高精度电阻值印制电路板制作研究

姚双佳 孔祥国

（苏杭电路板有限公司，江苏 昆山 215000）

0 前言

随着电子行业飞速发展，电子产品设计不断朝多功能、智能化方向发展，印制电路板（PCB）上的器件越来越密集，线路也越来越细。高频高速PCB、高散热PCB、埋阻埋容PCB等高端精密产品已经逐步被业界所熟知，PCB的发展呈现出多样化。一方面，由于市场的需求，导致客户的设计趋于开放性和大胆化，PCB则随之出现了众多特殊要求的产品；另一方面，新材料、新设备、新工艺的产生，迎合了市场和客户对于产品特性的需求。

我公司有一款雷达用PCB，要求局部线路实现精准电阻控制，其部分线路规定大电阻202 Ω±238 Ω 、小电阻6 Ω±7 Ω。该PCB为四层板，有电阻值有特殊要求的线路分布在内层，线路宽度为0.17 mm，长度分别为113.6 m和3.060 m，经过多个过电孔串联起来分别在最外层线路形成测试端点，形成大小不同电阻。

这种特殊要求的PCB对我们来说虽然是困难，但也是一个机遇，所以我们积极承担起这项任务。客户方面也是非常积极配合，提供了一块实物板供切片分析，允许我们根据实际制程能力适当调整。模拟出匹配的线宽和铜厚及各参数，努力制作出满足电阻值要求的PCB产品。

1 实验理念

PCB线路的电阻值包括线条电阻和导通孔电阻，根据电路公式可以理论计算线路电阻值，计算公式：R=ρL/S。式中：ρ为物质的电阻率、L为长度，S为截面积。铜的电阻率0.0178 Ω，即1 m长、截面积1 mm2的铜线电阻值。导通孔的电阻计算同样此公式，其中L=介质层厚度（孔的高度），S＝孔周长×孔壁铜厚=圆周率（π）×孔直径×孔壁铜厚。

根据电阻的计算公式，此板线路电阻值主要的影响因子关系如下：与内层电阻控值成正比，与线宽、铜厚成反比，与线长，补线（客户允许时）和棕化成正比关系。半固化片、基板和油墨介电常数为材料特性，油墨又对电阻值影响较小，因此我们经常通过调整其他参数来调整电阻值（见图1）。该控制电阻PCB厂内型号8244012，按客户现有电阻值的要求及线长要求，同时对客户所提供了一块电阻合格实物板做切片分析，得出了一份大致的情报数据，如下：线宽的线顶在0.15 mm左右，线底在0.17 mm左右，内层铜厚在 0.065 mm左右，孔铜厚在0.05 mm左右。

图1 影响电阻值的主要因素和关系图

成品阻值测量需要在外层之后测量，但是线路都是在内层的，为了能够在内层时就对阻值有控制，我们在制作的前期，考虑设计控制内层每层的电阻（预设模拟阻值的方式），来达到成品板上串联电阻达标的控制方法。有关互连导通孔电阻，由固定板厚、孔径和稳定孔壁铜厚保证，不再作具体分析。

2 实验方案与数据分析

影响阻值的关键因素除了介质厚度、线宽、铜厚及介电常数等项目外，在线路板中电阻线面临的环境比较复杂，如内层单层电阻控制对成品电阻值的影响、补线对阻值的影响、层压配对压合对阻值的影响、表面处理对阻值的影响等，这些因素也是不容忽视的。为了深入了解设计对阻值的影响，现针对阻值影响进行测试并收集相关数据。

2.1 试验方法

采用DOE（正交实验）。

（1）因素的选定。对已经确定的干扰因素不做考虑，如板厚状况、铜厚状况、介电常数等，本次实验选定4种暂不明确的因素：①内层单层电阻控制；②补线；③层压配对压合；④喷锡后连锡堵孔问题；

（2）确定已选4因素下的水平数，本次实验每因素确定3个水平（见图2）。

图2 DOE正交实验方案

（3）采用L9（3，4）方式配置，9次实验完成，不使用DOE方法需要81次实验完成，以下是正交（见表1）。

表1 正交试验表

2.2 实验过程

2.2.1 测试板

按试验方案制作测试板。每次测试以10块为一批量，每次实验采用同样的前处理，同一批设备，同一批操作工，同样的板材。

试板的流程：内层（数据收集）→补线（数据收集）→棕化（数据收集）→压合（数据收集）→外层（数据收集）→热风整平焊锡（数据收集）

依收集数据分析最佳参数，以最佳参数生产，并达到标准化。

2.2.2 不同内层电阻值试验

共对九批板的内层蚀刻后测量每层模拟电阻值，其中选定内层电阻值测试数据分别为22 Ω±0.5 Ω、21 Ω±0.5 Ω、20 Ω±0.5 Ω，各三批。测得九批板的电阻值均在范围内，例如第一批内层蚀刻后测量的每层模拟电阻值（如图3）。

做完内层之后，进行了补线及棕化分析，发现补线对成品的电阻影响不大；补线板和不补线板电阻相差不大；补线前后相差0.3 Ω.棕化后会使理论内层的电阻值增加1.5 Ω左右，对线宽影响不大。

2.3 测试状况

测试结果得出（如图4）。综合汇总试板过程和数据，得出最佳组合（试验午9，因素3-3-2-1）为：（a）内层阻值控制在20 Ω±0.5 Ω；（b）允许少量补线；（c）内层阻值大小配对组合；（d）风整平无问题。我们得出了此有电阻值要求PCB的关键控制措施和经验：

（1）内层芯板蚀刻后，各层实测模拟电阻值一定要控制在20 Ω～21 Ω之间，且各层电阻尽量靠近中值20.5 Ω；

（2）内层之后，层压之前一定要把各层编好号，并且要按各层大阻值和小阻值搭配去压合，尽量保持累计4层的阻值按中值控制好。如未按大小配对压合，会增加10%～15%的报废率，若按客户后续每月10多万的订单，仅大小配对压合这一个措施就能节省约每月1万元的成本；

（3）热风整平焊锡的品质一定要控制好，绝对不能有堵孔和孔间连锡短路，对阻值影响非常大。

图3 第一批内层蚀刻后测量的每层模拟电阻值（平均值21.9）

图4 DEO试验结果

3 试验验证

3.1 验证设计

这次试板一共投了10块在制板，按后续批量生产的方式去管控，模拟阻值也尽量往中值控制，层压时大小阻值配对压合，热风整平焊锡后所有连锡及堵孔全部修理后才允许走板。

3.2 过程测量

过程测量（如图5）。

生产模拟压合的阻值配对成功8块板（10组板报废2组），8块板外层蚀刻和热风整平焊锡（HASL）后分别实测成品电阻值见表2，都符合要求要求阻值1/2端点201.4 Ω～237.6 Ω，3/4端点（5.98 Ω～7.02 Ω）。

有关合格在制板的数据记录例（如图6）。

3.3 生产模拟批次总结

此批板子就是补L4层线时报废了2个单元，为了配对而直接报废了2块在制板，其余板子的电阻值全部合格。

4 总结

对于高精度电阻值要求的多层PCB线路，在稳定互连导通孔镀层基础上，重点是控制内层线条，并做好配对层压，得到经验如下：

（1）内层芯板蚀刻后，各层实测模拟电阻值一定要控制在20 Ω～21 Ω之间，且各层电阻尽量靠近中值20.5 Ω；

图5 生产模拟内层蚀刻后电阻值

表2 外层受控线路电阻值

图6 合格在制板的数据记录例

（2）内层形成之后，层压之前一定要把各层编好号，并且要按各层大阻值和小阻值搭配去压合，尽量保持累计4层的阻值按中值控制好；

（3）AOI补线后的板子一定要重新测量电阻值变化，并登记好后，再配对压合；

（4）喷锡的品质的一定要控制好，绝对不能有堵孔和孔间连锡短路。此类订单，还是需要工程师全程跟进生产，并做好异常记录，相信在各方面都控制好的话，这类高精度电阻值要求的多层PCB完全可以批量化生产。