shù)）確定使用光銅板壓合半固化片的介質(zhì)層厚度。（和生益提供的介質(zhì)層厚度作對(duì)比）；

（2）根據(jù)半固化片不同疊料位置的介質(zhì)層厚度為成三部分作分析計(jì)算方法：

（3）分析使用計(jì)算公式計(jì)算出來的介質(zhì)層厚度與實(shí)際介質(zhì)層厚度的偏差及跟原有PPE使用的介質(zhì)層厚度計(jì)算公式作比較；

（4）對(duì)計(jì)算公式中銅厚，殘銅率等影響原因作出規(guī)范；

（5）確定計(jì)算公式的可行性及相關(guān)的跟進(jìn)。

4 過程分析

4.1 使用我司常用半固化片生益S1141，S1000PP和光銅板疊料按S1141，S1000的壓合條件進(jìn)行壓合

S1000系列PP為1080PP，2116PP，7628PP，1080LDPP（按我司現(xiàn)用半固化片樹脂含量）

S1141系列PP為1080PP，2116PP，1500PP，7628PP，1080LDPP（按我司現(xiàn)用半固化片樹脂含量）

4.2 跟現(xiàn)有生益提供各種PP壓合后介質(zhì)厚度做對(duì)比

小結(jié)：使用我司現(xiàn)常用的半固化片（生益S1141，S1000PP）和光銅板疊料壓合后（S1141PP使用S1141的壓合條件，S1000使用S1000的壓合條件），取切片讀數(shù)與現(xiàn)有半固化片（使用9點(diǎn)法取數(shù)）偏差小。

4.3 根據(jù)PP不同疊料位置的介質(zhì)層厚度分成三部分作分析計(jì)算方法

（1）半固化片＋內(nèi)層芯板（沒有埋孔/沒有經(jīng)過電鍍銅）＋半固化片的計(jì)算方法：

實(shí)際介質(zhì)層厚度＝理論厚度（使用光銅板測(cè)出的厚度）－銅厚×（1－殘銅率）

表1 S1000系列PP使用S1000的壓合程序壓合出來的介質(zhì)層厚度

表2 S1141 系列PP使用S1000的壓合程序壓合出來的介質(zhì)層厚度

表3

表4 常用半固化片按照應(yīng)的壓合程序壓合后的平均厚度

表5 現(xiàn)MI對(duì)各種介質(zhì)厚度按照下列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)

（2）內(nèi)層芯板（沒有埋孔）＋半固化片＋內(nèi)層芯板的計(jì)算方法：

實(shí)際介質(zhì)層厚度＝理論厚度（使用光銅板測(cè)出的厚度）－銅厚1×（1－殘銅率1）－銅厚2×（1－殘銅率2）

（3）半固化片＋內(nèi)層芯板（埋孔/經(jīng)過電鍍）＋半固化片的計(jì)算方法：

實(shí)際介質(zhì)層厚度＝理論厚度×系數(shù)－銅厚×（1－殘銅率）－3.14X(埋孔孔徑/2)2X（板厚/2）X孔數(shù))/板面積（埋孔不包括：工具孔和連接孔）

備注：理論厚度是使用半固化片和光銅板壓合后的平均介質(zhì)層厚度

（4）統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)板使用計(jì)算公式計(jì)算出現(xiàn)的厚度與實(shí)際厚度的偏差和原有PPE對(duì)各種介質(zhì)厚度與實(shí)際厚度的偏差作對(duì)比：

①半固化片＋內(nèi)層芯板（沒有埋孔/沒有經(jīng)過電鍍銅）＋半固化片壓合后的介質(zhì)層厚度：計(jì)算公式為：

實(shí)際介質(zhì)層厚度＝理論厚度（使用光銅板測(cè)出的厚度）－銅厚×（1－殘銅率）

計(jì)算公式和原有PPE使用的厚度與實(shí)際厚度的偏差（S10002116PP）。

計(jì)算公式的厚度與實(shí)際厚度偏差和現(xiàn)PPE使用設(shè)計(jì)厚度與實(shí)際厚度偏差的平均值：

計(jì)算公式厚度偏差：3.12%

原有半固化片厚度偏差：3.43%

②計(jì)算公式和原有PPE使用的厚度與實(shí)際厚度的偏差：（S10007628PP）。

計(jì)算公式的厚度與實(shí)際厚度偏差和現(xiàn)PPE使用設(shè)計(jì)厚度與實(shí)際厚度偏差的平均值：

計(jì)算公式厚度偏差：2.98%

原有半固化片厚度偏差：5.50%

（5）內(nèi)層芯板（沒有埋孔）＋半固化片＋內(nèi)層芯板的計(jì)算方法：

實(shí)際介質(zhì)層厚度＝理論厚度（使用光銅板測(cè)出的厚度）－銅厚1×（1－殘銅率1）－銅厚2×（1－殘銅率2）

①計(jì)算公式和原有PPE使用的厚度與實(shí)際厚度的偏差（以S1000 2116PP為例）

式中，A和B為目標(biāo)光譜和參考光譜，θ為兩光譜矢量之間的夾角，θ越小相似度越高即cosθ越接近于1時(shí)相似度越高.

計(jì)算公式的厚度與實(shí)際厚度偏差和現(xiàn)PPE使用設(shè)計(jì)厚度與實(shí)際厚度偏差的平均值：

計(jì)算公式厚度偏差：5.06%

原有半固化片厚度偏差：6.57%

（6）半固化片＋內(nèi)層芯板（埋孔/經(jīng)過電鍍）＋半固化片的計(jì)算方法：

實(shí)際介質(zhì)層厚度＝理論厚度×系數(shù)－銅厚×（1－殘銅率）－3.14X（埋孔孔徑/2）2X（板厚/2）X孔數(shù)）/板面積（埋孔不包括：工具孔和連結(jié)孔）（這類結(jié)構(gòu)是指：1080LDPP）

①計(jì)算公式和原有PPE使用的厚度與實(shí)際厚度的偏差：

計(jì)算公式的厚度與實(shí)際厚度偏差和現(xiàn)PPE使用設(shè)計(jì)厚度與實(shí)際厚度偏差的平均值：

計(jì)算公式厚度偏差（埋孔）：5.07%

小結(jié)： 通過數(shù)據(jù)分析使用計(jì)算公式計(jì)算出來的介質(zhì)層厚度比原有PPE使用的介質(zhì)層計(jì)算公式厚度偏差小。

4.4 計(jì)算公式中銅厚，殘銅率等影響因素的確認(rèn)

4.4.1 介質(zhì)層厚度計(jì)算公式中的影響因素

理論厚度：取使用光銅板和各類半固化片壓合后的平均壓合厚度：

銅厚：芯板底銅為HOZ銅厚按15.5μm，底銅為1 OZ的銅厚按32μm計(jì)算。（沒有電鍍銅厚）

對(duì)有埋孔（有電鍍層）：底銅＋工作單要求孔壁銅厚；

殘銅率：尋找整板的殘銅率和UNIT殘銅率的關(guān)系，確定是否通過計(jì)算公式計(jì)算出整板的殘銅率；

（1）殘銅率計(jì)算公式：array框加銅面積計(jì)算公式＝（aXbX系數(shù)X2/25.4/25.4）

①系數(shù)＝0.37（查菲林中array框銅面積的比例，我司手機(jī)板現(xiàn)均用這個(gè)系數(shù)）

②板框銅面積計(jì)算公式＝[(AXBX2/25.4)＋(CXDX2/25.4)]X系數(shù)

③正片板系數(shù)＝0.56，負(fù)片板系數(shù)＝0.63（查菲林中板框銅面積的比例）

（2）整板殘銅率計(jì)算公式＝[(UNIT銅面積Xarray中的UNIT數(shù)+array框邊面積)X整板的array數(shù)＋板框銅面積]/整板面積，請(qǐng)見見下圖表示：

①array圖中break位寬度，單位mm；b：array圖中break位長(zhǎng)度，單位mm；

②排版圖中warp方向長(zhǎng)度，單位inch；B：排版圖中warp方向板邊至array位寬度，單位mm；

③排版圖中fill方向長(zhǎng)度，單位inch；D：排版圖中fi ll方向板邊至array位寬度，單位mm。

4.4.2 按照舊公式統(tǒng)計(jì)下列生產(chǎn)板型號(hào)的計(jì)算殘銅率跟實(shí)際殘銅率的偏差

小結(jié)：使用公式計(jì)算的殘銅率與實(shí)際殘銅率的最大偏差在-8.42%，分析原因：有部分手機(jī)板存在陰陽排板UNIT的殘銅率不同及ARRAY邊有阻抗條件等造成；

4.4.3 對(duì)上述公式進(jìn)行修改（系數(shù)：分為全銅：0.8，六邊型銅點(diǎn)：0.37，阻抗條：0.66）

表6

表7 9008使用修改后的計(jì)算公式（考慮陰陽排板等）

對(duì)陰陽排板，array邊的阻抗條等列進(jìn)計(jì)算公式里面，使用新公式計(jì)算出來的殘銅率跟原來殘銅率（實(shí)際）的偏差。

小結(jié)：使用公式計(jì)算的殘銅率與實(shí)際偏差很小，完全滿足介質(zhì)層設(shè)計(jì)要求；

5 結(jié)論

（1）通過數(shù)據(jù)分析使用計(jì)算公式計(jì)算出來的介質(zhì)層厚度比原有PPE使用的介質(zhì)層厚度設(shè)計(jì)方式介質(zhì)層厚度的偏差小，介質(zhì)層厚度的計(jì)算公式適合半固化片壓合后介質(zhì)層厚度的計(jì)算。

（2）按不同類型的半固化片實(shí)驗(yàn)（S1141，S1000）的壓合程序（使用光銅板疊料）進(jìn)行壓合，各種型號(hào)的半固化片壓合后介質(zhì)層的平均厚度符合介質(zhì)層設(shè)計(jì)要求。

此種介質(zhì)層厚度設(shè)計(jì)方式而得以改善介質(zhì)層厚度的事實(shí)，目前我司已在資料設(shè)計(jì)中獲得證實(shí)。從以上的贅述及筆者幾年的經(jīng)驗(yàn)來看，我們雖知其原因所在，但在設(shè)計(jì)前還要做細(xì)做精，明確定義相關(guān)準(zhǔn)確參數(shù)，做到通過相關(guān)參數(shù)的控制；而在生產(chǎn)過程做到按規(guī)作業(yè)才可避免不必要的客戶報(bào)怨。這要制程的工藝人員下苦功，不可因?yàn)閮H講求現(xiàn)狀而誤了品質(zhì)。望本文可以給同行業(yè)者提供幫助，同時(shí)難免有不盡或謬論，歡迎專家同行批評(píng)探討，繼續(xù)推進(jìn)我們行業(yè)的發(fā)展。