挠性印制板高精度阻抗设计影响因素研究

黄建娣 彭罗平 肖治理

（景旺电子科技（龙川）有限公司，广东 河源 517362）

0 前言

要使印制电路板（PCB）传输信号保持完整，并得到可靠、精确的传输，对PCB工艺流程上所使用的材料及其设计搭配非常严格。挠性印制板（FPC）的特性阻抗受材料及设计搭配复杂许多因素影响，如线宽、覆盖膜厚度、PI（聚酰亚胺）厚度、不同电磁膜、不同参考层等一种或多种材料和设计搭配等，阻抗难以精确管控。现通过试验不同参考层相同线宽、参考层相同不同线宽、同等规格不同供应商基材、不同基材PI厚度，以及不同品牌型号屏蔽膜、不同覆盖膜胶厚等因素对阻抗的影响，为FPC高精度阻抗设计提供最佳建议方案。

1 试验方法

1.1 设备与材料

设备：安捷伦阻抗测试仪、二次元、金相显微镜1000倍。

材料：挠性覆铜板（铜箔：12 μm、双面无胶ED铜，聚酰亚胺（PI）厚度：12.5 μm/20 μm/25 μm）、电磁膜（型号A/B/C/D）、覆盖膜（黄色PI：12 μm，粘合剂：15 μm/20 μm/25 μm）。

1.2 试验流程

开料→钻孔→镀铜→图形→覆盖膜→沉金→电磁膜/钢片（各工序正常参数，图形蚀刻量为20 μm）

1.3 试验方法

（1）参考层实铜相同，不同线宽的影响；（2）参考层的网格相同，不同线宽的影响；（3）参考层网格，线宽相同，不同胶厚覆盖膜的影响；（4）参考层网格，线宽相同，不同型号电磁膜影响；（5）参考层网格，线宽相同，不同供应商基材特性影响；（6）参考层网格，线宽相同，不同基材PI介质层影响；（7）参考层网格，线宽相同，阻抗线面不同背胶方式钢片影响；（8）线宽相同，不同参考层影响。测试项目设计方案见表1所示。

2 结果与讨论

2.1 参考层实铜，不同线宽对阻抗的影响

参考层实铜，不同线宽阻抗试验结果如图1所示。参考层为实铜设计时，线宽对阻抗的影响约1 μm线宽=0.7Ω阻抗变化值。贴膜后阻抗比贴膜前平均约小10Ω，且线宽越大差值越小。沉金后沉金前约小3.4Ω，且线宽越大，沉金对阻抗的影响越小，贴电磁膜后比贴电磁膜前平均约小18.9Ω，且线宽越大，电磁膜的影响越小。贴电磁膜后与蚀刻后的光板阻抗平均约小33Ω，且线宽越大，阻抗差值越小（见图1所示）。

表1 测试项目设计方案

2.2 参考层0.1 mm×0.3 mm网格，不同线宽对阻抗的影响

参考层0.1 mm×0.3 mm网格，不同线宽阻抗的试验结果如图2所示。参考层层为网格时，线宽对阻抗的影响约为1 μm线宽=1Ω阻抗变化值。对比得知，贴膜后阻抗比贴膜前平均约小19Ω，且线宽越大差值越小。沉金后比沉金前约小3.5Ω，且线宽越大，沉金对阻抗的影响越小。贴电磁膜后比贴电磁膜前平均约小24Ω，且线宽越大，电磁膜的影响越小。贴EMI（电磁膜）后的半成品与蚀刻后的光板阻抗平均约小47Ω，且线宽越大，阻抗差值越小。

图1 参考层实铜，不同线宽阻抗Ω数据趋势图

图2 参考层网格，不同线宽阻抗数据趋势图

2.3 参考层网格，线宽相同，不同胶厚覆盖膜的试验

参考层网格，线宽相同，不同胶厚覆盖膜的试验结果如图3所示。在参考层网格设计时，不同厚度的覆盖膜搭配相同的电磁膜，随着覆盖膜胶厚的增加阻抗值会越来越大，差异值为5 μm≈3Ω，覆盖膜胶厚度与阻抗成正比。

2.4 参考层网格，线宽相同，不同型号电磁膜的试验

参考层网格，线宽相同，不同型号电磁膜的试验结果如图4所示。不同型号电磁膜对阻抗影响不同，其中C≈D≤A≤B。

图3 参考层网格，不同覆盖膜胶厚度阻抗趋势图

图4 参考层网格，不同电磁膜型号阻抗趋势

2.5 参考层网格，线宽相同，不同铜箔介质层的测试

参考层网格，线宽相同，不同供应商基材特性测试结果如图5所示。对比同等规格供应商基材阻抗数据，蚀刻后不同供应商阻抗H≥E≥G≈I≈F。从数据上分析不同材料供应商之间，铜箔厚度12 μm双面无胶ED铜 基材不同供应商，各家略有差异，差异3～5Ω。目前我们使用的常规无胶主要是TPI材料，TPI材料介电常数一般≤4，实际上是在3.1～3.3，同等规格普通PI系，影响在3～5Ω。

2.6 参考层0.1×0.3 mm网格，线宽相同，不同基材介质层测试

参考层0.1 mm×0.3 mm网格，线宽相同，不同基材PI厚度测试如图6所示。不同基材PI厚度阻抗数据对比25 μm≥20 μm≥12.5 μm从数据分析得出，基材PI介质层厚度是影响阻抗重要因素，增加介质层厚度可以提高阻抗，阻抗与材料介质层厚度成正比，PI越厚阻抗越大（见图6所示）。

2.7 参考层0.1×0.3 mm网格，阻抗线面不同钢片背胶方式测试

参考层0.1 mm×0.3 mm网格，不同钢片背胶方式测试结果如图7所示。从数据可以看出导电胶钢片对阻抗的影响大于非导电胶钢片，当阻抗线面贴钢片，非导电胶阻抗比导电胶阻抗大，参考层网格0.1 mm×0.3 mm时，1 μm约影响约1Ω。

2.8 测试不同参考层，相同线宽设计，参考层对阻抗及阻抗线背面贴EMI的影响

测试不同参考层，相同线宽设计，参考层对阻抗及阻抗线背面贴EMI的影响，如图8所示。

阻抗与参考层越大，阻抗越大，参考层阻抗关系：实铜≤0.2 mm×0.2 mm≤0.1 mm×0.3 mm≤0.1 mm×0.6 mm≤0.1 mm×0.9 mm。

2.9 覆盖膜快压后与固化化差异

相同铜箔，不同基材PI厚度匹配不同覆盖膜胶厚，快压后与固化后阻抗变化测试，如表2所列。在同等厚度铜箔下，不同厚度覆盖膜下降的阻抗值无差异。两种基材贴覆盖膜后与固化后阻抗无太大变化。

图5 双面无胶ED不同供应商基材阻抗变化趋势图

图6 基材铜厚相同不同PI厚度阻抗变化趋势图

3 结论

图7 0.1 mm×0.3 mm网格不同钢片背胶方式

图8 相同线宽，不同参考层阻抗变化

表2 覆盖膜快压后与固化后差异测试

通过上述试验和分析，影响阻抗的因素主要有参考层、线宽、铜箔介质层、铜箔PI厚度、覆盖膜胶厚，阻抗线面有无EMI，钢片/非钢片等，影响阻抗因素关系：阻抗线面电磁膜≈阻抗线面导电钢片≥阻抗线面非导电钢片＞参考层＞铜箔PI厚度高＞覆盖膜胶厚＞线宽＞介质层（普通PI系）。精度FPC阻抗在设计时需同时考虑以上因素进行阻抗线匹配设计。

（1）铜箔厚度、介质层、PI厚度、覆盖胶厚、参考层相同时，每增加1 μm线宽，减少1 Ω阻抗进行补偿。线宽与阻抗成反比。

（2）铜箔厚度、介质层、PI厚度、覆盖胶厚、参考层相同时，导电钢片比非导电钢片小10 Ω，导电钢片阻抗线宽需比非导电钢片设计小10 μm。

（3）铜箔厚度、介质层、PI厚度、覆盖胶厚、参考层网格越大，阻抗越大。

（4）铜箔厚度、介质层、PI厚度、覆盖胶厚、参考层网格越大，覆盖膜胶厚越厚，实铜阻抗比0.1×0.3网格偏小。

（4）基材PI越厚，阻抗越大。增加基材PI厚度，可以增加阻抗。

（5）不同基材、不同胶厚快压后与固化后无差异，图形蚀刻后模拟流程仿成品快压后测试阻抗，通过蚀刻速度调整阻抗线宽，管控成品。