許偉廉 沈 雷 黃李海 陳世金 黃 偉

（博敏電子股份有限公司 廣東 梅州 514768）

0 引言

電子產(chǎn)品的輕薄化、多功能化的趨勢(shì)必定要求上游的印制電路板不斷向高密度化、高精度化、微小化、高速化方向進(jìn)步。撓性電路板因其固有特性，相對(duì)于剛性板而言，具有輕便、體積小、可彎折等特點(diǎn)，近年來(lái)越來(lái)越多被用于電子產(chǎn)品中[1]。隨著撓性電路板技術(shù)的發(fā)展，特別是5G通訊的持續(xù)推動(dòng)下，終端對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)傳輸?shù)耐暾缘囊笠姘l(fā)突出。這就要求信號(hào)在鏈路傳輸過(guò)程中不能發(fā)生反射現(xiàn)象，在良好的阻抗匹配下需做到更低的傳輸損耗，以滿足產(chǎn)品的信號(hào)完整性[2]。

屏蔽是提高電子系統(tǒng)和電子設(shè)備電磁兼容性的重要措施之一，是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量傳輸?shù)囊环N措施，它能有效地控制各種電磁干擾。為確保產(chǎn)品信號(hào)完整性，電磁屏蔽膜因其具有較好的屏蔽能力，能從根源上吸收電磁干擾、吸收雜音，將電磁干擾轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)，因此而被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品。但有電磁屏蔽膜結(jié)構(gòu)的撓性產(chǎn)品，其阻抗變化大，此時(shí)一般會(huì)通過(guò)增加絕緣層介質(zhì)厚度、采用低介電常數(shù)的材料、降低導(dǎo)體厚度等方式管控，會(huì)增加一些生產(chǎn)成本或不利于終端使用這幾種方案，往往不會(huì)被客戶采納。文章通過(guò)測(cè)試不同的阻抗參考平面，在滿足傳輸線匹配的前提下，增大傳輸線寬度，保證產(chǎn)品的可靠性及生產(chǎn)良率，以供相關(guān)技術(shù)人員參考。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)物料及儀器

主要物料：雙面撓性覆銅板（FCCL）、覆蓋膜（CVL）、電磁屏蔽膜（EMI）。

測(cè)量?jī)x器：網(wǎng)絡(luò)分析儀。

1.2 試驗(yàn)板設(shè)計(jì)及流程

試驗(yàn)板疊構(gòu)如圖1所示。試驗(yàn)板制作流程如圖2所示。試驗(yàn)板為雙面撓性板結(jié)構(gòu)，在L1層設(shè)計(jì)差分阻抗線；試驗(yàn)板涉及的變量因子包含阻抗線寬、參考平面類(lèi)型；試驗(yàn)板按上述正常流程流轉(zhuǎn)。試驗(yàn)板按表1參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

表1 試驗(yàn)板設(shè)計(jì)

2 結(jié)果與討論

2.1 參考平面對(duì)蝕刻后阻抗的影響

參考平面對(duì)阻抗影響巨大，完整的參考平面時(shí)（實(shí)銅參考），實(shí)銅會(huì)有效屏蔽電磁波向外輻射，此時(shí)影響阻抗的介質(zhì)高度即為絕緣層厚度；完整的參考平面能比較穩(wěn)定地控制阻抗，但是在撓性電路板中，按特性，產(chǎn)品設(shè)計(jì)會(huì)很薄，對(duì)應(yīng)的絕緣層更薄。當(dāng)采用實(shí)銅參考平面時(shí)，往往不能匹配到差分100 Ω的阻抗值，按極限的阻抗線寬來(lái)設(shè)計(jì)，線寬可能需要制作成0.025 mm或者更小，超出一般制程能力，生產(chǎn)良率低、品質(zhì)穩(wěn)定性較差。將參考平面設(shè)計(jì)成不完整的網(wǎng)格屏蔽銅，電磁波會(huì)透過(guò)網(wǎng)格間隙向外輻射，增加參考厚度而增加阻抗值，此時(shí)阻抗線寬能做到更粗，品質(zhì)穩(wěn)定、良率高。如圖3所示，分別設(shè)計(jì)殘銅為100%、40%、30%、20%、0的參考平面。 由圖3可以看出，隨著參考平面殘銅的下降，阻抗值有著大幅的變化，特別是從100%殘銅至40%殘銅時(shí)，阻抗變化率超過(guò)了40%，說(shuō)明通過(guò)優(yōu)化參考平面，在低介質(zhì)厚度的情況下也是可以匹配到差分100 Ω的阻抗要求。

2.2 覆蓋膜對(duì)阻抗的影響

撓性印制板壓合覆蓋膜后可有效保護(hù)線路層不被腐蝕，與普遍阻焊油墨在電路板上的功能相似。覆蓋膜會(huì)對(duì)傳輸線的阻抗有衰減，如圖4所示，在同等規(guī)格下的阻抗線寬下，100%殘銅率時(shí)衰減較小，變化率為5%；40%殘銅率與30%殘銅率時(shí)衰減相近，變化率12%～14%；20%殘銅率與0%殘銅時(shí)衰減幅度大，達(dá)到了18%以上。撓性印制板壓合覆蓋膜的產(chǎn)品，在FCCL材料絕緣介質(zhì)為0.025 mm，且阻抗線參考平面為實(shí)銅參考時(shí)，非常難匹配到差分100 Ω的阻抗要求，阻抗線寬需制作成0.025 mm以下，難于管控；殘銅率40%及殘銅率30%參考平面時(shí)，阻抗線寬做到0.07～0.09 mm時(shí)，可以匹配到差分100 Ω的阻抗要求。

隨著阻抗線寬越來(lái)越細(xì)，阻抗越來(lái)越大，如有電磁屏蔽膜結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格參考銅也有余量匹配到壓合電磁屏蔽膜后的阻抗衰減量，如圖5所示。

2.3 電磁屏蔽膜對(duì)阻抗的影響

電磁屏蔽膜可減少電磁干擾、吸收雜音，有利于保障撓性板傳輸線的信號(hào)完整性。當(dāng)撓性板壓合屏蔽膜后對(duì)傳輸線的阻抗衰減很大，如圖6所示，不同參考平面的阻抗衰減量都在20%以上，網(wǎng)格參考平面時(shí)（40%、30%、20%殘銅率）阻抗變化率相近，衰減約25%。壓合覆蓋膜+屏蔽膜的撓性板，在FCCL材料絕緣介質(zhì)為0.025 mm，且阻抗線參考平面為實(shí)銅時(shí)，不能匹配到差分100 Ω的阻抗要求；參考平面為殘銅40%或30%時(shí)，阻抗線寬需分別制作成0.035 mm、0.045 mm以下，較難管控；參考平面為殘銅20%時(shí)，阻抗線寬需制作成0.055 mm以下，可正常管控阻抗線寬，良率高；參考平面殘銅為0時(shí)，阻抗線寬需制作成0.07 mm以下，最容易管控，但是相對(duì)于客戶端而言，改動(dòng)大，此參考層方案很難被認(rèn)同，如圖7所示。

3 總結(jié)

通過(guò)以上試驗(yàn)可以得到以下結(jié)論。

（1）撓性印制板中覆蓋膜對(duì)阻抗的衰減比較大，當(dāng)客戶需要匹配到差分100 Ω的阻抗要求，且FCCL絕緣介質(zhì)厚度為0.025 mm時(shí)，阻抗參考平面設(shè)計(jì)成網(wǎng)格（殘銅率40%、30%、20%）時(shí)，阻抗線寬制作范圍為0.07～0.09 mm，容易管控。

（2）撓性印制板為覆蓋膜+電磁屏蔽膜結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)阻抗衰減影響巨大，當(dāng)客戶需要匹配到差分100 Ω的阻抗要求，且FCCL絕緣介質(zhì)厚度為0.025 mm時(shí)，阻抗參考平面設(shè)計(jì)成20%殘銅率（即90°，0.1×0.5 mm網(wǎng)格）時(shí)，阻抗線寬制作范圍為0.045～0.055 mm，綜合效果最佳。

本論文得到2021年廣東省科技創(chuàng)新戰(zhàn)略和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目——全微波高階高密度印制電路關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化（項(xiàng)目編號(hào)：2021A0101003）支持！