姚雙佳 孔祥國

（蘇杭電路板有限公司，江蘇 昆山 215000）

0 前言

隨著電子行業(yè)飛速發(fā)展，電子產品設計不斷朝多功能、智能化方向發(fā)展，印制電路板（PCB）上的器件越來越密集，線路也越來越細。高頻高速PCB、高散熱PCB、埋阻埋容PCB等高端精密產品已經逐步被業(yè)界所熟知，PCB的發(fā)展呈現出多樣化。一方面，由于市場的需求，導致客戶的設計趨于開放性和大膽化，PCB則隨之出現了眾多特殊要求的產品；另一方面，新材料、新設備、新工藝的產生，迎合了市場和客戶對于產品特性的需求。

我公司有一款雷達用PCB，要求局部線路實現精準電阻控制，其部分線路規(guī)定大電阻202 Ω±238 Ω 、小電阻6 Ω±7 Ω。該PCB為四層板，有電阻值有特殊要求的線路分布在內層，線路寬度為0.17 mm，長度分別為113.6 m和3.060 m，經過多個過電孔串聯(lián)起來分別在最外層線路形成測試端點，形成大小不同電阻。

這種特殊要求的PCB對我們來說雖然是困難，但也是一個機遇，所以我們積極承擔起這項任務?？蛻舴矫嬉彩欠浅７e極配合，提供了一塊實物板供切片分析，允許我們根據實際制程能力適當調整。模擬出匹配的線寬和銅厚及各參數，努力制作出滿足電阻值要求的PCB產品。

1 實驗理念

PCB線路的電阻值包括線條電阻和導通孔電阻，根據電路公式可以理論計算線路電阻值，計算公式：R=ρL/S。式中：ρ為物質的電阻率、L為長度，S為截面積。銅的電阻率0.0178 Ω，即1 m長、截面積1 mm2的銅線電阻值。導通孔的電阻計算同樣此公式，其中L=介質層厚度（孔的高度），S＝孔周長×孔壁銅厚=圓周率（π）×孔直徑×孔壁銅厚。

根據電阻的計算公式，此板線路電阻值主要的影響因子關系如下：與內層電阻控值成正比，與線寬、銅厚成反比，與線長，補線（客戶允許時）和棕化成正比關系。半固化片、基板和油墨介電常數為材料特性，油墨又對電阻值影響較小，因此我們經常通過調整其他參數來調整電阻值（見圖1）。該控制電阻PCB廠內型號8244012，按客戶現有電阻值的要求及線長要求，同時對客戶所提供了一塊電阻合格實物板做切片分析，得出了一份大致的情報數據，如下：線寬的線頂在0.15 mm左右，線底在0.17 mm左右，內層銅厚在 0.065 mm左右，孔銅厚在0.05 mm左右。

圖1 影響電阻值的主要因素和關系圖

成品阻值測量需要在外層之后測量，但是線路都是在內層的，為了能夠在內層時就對阻值有控制，我們在制作的前期，考慮設計控制內層每層的電阻（預設模擬阻值的方式），來達到成品板上串聯(lián)電阻達標的控制方法。有關互連導通孔電阻，由固定板厚、孔徑和穩(wěn)定孔壁銅厚保證，不再作具體分析。

2 實驗方案與數據分析

影響阻值的關鍵因素除了介質厚度、線寬、銅厚及介電常數等項目外，在線路板中電阻線面臨的環(huán)境比較復雜，如內層單層電阻控制對成品電阻值的影響、補線對阻值的影響、層壓配對壓合對阻值的影響、表面處理對阻值的影響等，這些因素也是不容忽視的。為了深入了解設計對阻值的影響，現針對阻值影響進行測試并收集相關數據。

2.1 試驗方法

采用DOE（正交實驗）。

（1）因素的選定。對已經確定的干擾因素不做考慮，如板厚狀況、銅厚狀況、介電常數等，本次實驗選定4種暫不明確的因素：①內層單層電阻控制；②補線；③層壓配對壓合；④噴錫后連錫堵孔問題；

（2）確定已選4因素下的水平數，本次實驗每因素確定3個水平（見圖2）。

圖2 DOE正交實驗方案

（3）采用L9（3，4）方式配置，9次實驗完成，不使用DOE方法需要81次實驗完成，以下是正交（見表1）。

表1 正交試驗表

2.2 實驗過程

2.2.1 測試板

按試驗方案制作測試板。每次測試以10塊為一批量，每次實驗采用同樣的前處理，同一批設備，同一批操作工，同樣的板材。

試板的流程：內層（數據收集）→補線（數據收集）→棕化（數據收集）→壓合（數據收集）→外層（數據收集）→熱風整平焊錫（數據收集）

依收集數據分析最佳參數，以最佳參數生產，并達到標準化。

2.2.2 不同內層電阻值試驗

共對九批板的內層蝕刻后測量每層模擬電阻值，其中選定內層電阻值測試數據分別為22 Ω±0.5 Ω、21 Ω±0.5 Ω、20 Ω±0.5 Ω，各三批。測得九批板的電阻值均在范圍內，例如第一批內層蝕刻后測量的每層模擬電阻值（如圖3）。

做完內層之后，進行了補線及棕化分析，發(fā)現補線對成品的電阻影響不大；補線板和不補線板電阻相差不大；補線前后相差0.3 Ω.棕化后會使理論內層的電阻值增加1.5 Ω左右，對線寬影響不大。

2.3 測試狀況

測試結果得出（如圖4）。綜合匯總試板過程和數據，得出最佳組合（試驗午9，因素3-3-2-1）為：（a）內層阻值控制在20 Ω±0.5 Ω；（b）允許少量補線；（c）內層阻值大小配對組合；（d）風整平無問題。我們得出了此有電阻值要求PCB的關鍵控制措施和經驗：

（1）內層芯板蝕刻后，各層實測模擬電阻值一定要控制在20 Ω～21 Ω之間，且各層電阻盡量靠近中值20.5 Ω；

（2）內層之后，層壓之前一定要把各層編好號，并且要按各層大阻值和小阻值搭配去壓合，盡量保持累計4層的阻值按中值控制好。如未按大小配對壓合，會增加10%～15%的報廢率，若按客戶后續(xù)每月10多萬的訂單，僅大小配對壓合這一個措施就能節(jié)省約每月1萬元的成本；

（3）熱風整平焊錫的品質一定要控制好，絕對不能有堵孔和孔間連錫短路，對阻值影響非常大。

圖3 第一批內層蝕刻后測量的每層模擬電阻值（平均值21.9）

圖4 DEO試驗結果

3 試驗驗證

3.1 驗證設計

這次試板一共投了10塊在制板，按后續(xù)批量生產的方式去管控，模擬阻值也盡量往中值控制，層壓時大小阻值配對壓合，熱風整平焊錫后所有連錫及堵孔全部修理后才允許走板。

3.2 過程測量

過程測量（如圖5）。

生產模擬壓合的阻值配對成功8塊板（10組板報廢2組），8塊板外層蝕刻和熱風整平焊錫（HASL）后分別實測成品電阻值見表2，都符合要求要求阻值1/2端點201.4 Ω～237.6 Ω，3/4端點（5.98 Ω～7.02 Ω）。

有關合格在制板的數據記錄例（如圖6）。

3.3 生產模擬批次總結

此批板子就是補L4層線時報廢了2個單元，為了配對而直接報廢了2塊在制板，其余板子的電阻值全部合格。

4 總結

對于高精度電阻值要求的多層PCB線路，在穩(wěn)定互連導通孔鍍層基礎上，重點是控制內層線條，并做好配對層壓，得到經驗如下：

（1）內層芯板蝕刻后，各層實測模擬電阻值一定要控制在20 Ω～21 Ω之間，且各層電阻盡量靠近中值20.5 Ω；

圖5 生產模擬內層蝕刻后電阻值

表2 外層受控線路電阻值

圖6 合格在制板的數據記錄例

（2）內層形成之后，層壓之前一定要把各層編好號，并且要按各層大阻值和小阻值搭配去壓合，盡量保持累計4層的阻值按中值控制好；

（3）AOI補線后的板子一定要重新測量電阻值變化，并登記好后，再配對壓合；

（4）噴錫的品質的一定要控制好，絕對不能有堵孔和孔間連錫短路。此類訂單，還是需要工程師全程跟進生產，并做好異常記錄，相信在各方面都控制好的話，這類高精度電阻值要求的多層PCB完全可以批量化生產。