高精度電阻PCB制作方法研究
一、背景介紹
隨著(zhù)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等高端精細產(chǎn)品已經(jīng)逐步被業(yè)界所熟知，PCB的發(fā)展呈現出多樣化。一方面，由于市場(chǎng)的需求，導致客戶(hù)的設計趨于開(kāi)放性和大膽化，PCB則隨之出現了眾多特殊要求的產(chǎn)品；另一方面，新材料、新設備、新工藝的產(chǎn)生，迎合了市場(chǎng)與客戶(hù)對于產(chǎn)品特性的需求。
我公司根據某客戶(hù)要求，制作一款在PCB上實(shí)現既定布線(xiàn)方式的精準電阻控制(16±10Ω)要求的產(chǎn)品。客戶(hù)資料僅給定了總走線(xiàn)長(cháng)度(6413mm)，線(xiàn)寬要求在0.2mm左右，但未嚴格要求，允許適當調整，需要我公司根據實(shí)際制程能力，首先計算出匹配的線(xiàn)寬和銅厚范圍，再制作出滿(mǎn)足阻抗要求的PCB產(chǎn)品。
二、理論計算
客戶(hù)電阻控制板設計圖案只有BOT面有較長(cháng)的電阻線(xiàn)，總線(xiàn)長(cháng)6413mm，線(xiàn)寬預先按0.2mm 算，TOP面較寬0.4mm，線(xiàn)長(cháng)15.8mm。銅的電阻率按理論值1.75*10-8Ω*m計算，控制電阻16+/-10Ω，根據理論計算，假定成品銅厚在1OZ，BOT面電阻15.36Ω，T OP電阻在0.02Ω左右，理論估計電阻控制面只有BOT面。
6413mm長(cháng)，0.2mm寬的銅導線(xiàn)在不同銅厚下的電阻理論計算值如下表。R=ρ*L/S，ρ為材料電阻率 1.75*10-8Ω*m，L為導線(xiàn)長(cháng)度6413mm，S為導線(xiàn)橫 截面積，實(shí)際電阻上下限分別為：17.6Ω和14.4Ω。 理論計算當銅厚在35um時(shí)，0.2mm寬6413mm長(cháng)的導線(xiàn)才能達到理想電阻值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%計算，面銅電鍍層厚度至少在20um左右，所以底銅選擇應為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，根據客戶(hù)的電阻要求，計算線(xiàn)寬公差范圍如下表2，根據下表計算結果，控制銅厚理論最優(yōu)區間32到40um之間。
實(shí)際設計該PCB的制作流程為正片，正片制作更便于線(xiàn)寬公差控制，得到更精準的電阻。
三、過(guò)程控制
3.1 板電后面銅
板電銅厚8um，實(shí)際板電后量測量2PNL板的面銅，量測后計算銅厚分布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(xiàn)寬電阻記錄
測試板2PNL，蝕刻得到PNL1線(xiàn)寬均值0.19mm，實(shí)測相應阻值在15.8到19Ω；PNL2線(xiàn)寬均值0.21mm，實(shí)測相應阻值在15.2Ω到17.5Ω。首次作并不確定后流程會(huì )對電阻造成多大影響，故繼續跟進(jìn)測試板到成品后的電阻測試結果。
3.4 成品電阻測試
成品測試電阻如表5所示，2PNL板電阻全部合格，但是相對于蝕刻的半成品，成品電阻降低了1.5歐姆。
四、結論
測試板成品量測所有電阻均合格，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(xiàn)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。故蝕刻量測電阻理論上應做1.5Ω的預大。預大與PCB的設計和阻焊和表面處理流程帶來(lái)的差異有相當大的關(guān)系，不同PCB蝕刻后的電阻預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、導線(xiàn)上是否蓋油、導線(xiàn)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體，且其電阻相對于銅導線(xiàn)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線(xiàn)層直接蓋油，避免后流程較大的電阻誤差。
該文章轉載于：PCB網(wǎng)城
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