CN107872921B - 一种特性阻抗的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特性阻抗的设计方法，包括以下步骤：S1、线路板制作，工序包括开料、内层、压合、钻孔、沉铜、板面电镀、图形转移、酸性蚀刻，线路板制作时在单元外设置相应的模拟特性阻抗线；S2、切片；S3测量模拟特性阻抗线到铜皮不同距离的线宽，并进行记录；S4、测量模拟特性阻抗线到铜皮不同距离的实际特性阻抗值；S5、制成表格与预定特性阻抗值进行对比；S6、预定特性阻抗值为X，实际特性阻抗值范围为X～X+10%X+3，其中最佳的实际特性阻抗值为X+3。本发明通过DOE实验得出阻抗模块特性阻抗线距铜皮的最佳距离，管控电镀镀铜厚度、镀铜板面均匀性，并严格控制好蚀刻药水参数及蚀刻压力、温度。

Description

一种特性阻抗的设计方法
技术领域
本发明涉及线路板加工领域，具体涉及一种特性阻抗的设计方法。
背景技术
随着科技发展，尤其在积体电路的材料之进步，使运算速度有显著提升，促使积体电路走向高密度﹑小体积，单一零件，这些都导致今日及未來的印刷电路板走向高频响应，高速率数位电路之运用，也就是必須控制线路的阻抗﹑低失真﹑低干扰及低串音及消除电磁干扰EMI。客户对阻抗控制要求越来越严，而阻抗管控数目也越来越多，由于越来越多的PCB趋向于高密度、小体积发展，许多客户的产品无法直接在制程过程中测量阻抗，在 PCB制造行业内，为了能够在生产过程中管控单元内阻抗值，在生产板上设计模拟单元内阻抗模块。如何进行阻抗设计，使阻抗模块的阻抗值和单元内的值相近，从而保证单元内阻抗值合格，是制前人员非常关注的一个问题。
发明内容
本发明目的是提供一种特性阻抗的设计方法，它能有效地解决背景技术中所存在的问题。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种特性阻抗的设计方法，包括以下步骤：
S1、线路板制作，工序包括开料、内层、压合、钻孔、沉铜、板面电镀、图形转移、酸性蚀刻，线路板制作时在单元外设置相应的模拟特性阻抗线；
S2、切片，沿模拟特性阻抗线长度方向进行切片，得到模拟特性阻抗线纵向截面；
S3、用显微镜量测量模拟特性阻抗线到铜皮不同距离的线宽，并进行记录；
S4、测量模拟特性阻抗线到铜皮不同距离的实际特性阻抗值；
S5、将模拟特性阻抗线到铜皮不同距离的线宽与相应的实际特性阻抗值制成表格与预定特性阻抗值进行对比；
S6、预定特性阻抗值为X，实际特性阻抗值范围为X～X+10％X+3，其中最佳的实际特性阻抗值为X+3。
对首件切片的板面镀铜进行测量，具体测量方法为测量最小孔的孔铜厚度，孔铜厚度偏差上限为4μm。
镀铜的均匀性极差≤5μm。
模拟特性阻抗线到铜皮的距离在10mil-20mil为最佳，模拟特性阻抗线的线宽设计在预定的线宽上补偿1.5mil。
进行酸性蚀刻的蚀刻药水成份为：
测量线路板单元内的阻抗条和模拟特性阻抗线的线宽进行比较。进行酸性蚀刻的蚀刻药水浓度为：
NaClO3含量为20～30g/l；
HCL含量为73～102g/l；
正二价铜离子含量为130～140g/l。
酸性蚀刻温度控制在50+/-2℃，酸性蚀刻压力控制在2.6-3.0kg/cm2。
蚀刻后随机选取2pnl测量线路板单元内的阻抗条特性阻值和模拟特性阻抗值进行比较。
线路板单元内的阻抗条特性阻值和模拟特性阻值的偏差≤1.5Ω。
测量线路板单元内的阻抗条和模拟特性阻抗线的线宽进行比较。
线路板单元内的阻抗条和模拟特性阻抗线的线宽偏差≤0.3mil。
本发明的有益效果是：
本发明通过DOE实验得出阻抗模块特性阻抗线距铜皮的最佳距离，管控电镀镀铜厚度、镀铜板面均匀性，并严格控制好蚀刻药水参数及蚀刻压力、温度。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，进一步阐述本发明。
实施例1
采用DOE试验方法研究阻抗条上一般特性阻抗线到铜皮距离对特性阻抗的影响，确认特性阻抗线到铜皮距离的最佳值。
一种特性阻抗的设计方法，包括以下步骤：
S1、线路板制作，工序包括开料、内层、压合、钻孔、沉铜、板面电镀、图形转移、酸性蚀刻，线路板制作时在单元外设置相应的模拟特性阻抗线；
模拟特性阻抗线的线宽预定的原稿线宽为7.7mil，补偿值为1.5mil，预定的特性阻抗值为65 Ω；
模拟阻抗模块设计如下：
(1)、阻抗线距铜皮距离4mil；
(2)、阻抗线距铜皮距离7mil；
(3)、阻抗线距铜皮距离10mil；
(4)、阻抗线距铜皮距离15mil；
(5)、阻抗线距铜皮距离20mil；
(6)、阻抗线距铜皮距离25mil；
(7)、阻抗线距铜皮距离30mil；
(8)、阻抗线距铜皮距离35mil；
(9)、阻抗线距铜皮距离40mil；
(10)、阻抗线距铜皮距离45mil；
(11)、阻抗线距铜皮距离50mil；
S2、切片，沿模拟特性阻抗线长度方向进行切片，得到模拟特性阻抗线纵向截面；
S3、用显微镜量测量模拟特性阻抗线到铜皮不同距离的线宽，并进行记录；
S4、测量模拟特性阻抗线到铜皮不同距离的实际特性阻抗值；每个实际特性阻抗值经过10 次测量后取其平均值；
S5、将模拟特性阻抗线到铜皮不同距离的线宽与相应的实际特性阻抗值制成表格与预定特性阻抗值进行对比；
得到表1所示数据：
表1
S6、预定特性阻抗值为X，实际特性阻抗值范围为X～X+10％X+3，其中最佳的实际特性阻抗值为X+3。
预定特性阻抗值为65Ω，实际特性阻抗值范围为65Ω～65+6.5+3＝74.5Ω，其中最佳的实际特性阻抗值为65+3＝68Ω。
根据表1的数据可知，模拟特性阻抗线到铜皮距离在10mil-20mil时最为接近最佳的实际特性阻抗值68Ω，其中模拟特性阻抗线到铜皮距离在15mil时为最佳。
对首件切片的板面镀铜进行测量，具体测量方法为测量最小孔的孔铜厚度，孔铜厚度偏差上限为4μm。线路板在镀铜时最小孔的孔内镀铜最难控制铜厚，通过测量最小孔的孔铜厚度可知线路板整体铜厚的控制是否精确。
镀铜的均匀性极差≤5μm。
考虑线路板在生产过程中需要进行酸性蚀刻，因此模拟特性阻抗线的线宽设计在预定的线宽上补偿1.5mil。
实施例2
线路板制作，工序包括开料、内层、压合、钻孔、沉铜、板面电镀、图形转移、酸性蚀刻，线路板制作时在单元外设置相应的模拟特性阻抗线。
进行酸性蚀刻的蚀刻药水浓度为：
NaClO3含量为20～30g/l；
HCL含量为73～102g/l；
正二价铜离子含量为130～140g/l。
酸性蚀刻温度控制在50+/-2℃，酸性蚀刻压力控制在2.6-3.0kg/cm2。
蚀刻后随机选取2pnl测量线路板单元内的阻抗条特性阻值和模拟特性阻抗值进行比较，测量结果如表2所示：
表2
测量测量线路板单元内的阻抗条和模拟特性阻抗线的线宽进行比较，测量结果如表3所示：
表3
依据表2、表3检测得知：
线路板单元内的阻抗条特性阻值和模拟特性阻抗值的偏差≤1.5Ω；
线路板单元内的阻抗条和模拟特性阻抗线的线宽偏差≤0.3mil；检测结果合格。
通过设计试板和批量生产板跟进，模拟特性阻抗线到铜皮的距离调为15.0mil能保证模拟特性阻抗值和模拟特性阻抗线的线宽在控制范围内，同时满足模拟特性阻抗线与单元内的阻抗条特性阻值和单元内的阻抗条的线宽保持一致，提高产品直通率。
以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种特性阻抗的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、线路板制作，工序包括开料、内层、压合、钻孔、沉铜、板面电镀、图形转移、酸性蚀刻，线路板制作时在单元外设置相应的模拟特性阻抗线；
S2、切片，沿模拟特性阻抗线长度方向进行切片，得到模拟特性阻抗线纵向截面；
S3、用显微镜测量模拟特性阻抗线到铜皮不同距离的线宽，并进行记录；
S4、测量模拟特性阻抗线到铜皮不同距离的实际特性阻抗值；
S5、将模拟特性阻抗线到铜皮不同距离的线宽与相应的实际特性阻抗值制成表格与预定特性阻抗值进行对比；
S6、预定特性阻抗值为X，实际特性阻抗值范围为X～X+10%X+3，其中最佳的实际特性阻抗值为X+3。
2.根据权利要求1所述的一种特性阻抗的设计方法，其特征在于：对首件切片的板面镀铜进行测量，具体测量方法为测量最小孔的孔铜厚度，孔铜厚度偏差上限为4μm。
3.根据权利要求2所述的一种特性阻抗的设计方法，其特征在于：镀铜的均匀性极差≤5μm。
4.根据权利要求1所述的一种特性阻抗的设计方法，其特征在于：模拟特性阻抗线到铜皮的距离在10mil-20mil为最佳，模拟特性阻抗线的线宽设计在预定的线宽上补偿1.5mil。
5.根据权利要求1所述的一种特性阻抗的设计方法，其特征在于，进行酸性蚀刻的蚀刻药水浓度为：NaClO3含量为20～30g/l；HCL含量为73～102g/l；正二价铜离子含量为130～140g/l。
6.根据权利要求5所述的一种特性阻抗的设计方法，其特征在于：酸性蚀刻温度控制在50±2℃，酸性蚀刻压力控制在2.6-3.0kg/cm²。
7.根据权利要求6所述的一种特性阻抗的设计方法，其特征在于：蚀刻后随机选取2pnl测量线路板单元内的阻抗条特性阻抗值和模拟特性阻值进行比较。
8.根据权利要求7所述的一种特性阻抗的设计方法，其特征在于：线路板单元内的阻抗条特性阻值和模拟特性阻抗值的偏差≤1.5Ω。
9.根据权利要求6所述的一种特性阻抗的设计方法，其特征在于：测量线路板单元内的阻抗条和模拟特性阻抗线的线宽进行比较。
10.根据权利要求9所述的一种特性阻抗的设计方法，其特征在于：线路板单元内的阻抗条和模拟特性阻抗线的线宽偏差≤0.3mil。
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