失效分析論文：高速PCB阻抗一致性研究（二）

3 結果與討論

3．1 距板邊不同距離處阻抗差異

圖6為拼版不同位置處單端線和差分線的阻抗測試結果及相應的介厚、線寬、銅厚變化曲線，由圖6A和圖6B可知，對于內層線路，靠近板邊的單端線（距板邊25 mm）的阻抗要比板中間小2～3 Ω，而板邊差分線阻抗則比板中間小3～4 Ω，當線路距板邊大于或等于50 mm時阻抗值變化幅度減小。對比圖6A和圖6B中的介厚、線寬、銅厚因素可知，三者中介厚受位置影響最大，且其變化規律與阻抗變化趨勢幾乎一致；不同位置處單端線寬和差分線寬差異在4 μm內，差異較小；而不同位置處銅厚變化則無特定規律，銅厚差異在1．5 μm內。因此，對于內層線路來說，影響不同位置阻抗一致性的最大因素是壓合后的介厚均勻性，其次則是線寬。

由圖6C和圖6D可以看出，對于外層線路，與板邊距離越大，阻抗值逐漸增大，當線路距板邊大于75 mm時，阻抗值變化幅度較小，逐漸趨于穩定。對比不同位置處介厚、線寬、銅厚可知，板邊（25 mm處）比板中間介厚小10 μm左右，線寬偏差在5 μm以內。由于電鍍邊緣效應，板邊銅厚要比板中間大2．5 μm左右。因此，對于外層線路來說，影響不同位置阻抗一致性的最大因素也是介厚均勻性。

3．2 介厚均勻性及其對阻抗的影響

由前文可知，介厚均勻性對內層和外層阻抗一致性均有很大的影響，在阻抗設計時，介厚包括芯板的介質層厚度和半固化片壓合后的厚度。一般來說，芯板的厚度均勻性較好，不同位置差異較小，但半固化片壓合后的介厚及均勻性常與設計值存在偏差，實際生產板不同位置處介厚有所差異（尤其是板邊和板中間區域），導致此差異的原因有：①圖形分布不均（即殘銅率不一致）；②板邊流膠速度較快，導致板邊位置介厚偏薄。

（1）殘銅率差異對介厚均勻性及阻抗的影響

對于不同型號PP，壓合時流膠長度存在差異，當高殘銅率區域、低殘銅率或無銅區面積較大時，由于流膠長度限制，不同區域介厚必然存在差異，尤其是中心位置，由于周圍膠的阻礙，高殘銅率區域中心的膠難以填充至缺膠區域，而低殘銅率區域中心也較難獲得填膠。為此，我們通過理論模型計算出不同基銅厚度時由于殘銅率差異導致的介厚差異，并計算其對阻抗的影響，其結果如表1所示。由表1可知，對于1 oz、0．5 oz和0．33 oz的銅厚，殘銅率為80％和無銅區介厚差異分別為25．1 μm、12．2 μm、8．1 μm，以單端微帶線為例，此介厚差異會導致阻抗相差4．65 Ω、2．36 Ω、1．59 Ω。

表1 殘銅率差異導致的介質層厚度及阻抗差異

注： 阻抗計算采用單端微帶線模型：Er＝3．95，W＝305 μm．

圖4為單張2116壓合后不同殘銅率處實測介厚，由圖可以看出，當銅厚為0．5 oz時，殘銅率為0％與殘銅率為100％區域介厚相差約為20 μm，也即殘銅率每相差20％，會導致介厚相差約4 μm；當銅厚為1 oz時，0％與100％殘銅率區域介厚相差約35．5 μm，也即殘銅率每相差20％，會導致介厚相差約7．1 μm。圖5為采用軟件模擬計算的介厚差異導致的阻抗偏差，由圖可知，對于外層單端線和外層差分線，介厚相差2．5 μm，阻抗偏差約0．6 Ω；對于內層單端線和差分線，介厚相差2．5 μm，阻抗偏差約為0．25 Ω和0．4 Ω。因此，板面不同位置處殘銅率的差異會對阻抗造成很大的影響，尤其是銅厚較大時。在生產過程中，需盡量減少同一板面不同位置的殘銅率差異，當殘銅率差異較大時，在不影響電氣性能的基礎上合理鋪設阻流點，減小拼版不同位置的介厚差異。

（2）含膠量對介厚均勻性及阻抗的影響

層壓時，溢膠會導致板邊介厚比板中間更薄，為研究板邊不同距離處介厚差異，對不同規格PP壓合后距板邊不同距離處的介厚進行了分析，結果如圖6所示。由圖可知，同一規格PP，與板邊距離越大，介厚呈增大趨勢，當距板邊75 mm時，介厚基本穩定；同時，PP含膠量越大，板邊與板中間介厚差異越大（106 PP板邊與板中間的介厚差約為0．19 mm，而3313 PP介厚差約為0．08 mm）。

為了更直觀分析不同位置與板中間介厚差異，對圖6的數據進行了處理，其結果如表2所示。由表可知，106與1080 PP壓合后，板邊25 mm處與板中間厚度偏差分別為10．53％和6．22％，而3313相對較低，偏差為4．81％，上述差異出現的原因是106與1080 PP的含膠量更高，壓合時板邊溢膠量相對較大，導致板邊介厚偏小。