印制電路板基材類型對(duì)信號(hào)穩(wěn)定性影響的試驗(yàn)

王曉娜 唐 鵬 陳傳開(kāi)

（無(wú)錫市同步電子科技有限公司，江蘇 無(wú)錫 214028）

隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，高速大容量數(shù)據(jù)通信和電信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用推動(dòng)印制電路板（PCB）由傳統(tǒng)連接電路走向高頻電路。作為電子系統(tǒng)的互連載體，PCB電氣性能對(duì)電子系統(tǒng)的影響不容小覷，PCB信號(hào)的穩(wěn)定性及完整性，受到基材選擇，布線設(shè)計(jì)，工藝制程等影響，產(chǎn)生一系列諸如反射、串?dāng)_、信號(hào)不穩(wěn)定等問(wèn)題，從而造成電子系統(tǒng)工作異?；蚴?。本文主要研究基材選擇對(duì)信號(hào)穩(wěn)定性的影響。隨著無(wú)鉛工藝越來(lái)越多地應(yīng)用于生產(chǎn)中，要求PCB具有更高的耐熱強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)需要兼顧產(chǎn)品的電氣特性、耐化性、與制程的匹配性等。為確認(rèn)基材類型與電氣性能的關(guān)系，開(kāi)展以下試驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)向客戶提供更準(zhǔn)確、更可靠的生產(chǎn)選材服務(wù)。

1 試驗(yàn)原理說(shuō)明

PCB前處理、貼膜、曝光、顯影、蝕刻等傳輸線制作工藝過(guò)程是將傳輸線的模擬設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成實(shí)物的重要環(huán)節(jié)[1]。PCB的線寬、線距及銅厚等集合結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)匹配一致的傳輸線，是制作工藝的研究重點(diǎn)，其對(duì)信號(hào)的穩(wěn)定性和完整性有不可忽略的影響[2]。而PCB的制作材料對(duì)信號(hào)穩(wěn)定性亦有著重要的影響[3][4]，PCB基材是構(gòu)成傳輸線的基礎(chǔ)，信號(hào)通過(guò)時(shí)，傳輸線、參考平面與夾在二者之間的絕緣介質(zhì)構(gòu)成了電容器，從信號(hào)傳輸理論可以知道該電容越小，對(duì)信號(hào)的穩(wěn)定性和完整性的影響越小，因此PCB基材類型（主要指介電常數(shù)及損耗角正切）不同，會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生影響。本文主要考慮基材類型對(duì)PCB信號(hào)的影響，試驗(yàn)前提是相同的制作工藝[5]，不同的基材類型對(duì)PCB的信號(hào)波形進(jìn)行研究。

2 試驗(yàn)實(shí)施

2.1 樣品信息

本次試驗(yàn)樣品為我公司一款常規(guī)產(chǎn)品，采用堿蝕、熱風(fēng)整平焊錫（含鉛）工藝，使用四種基材類型進(jìn)行加工，PCB樣品具體產(chǎn)品信息見(jiàn)表1所示。四種基材類型的基本特征參數(shù)見(jiàn)表2所示。

表1 樣品基本信息一覽表

表2 不同基材性能參數(shù)表

2.2 印制板生產(chǎn)

為盡量避免PCB生產(chǎn)工藝對(duì)信號(hào)穩(wěn)定性的影響，故采用相同工藝、相同生產(chǎn)批次、不同種類的四種基材進(jìn)行PCB生產(chǎn)，每種基材分別加工PCB數(shù)量3塊，完成加工后PCB相關(guān)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3所示。

表3 印制板檢驗(yàn)信息

PCB生產(chǎn)完成后，分別對(duì)四種基材加工的12塊板使用相同貼裝工藝，相同位置進(jìn)行元器件貼裝如圖1所示。

圖1 驗(yàn)證板貼裝元器件示意圖

2.3 試驗(yàn)部分

本次對(duì)PCB基材對(duì)信號(hào)穩(wěn)定性影響主要通過(guò)對(duì)加工后PCB的電流測(cè)試及波形測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證，相關(guān)數(shù)據(jù)分析見(jiàn)第3節(jié)所述。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

貼裝完成后電流測(cè)試值見(jiàn)表4所示，測(cè)試電流相對(duì)穩(wěn)定，PCB性能良好，無(wú)故障。

表4 不同基材的印制板貼裝后測(cè)試電流

選取位號(hào)5貼片器件的部分引腳號(hào)進(jìn)行波形測(cè)試：D4、D5、D14、D15、CLKOUT，引腳位號(hào)示意見(jiàn)圖2所示。

圖2 D5芯片引腳位號(hào)示意圖

選擇部分波形進(jìn)行對(duì)比分析，具體見(jiàn)圖3至圖5所示，其中波形相似部分用淺灰色線標(biāo)識(shí)，不同部分用黑色線標(biāo)識(shí)。

圖3 基材1&基材2產(chǎn)品D15引腳波形對(duì)比圖

圖4 基材2&基材3產(chǎn)品D15引腳波形對(duì)比圖

圖5 基材1&基材4產(chǎn)品D15引腳波形對(duì)比圖

對(duì)比基材類型1和基材類型2的波形圖，可以看出使用基材1及基材2生產(chǎn)的印制板，其波形無(wú)明顯差別，可參考圖3所示；從波形圖中可以看出，四種基材中，基材類型4生產(chǎn)的印制板波形較好，可參考圖5所示；通過(guò)以上試驗(yàn)情況，PCB的阻抗匹配若處理不當(dāng)，則SDRAM（同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存）的地址、數(shù)據(jù)布線一致性不好，不同的基材加工出的產(chǎn)品會(huì)有一定的差異，對(duì)信號(hào)均會(huì)有一定影響，其主要?dú)w結(jié)為阻抗匹配精度問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了不同基材類型對(duì)信號(hào)穩(wěn)定性的影響，可以看出印制電路板的基材類型會(huì)影響傳輸信號(hào)的穩(wěn)定性?；念愋筒煌瑳Q定了Dk值不同、損耗角正切不同。Dk值在不同頻率、溫度場(chǎng)景下的穩(wěn)定性，影響傳輸線的阻抗，尤其在時(shí)序嚴(yán)格的系統(tǒng)中，阻抗的不均勻性會(huì)引起高速信號(hào)的相位偏差，導(dǎo)致時(shí)序錯(cuò)誤，引起信號(hào)完整性問(wèn)題，后續(xù)應(yīng)關(guān)注基材的介電常數(shù)、損耗角正切值，對(duì)比在不通頻段下、不同基材的阻抗值、插損、駐波、相位一致性等特征參數(shù)。