高精度電阻PCB制作方法研究

  一、背景介紹

    隨著PCB功能化和高性能化發(fā)展，高頻高速PCB、高散熱PCB、埋阻埋容PCB等高端精細(xì)產(chǎn)品已經(jīng)逐步被業(yè)界所熟知，PCB的發(fā)展呈現(xiàn)出多樣化。一方面，由于市場的需求，導(dǎo)致客戶的設(shè)計趨于開放性和大膽化，PCB則隨之出現(xiàn)了眾多特殊要求的產(chǎn)品；另一方面，新材料、新設(shè)備、新工藝的產(chǎn)生，迎合了市場與客戶對于產(chǎn)品特性的需求。

    我公司根據(jù)某客戶要求，制作一款在PCB上實現(xiàn)既定布線方式的精準(zhǔn)電阻控制(16±10Ω)要求的產(chǎn)品。客戶資料僅給定了總走線長度(6413mm)，線寬要求在0.2mm左右，但未嚴(yán)格要求，允許適當(dāng)調(diào)整，需要我公司根據(jù)實際制程能力，首先計算出匹配的線寬和銅厚范圍，再制作出滿足阻抗要求的PCB產(chǎn)品。

    二、理論計算

    客戶電阻控制板設(shè)計圖案只有BOT面有較長的電阻線，總線長6413mm，線寬預(yù)先按0.2mm 算，TOP面較寬0.4mm，線長15.8mm。銅的電阻率按理論值1.75*10-8Ω*m計算，控制電阻16+/-10Ω，根據(jù)理論計算，假定成品銅厚在1OZ，BOT面電阻15.36Ω，T OP電阻在0.02Ω左右，理論估計電阻控制面只有BOT面。

    6413mm長，0.2mm寬的銅導(dǎo)線在不同銅厚下的電阻理論計算值如下表。R=ρ*L/S，ρ為材料電阻率 1.75*10-8Ω*m，L為導(dǎo)線長度6413mm，S為導(dǎo)線橫 截面積，實際電阻上下限分別為：17.6Ω和14.4Ω。 理論計算當(dāng)銅厚在35um時，0.2mm寬6413mm長的導(dǎo)線才能達到理想電阻值16Ω。

    實際制作表銅控制35um左右，此板孔銅要求小18um，考慮到板厚0.5mm，孔孔徑0.35mm，鉆孔厚徑比在1.4左右，電鍍灌孔率以90%計算，面銅電鍍層厚度至少在20um左右，所以底銅選擇應(yīng)為35um-20um=15um，選擇1/3oz起鍍銅厚理想。

    面銅控制中值在35um，則實際完成銅厚在30到40um之間，根據(jù)客戶的電阻要求，計算線寬公差范圍如下表2，根據(jù)下表計算結(jié)果，控制銅厚理論優(yōu)區(qū)間32到40um之間。

    實際設(shè)計該PCB的制作流程為正片，正片制作更便于線寬公差控制，得到更精準(zhǔn)的電阻。

    三、過程控制

    3.1 板電后面銅

    板電銅厚8um，實際板電后量測量2PNL板的面銅，量測后計算銅厚分布Cpk為1.4>1.33，如表3，板電均勻性比較理想。

    3.2 圖電后成品銅厚

    切片量測孔銅面銅，實際值如下板電孔銅已經(jīng)到小值24um左右，面銅約在35到39um，銅厚合格。

    3.3 蝕刻后線寬電阻記錄

    測試板2PNL，蝕刻得到PNL1線寬均值0.19mm，實測相應(yīng)阻值在15.8到19Ω；PNL2線寬均值0.21mm，實測相應(yīng)阻值在15.2Ω到17.5Ω。首次作并不確定后流程會對電阻造成多大影響，故繼續(xù)跟進測試板到成品后的電阻測試結(jié)果。

    3.4 成品電阻測試

    成品測試電阻如表5所示，2PNL板電阻全部合格，但是相對于蝕刻的半成品，成品電阻降低了1.5歐姆。

    四、結(jié)論

    測試板成品量測所有電阻均合格，說明板電銅厚控制21+/-3um、成品銅厚控制均值35um到40多um，線寬控制在0.19到0.21之間，成品電阻合格。且蝕刻后的半成品電阻比成品的電阻大1.5Ω左右。故蝕刻量測電阻理論上應(yīng)做1.5Ω的預(yù)大。預(yù)大與PCB的設(shè)計和阻焊和表面處理流程帶來的差異有相當(dāng)大的關(guān)系，不同PCB蝕刻后的電阻預(yù)大需要考慮到這些因素。

    造成蝕刻后半成品的電阻和成品電阻差異的影響因素有后流程微蝕、導(dǎo)線上是否蓋油、導(dǎo)線上是否做其他表面處理，表面處理層的電阻作為并聯(lián)電阻還需特別考慮，特別是沉鎳金、電鎳金等，表面處理層本身就是導(dǎo)體，且其電阻相對于銅導(dǎo)線電阻不能忽略。所以一般情況下，為方便控制，建議需要控制電阻的導(dǎo)線層直接蓋油，避免后流程較大的電阻誤差。