PCB位于板邊與板內(nèi)的阻抗附連板差異性研究

魏旭斌

（ 汕頭超聲印制板公司，廣東 汕頭 515041）

1 前言

PCB生產(chǎn)中，對于需進(jìn)行阻抗控制的板件，工程設(shè)計(jì)時(shí)一般會在PCB板板邊增加阻抗附連板（測試條）。但是經(jīng)常會出現(xiàn)阻抗附連板的測試結(jié)果與理論值不一致的情況，且測試結(jié)果比理論值偏低的情況居多。PCB層壓時(shí)，板邊半固化片（PP）流膠會導(dǎo)致板邊介質(zhì)層較板內(nèi)偏薄，而這種偏差進(jìn)而會導(dǎo)致板邊與板內(nèi)的阻抗附連板測試結(jié)果產(chǎn)生偏差，影響阻抗精度控制。目前隨著高頻高速PCB的發(fā)展，對于阻抗控制精度要求越來越高，為了實(shí)現(xiàn)高精度的阻抗控制，必須了解阻抗附連板位于板邊與板內(nèi)的差異性。本研究的目的是探討距離板邊不同距離的阻抗附連板測試結(jié)果與板內(nèi)的差異，從而明確相應(yīng)的阻抗板件設(shè)計(jì)規(guī)則，確保阻抗附連板忠實(shí)代表客戶的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)為阻抗板件阻抗控制提供參考。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)物料

采用某公司普通Tg板料和半固化片1080、2313、2116H、7628和7628H進(jìn)行壓合。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

樣板內(nèi)外層阻抗附連板設(shè)計(jì)由板邊往板內(nèi)布置，距離板邊位置分別為25 mm、30 mm、40 mm、50 mm、60 mm、70 mm、80 mm和90 mm，并按正常PCB制作流程完成試驗(yàn)板件的制作。具體疊層結(jié)構(gòu)如表1。

表1 疊層結(jié)構(gòu)

3 結(jié)果與討論

3.1 板內(nèi)與板邊阻抗值差異性

對于有阻抗測試要求的印制板，工程設(shè)計(jì)往往需要制作阻抗測試條，而PCB廠家為提高拼板利用率，拼板設(shè)計(jì)時(shí)一般會將附連板置于板邊，且距離板邊距離經(jīng)常不足25 mm。從圖1～圖4可以看出一個(gè)趨勢，即阻抗測試結(jié)果從板邊往板內(nèi)呈現(xiàn)上升趨勢，且無論單端還是差分阻抗值，內(nèi)層帶狀線還是外層微帶線阻抗值，板邊25 mm處的阻抗結(jié)果均為最低。所以若阻抗附連板設(shè)置在板邊（如25 mm處），所測得到的阻抗結(jié)果與板內(nèi)實(shí)際走線會有一定差異性，這種差異性表現(xiàn)為阻抗偏低。

圖1 外層單端微帶線距板邊不同距離阻抗情況

圖2 外層差分微帶線距板邊不同距離阻抗情況

圖3 內(nèi)層單端帶狀線距板邊不同距離阻抗情況

圖4 內(nèi)層差分帶狀線距板邊不同距離阻抗情況

根據(jù)表1不同層數(shù)的阻抗附連板介質(zhì)層所采用半固化片，對數(shù)據(jù)做進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析。圖5～圖8分別表示介質(zhì)層采用不同半固化片的阻抗附連板，距離板邊不同距離處與板中間區(qū)域的內(nèi)、外層阻抗值差異情況。2116H和7628H分別為外層元件面和焊錫面阻抗附連板介質(zhì)層采用半固化片；1080、7628和2313分別為內(nèi)層4、6和8層阻抗附連板介質(zhì)層采用半固化片。

由圖5和圖6看出，對于外層單端微帶線和差分微帶線，距離板邊越近，阻抗值與板中間的差異越大；對于2116H和7628H半固化片片，距板邊25 mm處單端線阻抗值與板中間差異約在1.5 Ω ～ 2.5 Ω之間，差分線阻抗值相差較大，約在2.5 Ω ～ 3.2 Ω之間；且外層板邊差分微帶線阻抗值與板內(nèi)差異性明顯大于單端微帶線阻抗。

圖5 外層板邊不同距離與板內(nèi)單端微帶線差異

圖6 外層板邊不同距離與板內(nèi)差分微帶線差異

由圖7和圖8同樣可看出，對于內(nèi)層單端帶狀線和差分帶狀線的阻抗值，隨著距離板邊越近，與板中間的差異越大；對于1080、7628和2313半固化片，距板邊25 mm處單線差異約在2.0 Ω ～ 2.5 Ω之間，差分線阻抗值差異約在1.5 Ω ～ 2.5 Ω之間；內(nèi)層板邊單端帶狀線阻抗差值與差分線無明顯差異。

圖7 內(nèi)層板邊不同距離與板內(nèi)單端帶狀線差異

圖8 內(nèi)層板邊不同距離與板內(nèi)差分帶狀線差異

3.2 介質(zhì)層厚度差異性

為研究距板邊不同距離處介質(zhì)厚度與板內(nèi)的差異，對不同半固化片距離板邊25 mm、50 mm、70 mm和90 mm處的介質(zhì)層厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖9所示?？煽闯?，隨著與板邊距離增大，介質(zhì)層厚度呈上升趨勢。當(dāng)距板邊70 mm處時(shí)板厚變化基本達(dá)到穩(wěn)定，距板邊70 mm ～ 90 mm處，介厚變化趨于平緩。

圖9 不同半固化片壓合后距板邊不同距離厚度情況

表2 板邊與板中間介厚偏差

從表2分析各規(guī)格的半固化片在板邊25 mm處與板中間的介厚偏差?？梢钥闯龊z量較大的7628H和1080因壓合時(shí)板邊流膠量會相對較大，板邊25 mm處與板內(nèi)介厚相差較大，分別達(dá)到了10.86%和9.56%，導(dǎo)致板邊的厚度偏小。

綜上所述，在板邊與板內(nèi)介質(zhì)層差異性方面，層壓后板邊介質(zhì)層厚度相對較薄，距離板邊位置越近，與板中間厚度相差越大，且采用含膠量大的PP片，其介質(zhì)層厚度差也相比較大。

3.3 介電常數(shù)差異性

半固化片主要由樹脂和增強(qiáng)材料組成，其介電常數(shù)為各組分介電常數(shù)的加權(quán)平均值，即介質(zhì)層中各組分的介電常數(shù)分別乘以體積比的和為總介電常數(shù)，可表示為：Εr=V1×1+V2×Ε2（式中V1表示樹脂在介質(zhì)層中作占體積比，V2表示增強(qiáng)材料如玻璃纖維布所占體積比）。試驗(yàn)測試距離板邊程度不同的2116H的介電常數(shù)如表3所示。

表3 板邊與板中間介電常數(shù)Dk偏差

3.4 電鍍對板邊板內(nèi)阻抗差異的影響

在印制板生產(chǎn)過程中的電鍍流程，板件制作過程中會發(fā)生一種尖端效應(yīng)（或者稱為邊緣效應(yīng)）的現(xiàn)象。即在板件的邊緣和尖端，往往聚集著較多的電力線。尖端效應(yīng)往往會使產(chǎn)品的尖端或邊緣產(chǎn)生鍍層加厚的情況。若阻抗附連板放置在板邊，訊號線的銅厚有可能會因尖端效應(yīng)而導(dǎo)致比板內(nèi)的偏厚，從而導(dǎo)致阻抗值的降低。所以對本試驗(yàn)板件阻抗附連板訊號線的銅厚T進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如下表4?？梢钥闯鲭m然經(jīng)過電鍍后，板邊阻抗附連板的銅厚與板內(nèi)區(qū)域會存在一定差異——板邊25 mm處比板內(nèi)處偏厚約2 μm，不過根據(jù)軟件進(jìn)行阻抗模擬反算，同一類型阻抗附連板中的T最大與最小值相比影響阻抗最大約為0.5 Ω，即銅厚偏厚2 μm的情況下，阻抗降低約0.5 Ω。

4 結(jié)論

試驗(yàn)表明，層壓后板邊介質(zhì)層厚度相對板內(nèi)較薄，且含膠量高的半固化片，壓合后介質(zhì)層厚度差也相對較高（如7628H厚度偏差達(dá)10%以上）；板邊流膠量大不僅導(dǎo)致板邊介質(zhì)層厚度偏薄，還會進(jìn)一步導(dǎo)致板邊介質(zhì)層的介電常數(shù)增大，這兩者的變化均會引起板邊阻抗附連板的阻抗值小于板內(nèi)。故相關(guān)工程資料設(shè)計(jì)時(shí)需做相關(guān)優(yōu)化處理以確保阻抗附連板能忠實(shí)代表客戶的設(shè)計(jì)要求。

表4 距板邊不同距離的線路銅厚差異

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