CN103153001B - 一种pcb板加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊料塞孔改善信号质量和通流能力的方法以及由该方法制造的PCB板。在对PCB板进行组装加工的过程中，先将液态填充焊料注入到所述PCB板的过孔中，然后将PCB板进行冷却，使得液态填充焊料冷却为非液态填充焊料，并填充在所述过孔中。本发明可以有效的改善PCB板上过孔的信号质量，并提高过孔的通流能力，从而提高了PCB板上电路信号质量和系统电流的通流能力。

Description

一种PCB板加工方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种PCB板及加工方法。

背景技术

随着PCB互连技术的快速发展，带动3C（电脑、通信、消费类电子）产品的迅速更新换代，对于PCB上的信号速率，也以指数递增，快速的跨入10G以上的高速信号。十几年前，时钟频率只有10Mhz，而现在，100Mhz的时钟频率已经非常普遍，那些互连线，过孔，对信号不再是透明的产品或系统。另一方面，芯片也朝着低电压，大功耗的方向发展。如第一代DDR内存为2.5v，而现在DDR3已经降低到1.5v，这就意味着即使在功耗不变的情况下，芯片的电流也会不断加大。这些都使得信号完整性问题和电源完整性问题越来越突出。

为了解决PCB板上信号完整性问题和电源完整性问题，现有三种解决方案。第一种是将过孔的反焊盘（clearance）变大，减小过孔因平面耦合产生的容性效应，同时使用直径更小的过孔封装，减小过孔本身的寄生参数，以解决由此产生的信号完整性问题。但是使用更大反焊盘的过孔封装，会使走线在靠近过孔的区域没有参考，使得信号没有完整的回流路径。并且过孔的封装也不能无限减小，过大的厚径比（PCB厚度/过孔直径）会使得单板电镀出现问题。而从改善通流能力的角度考虑，又需要使用大孔径过孔，这和改善信号能力的要求相左，并使用更大孔径的过孔在PCB加工过程中必然多引入一种钻刀，工序上带来麻烦。另外，大孔径过孔对于绿油塞孔的单板加工上带来困难。

第二种是使用HDI设计，采用盲孔和埋孔，来减小走线的stub，寄生电容和等效串联电感对信号产生的影响。另外延长镀铜时间，以此加大过孔镀铜厚度，来改善过孔通流能力。但是盲孔和埋孔加工复杂，加工周期长，并且成本较高，因此一般PCB加工都采用普通过孔，如图2所示。而延长镀铜时间，会增加PCB加工周期，影响加工效率。并且增大铜厚的同时也会增加加工成本。

第三种方法是采用化学镍金（ENIG）进行表面处理，以此改善过孔的寄生参数，过孔内层导电介质厚度也会变厚，从而改善过孔的信号质量，提高过孔通流能力。但ENIG的成本相对较高，在对可靠性要求高的场合，同时需避免在BGA区域使用ENIG(因ENIG表面处理容易发生“黑盘”问题，需避免在高可靠性PCB上使用)。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种焊料塞孔改善信号质量和通流能力的方法以及由该方法制造的PCB板，通过本发明可以有效的改善PCB板上过孔的信号质量，并提高过孔的通流能力，从而提高了PCB板上电路信号质量和系统电流的通流能力。为实现本发明目的，本发明实现方案具体如下：

步骤A、在对PCB板进行加工的过程中将液态填充导电介质注入到所述PCB板的过孔中；

步骤B、将PCB板进行冷却，使得液态填充导电介质冷却为非液态填充导电介质并填充在所述过孔中。

与现有技术相比，该方法具有成本低，加工周期短，工艺简单的优点。

附图说明

图1为PCB板上过孔反焊盘的示意图；

图2为盲孔、埋孔、通孔的示意图；

图3为用焊料填充过孔的示意图；

图4为过孔填塞程度与改善信号质量和提高通流能力的效果关系示意图；

图5为低通电路示意图；

图6为插损仿真报告图；

图7为回损仿真报告图；

图8为通流分析报告图。

具体实施方式

为了实现本发明目的，本发明提供一种PCB板加工方法，其一般性的构思是将成本低廉且容易获取的焊料填塞到PCB板的过孔里来改善过孔的电气特性。在优选的方案中，本发明在对PCB板进行加工的过程中将液态填充焊料注入到所述PCB板的过孔中，然后将PCB板进行冷却，使得液态填充焊料冷却为非液态填充焊料，最终实现焊料填充在所述过孔中。进一步地，所述焊料填充可以通过所述回流焊或波峰焊的方法来实现。通过本发明，可以有效改善PCB板上过孔的信号质量和通流能力，从而提高了PCB板上电路信号质量和系统电流的通流能力。

为使本发明技术方案更加清楚和明白，以下结合本发明具体实施例加以详细说明。所述方法用于改善PCB板上过孔的信号质量和通流能力。所述PCB板加工方法包括：

步骤A、在对PCB板进行加工的过程中将液态填充焊料注入到所述PCB板的过孔中；

步骤B、将PCB板进行冷却，使得液态填充焊料冷却为非液态填充焊料，并填充在所述过孔中。

如图3所示的焊料填充过孔的示意图。过孔是PCB板上用来连接PCB板两面线路的孔。在高速系统中，信号经过的过孔成了阻抗不连续的节点，并且过孔自身存在寄生参数也影响着整个路径的电信号传输。在另一方面，随着PCB板上系统的工作电流不断加大，过孔的连接处就成了通流能力的瓶颈。本发明就是对PCB板上的过孔进行填塞处理来实现改善信号质量和提高通流能力的目 的。在优选的实施方式中，过孔的填塞材料是焊料，但是本发明并不排除其他类型的填充导电介质。填充焊料是一种较佳的实施方式，其优势体现在成本低廉，与现有PCB加工工艺以及流程能够很好地兼容。

为了实现本发明目的，可在PCB板的过孔附近的预设区域上设置非液态填充焊料。具体地，为了能够准确的将非液态填充焊料设置到需要进行填充的过孔中，可以在加工PCB板的过程中使用钢网。所述钢网也称为SMT模板，其主要功能是帮助锡膏在指定的区域进行沉积，目的是将准确数量的锡膏转移到空PCB上准确位置。在处理过程中，可将需要进行填充处理的过孔顶面的钢网设置开口，钢网开口的大小通常比过孔面积大一些，而钢网开口所对准的区域即为填充焊料的预定区域。具体钢网开口的面积可由以下公式计算得到。钢网开口的面积×钢网厚度（所需要焊料的体积）×2=过孔面积×PCB板厚度（过孔的体积）。这是考虑到钢网开口处填充的非液态焊料通常是膏状的，最终在过孔中冷却的焊料是固态的，这个过程中膏状焊料的体积大致为固态焊料体积的2倍。

进一步地，为了使焊料填充到过孔中，可以使用回流焊的方法进行加热处理。具体地，将非液态焊料覆盖在需要进行填充的过孔上，以覆盖住过孔为宜。然后PCB板经回流焊加热后非液态焊料就会溶化为液态，渗入过孔内部，融化后的填充焊料依靠自身的附着力附着在过孔中，等到PCB冷却后便可完好地将该过孔填充。

本发明还可通过波峰焊的方法来实现焊料塞孔。具体地，将需要塞孔的区域裸露，浸入熔融的焊料液中。在整个过程中，上涌的焊料将因为毛细作用而渗透到过孔，对过孔进行填塞。在此过程中，保持PCB板与液态填充焊料的接触时间达到预设的时间长度以使得流入过孔中的液态填充焊料的体积不小于该过孔体积的50%，如果过孔填充程度低于50%，则改善信号质量和提高通流能力的效果不是很理想。而预设的时间长度与PCB板的厚度正相关，PCB板越厚，预设的时间长度越长。由于过孔填塞程度与改善信号质量和提高通流能力的效果成指数递增的关系，即过孔填充程度增加的初期，改善效果初期增加得并不 明显，填充程度增加到50%左右之后，改善效果明显增加，填充效果增加到90%之后，改善效果逐步趋于平缓，如图4所示。为了不增加太多成本，同时又能达到最好的改善效果，填充在过孔中的填充焊料的体积一般不大于过孔体积的90%且不小于过孔体积的75%。当然这里各种体积上的参数要求在回流焊中亦可以使用，只不过在波峰焊中是通过时间来控制，而在回流焊中是通过设置非液态填充焊料的体积来控制的，而且在回流焊的过程中，填充在过孔中的填充焊料的体积可以被控制在75%至100%之间。本发明在优选的方式中使用波峰焊或回流焊作为加工处理方式，可以充分兼容PCB加工处理过程。目前这两种加工工艺在PCB板的加工处理过程中属于主流技术，本发明使用这两种加工方式来进行过孔的填充处理不会增加额外的工序，且操作简单，成本较低。

本发明同时提供了一种经过上述塞孔处理的PCB板，该PCB板包括过孔以及填充在该过孔中的填充焊料。它的信号质量和通流能力较未经焊料塞孔处理的PCB板有了很大了改善。以下提供一些典型数据来说明经过本发明处理过的过孔与传统的过孔之间的性能差异。

1）验证比较（S参数）

在高速系统中，过孔的模型是一个由电感和电容组成的RLC的π型或T型的低通电路，如图5所示。根据板材类型信息，板厚信息，建立过孔的仿真模型库。过孔模型库包括过孔的固定参数信息和可变参数信息，其中固定参数包括板材类型信息（介电常数），板厚信息，过孔的孔径参数、过孔的出线层参数。可变参数分为两类，一类为常规加工的过孔，一类为焊料塞孔的过孔。针对分类后的过孔，提取仿真的S参数，进行比较验证，得出结论，在过孔经焊料填塞的模型中，S参数的插入损耗和回波损耗都有明显改善。将仿真过孔的S参数和实际测试得的过孔S参数进行比较验证，若有偏差，根据验证的结果修正原始过孔模型库，建立经过验证的过孔模型库。

建立的S参数过孔仿真模型库，插损仿真报告如图6所示：曲线2为常规加工的过孔模型的插入损耗，曲线1为焊料塞孔模型的插入损耗，在6Ghz的时候有0.26db的改善，也就是说相对于现有技术而言，本发明的插入损耗有较大 幅度的降低。回损的仿真报告如图7所示：曲线4为焊料塞孔模型仿真的回损曲线，曲线3为常规加工时的回损曲线，在2Ghz的时候有5.3db的改善，也就是说因反射而损失的能量有明显的减少。

2）验证比较（通流能力）

用焊料塞孔，对于过孔通流也有明显改善。建立过孔的仿真模型，定义各固定参数和可变参数，可变参数分为一类常规加工过孔和一类用焊料填塞的过孔，提取通流仿真数据和功耗数据，将获取的两类过孔的仿真参加进行比较验证，分析报告如图8所示，在相同温升，板材及板厚等固定参数条件下，得到的过孔通流和功耗数据表。从图8中可以发现，本发明的通流能力可以提高一倍甚至更高，而损耗与现有技术基本相当，甚至可以做到更低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种PCB板加工方法，用于对包括过孔的PCB板进行加工，该方法包括以下步骤：

步骤A、在对PCB板进行加工的过程中将液态填充导电介质注入到所述PCB板的过孔中；

步骤B、将PCB板进行冷却，使得液态填充导电介质冷却为非液态填充导电介质并填充在所述过孔中，以提高PCB板上的电路信号质量和系统电流的通流能力；

其中，所述步骤A包括：使用波峰焊的方式对所述PCB板进行加工；其中，上涌的焊料因毛细作用而渗透到过孔，对过孔进行填塞，所述填充在过孔中的填充导电介质的体积不大于过孔体积的100％且不小于过孔体积的75％。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电介质为焊料。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A还包括：

保持PCB板与液态填充焊料的接触时间达到预设的时间长度；

所述预设的时间长度与PCB板的厚度正相关，所述PCB板越厚所述预设的时间长度越长。