阻抗控制----结案报告

珠海方正科技多层电路板有限公司富山分公司ZHUHAIFOUNDERTECH.MULTILAYERPCBCO.,LTDFUSHANBRANCH地址：中国广东珠海市斗门区乾务镇虎山村富山工业区Address：FushanindustryPark，HushanVillage，Qianwutown，Doumendistrict,ZhuHai,GuangDong,China电话：86-756-5658228TEL：[phone]网址：：年技术研发报告---阻抗控制公差＜+/-7%(结案报告)制作人：徐学军2008-9-25审核：核准：珠海方正科技多层电路板有限公司富山分公司ZHUHAIFOUNDERTECH.MULTILAYERPCBCO.,LTDFUSHANBRANCH地址：中国广东珠海市斗门区乾务镇虎山村富山工业区Address：FushanindustryPark，HushanVillage，Qianwutown，Doumendistrict,ZhuHai,GuangDong,China电话：86-756-5658273TEL：[phone]网址：：年技术研发结案报告---阻抗控制公差＜+/-7%前言：在电子产品的信号传输时，传输线路的阻抗是影响其传输速度及质量的重要因素，PCB的特性阻抗（characteristicimpedance,Z0）的高精度控制，成为了近一、两年来世界pcb业一个新的重要课题。在看作展示世界PCB及其基板材料一个前沿技术发展的窗口——日本印制电路2000年的展览会（JPCAShow2000）上，将它与绿色型基板、封装基板其它两项列为该届盛会中的三大“中心话题”。由此可见：特性阻抗（Z0）的高精度控制，已成为了PCB业内待解决的重要课题。本文针对PCB板阻抗的控制精度由+/-10%提高至+/-7%的方案进行研究探讨。专用名词解释：目前我公司设计的阻抗结构主要为：微带线及嵌入状微带线两种.微带线叠构阻抗（surfacemicrostrip）：外层为阻抗控制的信号层面。它和相连的对照层(Power或Ground层)中间用PP隔开，如下图（1）,通常指外层阻抗。带状线阻抗（offsetstripline）﹕内层为阻抗线所在层次，它与顶层(或底层)及相临的参照层以介电层隔开，如下图2，H1=H2时称为对称式带状线阻抗，当H1≠H2时称为非对称式带状线阻抗。图1：SurfaceMicrostrip图2：Offsetstripline珠海方正科技多层电路板有限公司富山分公司ZHUHAIFOUNDERTECH.MULTILAYERPCBCO.,LTDFUSHANBRANCH地址：中国广东珠海市斗门区乾务镇虎山村富山工业区Address：FushanindustryPark，HushanVillage，Qianwutown，Doumendistrict,ZhuHai,GuangDong,China电话：86-756-5658273TEL：[phone]网址：：开始，就出现PCB产品的阻抗控制精度+/-15-30%的要求，随着计算机的发展，1997年针对电路800MHz频率信号DirecRambus的DRAMRIMM模块（随机存储器）提出PCB的微带线等构造设计Z0精度±10％控制要求，为保证计算机主机和交换机的内部电路实现高速的动作，要求电子产品与基板上的电路阻抗有很好的匹配，产品阻抗已经由+/-10%而需要进一步提高。对于目前行业中，一般产品的阻抗控制精度都是在+/-10-15%，从Sony、Samsung、Toshiba等国际客户及中兴、华为等国内客户的产品阻抗要求看，一般都要求在+/-10%以内，同时有部分客户已经开始询问我公司的阻抗是否有能力控制到更高至+/-7%或+/-5%，部分产品已经开始提出+/-7%或+/-5%、的阻抗控制需求，特别是现一些日本客户，阻抗控制项目多，且规格也越来越严，但对于一些高精度阻抗控制上目前主要应用在高频、高速计算机及通讯行业。中国电子科技集团的一些研究所已经早已经开始在研究阻抗控制精度的提高问题，特别是一些高频高速的产品外，已经在考虑设计+/-5%的阻抗要求，目前国内的一些大的pcb生产厂家超声电子、华通、联能、美维、生益电子等其阻抗控制精度都做至+/-10%，其中在美维、生益等一些pcb生产厂家也有投入人力物力来研究提高阻抗控制精度，要求提高至+/-7%或+/-5%，而于一些pcb材料的制作厂家已经研发出低DK的板材，从而来帮助阻抗控制精度的提高。影响阻抗主要因子为线宽、铜厚、介层厚度、材料DK（介电常数）等，根据目前PCB业界发展现况，目前行业中对于其各项目控制的水准如下：项目行业一般控制水准备注线宽+/-20%铜厚+/-10%介层+/-20%PPRC+/-2%材料DK+/-0.152.技术总体介绍2.1.阻抗控制过程介绍：对于有阻抗控制要求的PCB板，目前其生产厂家比较常见的做法就是在PCB的生产拼版板边适当位置设计一些阻抗试样---COUPON条，这些COUPON条具有与PCB相同的分层和阻抗线构造，是通过测试其COUPON条的阻抗来判定产品的阻抗。在设计阻抗试样前会预先采用一些阻抗计算软件对阻抗进行模拟预测，依据客户的要求如叠构、线宽、介层厚度等选择一套合适的控制方案，让产品的阻抗更符合客户要求的阻抗。在使用软件设计预测ok后，产品就依据预测时的控制方案加以制作控制，最终对板边阻抗条进行量测，来预估板内的产品阻抗，整个产品阻抗的形成过程及相关主要制程如下：珠海方正科技多层电路板有限公司富山分公司ZHUHAIFOUNDERTECH.MULTILAYERPCBCO.,LTDFUSHANBRANCH地址：中国广东珠海市斗门区乾务镇虎山村富山工业区Address：FushanindustryPark，HushanVillage，Qianwutown，Doumendistrict,ZhuHai,GuangDong,China电话：86-756-5658273TEL：[phone]网址：：阻抗控制技术介绍：阻抗控制精度的提高，主要是从产品的阻抗设计、制作两个方面进行提高，具体如下：（1）.阻抗的设计：图3.阻抗模拟软件界面阻抗设计其实是利用阻抗模拟软件（可见上图3），根据客户阻抗要求，再依据叠构、材料别及制程特性，确定影响阻抗因子的控制水准，如介层厚度、产品铜厚、材料DK、阻抗线宽度等，所以要提高产品阻抗设计精度，需要从以下几个方面作改善：a.使用先进的精准度高的模拟软件，降低设计误差。b.选择合理模拟预测的方法，减少其预测与实测的差异。阻抗的预测是选择影响阻抗的因子的值，代入模拟软件中进行计算，得一符合客户要求的阻抗，所以如果代入的因子值与将阻抗设计产品的制作阻抗的量测压合电镀线路制作SI8000软件阻抗测试仪珠海方正科技多层电路板有限公司富山分公司ZHUHAIFOUNDERTECH.MULTILAYERPCBCO.,LTDFUSHANBRANCH地址：中国广东珠海市斗门区乾务镇虎山村富山工业区Address：FushanindustryPark，HushanVillage，Qianwutown，Doumendistrict,ZhuHai,GuangDong,China电话：86-756-5658273TEL：[phone]网址：：板的实际结果差异较大，其最终得阻抗差异就会较大，因子代入的因子值与实际差异要更小，准确度高。c.设计时选用低DK的材料对于阻抗控制精度的提高也有很大的帮助。（2）.产品的制作：影响阻抗的因子主要是线宽、介层厚度、铜厚、材料DK,对于其各因子，要提高其阻抗的控制精度，其实主要就是减少控制影响阻抗各因子的变异，主要方案如下：a.介层厚度，选择好的压机及压合参数，得较均匀稳定的介层厚度。b.选用均匀性好的电镀线及优良的制程工艺条件得稳定均匀的铜面，方便制作出均匀得线宽，也有利于压合出均匀的介层。c.利用平行光曝光机及优良稳定的蚀刻设备和条件得均匀稳定的阻抗线。2.2.公司阻抗控制现况介绍：2.2.1.主要相关设备仪器介绍：序号设备名称厂牌/型号设备技术先进性备注1全自动曝光机日本ADTEC/ADEX-3000P平行光曝光机，能制作更精细的线较，2DES线台湾扬博水平线，蚀刻均匀性90%以上3压机日本北川/VH4-1978压机平整度0.2mm以内大压机，压合尺寸48*51inch4水平电镀线德国安美特/PLB/CU12水平电镀工艺镀层更均匀镀层均匀性R≤5UM5垂直连续电镀线台湾亚硕/VCP-3P垂直连续镀6阻抗测量仪英国POLAR/CITS800S量测误差+/-1%内从上使用的设备看，我公司现使用的都是目前PCB业内的知名品牌厂家上等设备,其设备性能优良，稳定性好。2.2.2.阻抗控制水准分析：我公司于2007年10月开始投产，我公司初步设计的大部分是特性阻抗，还有部分差动阻抗，不同材料、不同叠构、不同类别的阻抗设计时有些差异，但设计方法及制程控制一样，为有效改善其阻抗的控制精度所以对其进行分类分析。依据材料类别、叠构、阻抗类型等对我公司已有2007/10至2008/3的阻抗进行分类，我公司现有特性阻抗主要分为以下九种压合叠构的阻抗：项次阻抗介层类别阻抗类型164/64Surfacemicrostrip264/56Surfacemicrostrip珠海方正科技多层电路板有限公司富山分公司ZHUHAIFOUNDERTECH.MULTILAYERPCBCO.,LTDFUSHANBRANCH地址：中国广东珠海市斗门区乾务镇虎山村富山工业区Address：FushanindustryPark，HushanVillage，Qianwutown，Doumendistrict,ZhuHai,GuangDong,China电话：86-756-5658273TEL：[phone]网址：：注：型号数及阻抗组数较少的未列入上表。阻抗介层类别：64---代表EM22051080RC64%PP56---代表EM22052116RC56%PP46---代表EM22057628RC46%PPC---芯板core以上九种类别的阻抗，以+/-7%的公差计算其合格率，具体如下：comment：从上数据看，我公司阻抗以+/-7%的公差进行控制，有部分叠构已经可以100%达要求规格，但仍有部分叠构合格率较低，目前合格率最低的为EM2205108064%PP压合后的外层阻抗,其合格率为77.6%。本次专案项目选择阻抗合格率最低的EM22051080RC64%PP压合后外层50欧姆的特性阻抗作为分析改善改善主题。改善目标：阻抗合格率达为99%.3.各关键技术详细介绍3.1.阻抗介绍：不同叠构阻抗+/-7%公差合格率98.0100.084.577.678.895.788.077.89