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(chǎng)的需求，導(dǎo)致客戶的設(shè)計(jì)趨于開(kāi)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(chǎng)與客戶對(duì)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(shí)現(xiàn)既定布線方式的精準(zhǔn)電阻控制(16±10Ω)要求的產(chǎn)品?？蛻糍Y料僅給定了總走線長(zhǎng)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(shí)際制程能力，首先計(jì)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(jì)算
客戶電阻控制板設(shè)計(jì)圖案只有BOT面有較長(zhǎng)的電阻線，總線長(zhǎng)6413mm，線寬預(yù)先按0.2mm 算，TOP面較寬0.4mm，線長(zhǎng)15.8mm。銅的電阻率按理論值1.75*10-8Ω*m計(jì)算，控制電阻16+/-10Ω，根據(jù)理論計(jì)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(jì)電阻控制面只有BOT面。
6413mm長(zhǎng)，0.2mm寬的銅導(dǎo)線在不同銅厚下的電阻理論計(jì)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(zhǎng)度6413mm，S為導(dǎo)線橫 截面積，實(shí)際電阻上下限分別為：17.6Ω和14.4Ω。 理論計(jì)算當(dāng)銅厚在35um時(shí)，0.2mm寬6413mm長(zhǎng)的導(dǎo)線才能達(dá)到理想電阻值16Ω。
實(shí)際制作表銅控制35um左右，此板孔銅要求最小18um，考慮到板厚0.5mm，最孔孔徑0.35mm，鉆孔厚徑比在1.4左右，電鍍灌孔率以90%計(jì)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起鍍銅厚最理想。
面銅控制中值在35um，則實(shí)際完成銅厚在30到40um之間，根據(jù)客戶的電阻要求，計(jì)算線寬公差范圍如下表2，根據(jù)下表計(jì)算結(jié)果，控制銅厚理論最優(yōu)區(qū)間32到40um之間。
實(shí)際設(shè)計(jì)該P(yáng)CB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(guò)程控制
3.1 板電后面銅
板電銅厚8um，實(shí)際板電后量測(cè)量2PNL板的面銅，量測(cè)后計(jì)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(cè)孔銅面銅，實(shí)際值如下板電孔銅已經(jīng)到最小值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(cè)試板2PNL，蝕刻得到PNL1線寬均值0.19mm，實(shí)測(cè)相應(yīng)阻值在15.8到19Ω；PNL2線寬均值0.21mm，實(shí)測(cè)相應(yīng)阻值在15.2Ω到17.5Ω。首次作并不確定后流程會(huì)對(duì)電阻造成多大影響，故繼續(xù)跟進(jìn)測(cè)試板到成品后的電阻測(cè)試結(jié)果。
3.4 成品電阻測(cè)試
成品測(cè)試電阻如表5所示，2PNL板電阻全部合格，但是相對(duì)于蝕刻的半成品，成品電阻降低了1.5歐姆。
四、結(jié)論
測(cè)試板成品量測(cè)所有電阻均合格，說(shuō)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(cè)電阻理論上應(yīng)做1.5Ω的預(yù)大。預(yù)大與PCB的設(shè)計(jì)和阻焊和表面處理流程帶來(lái)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(duì)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。
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