不同棕化药水及阻焊前处理对插入损耗的影响研究

邹冬辉 王立刚 陶锦滨 叶 霖 王 锋

（深圳强达电路股份有限公司，广东 深圳 518103）

0 引言

现代通信已进入5G 时代，正迈向6G 建设。印制电路板（printed circuit board，PCB）成为高速信号传输的关键一环，对应的介质损耗、导体损耗、辐射损耗会随着传输频率的升高而升高。因此，为达到信号良好输送的目的，降低损耗便成了PCB 制造商持久追求的目标。他们通过不断开发更低介电常数（Dk）、介质损耗（Df）的基材，搭配更低粗糙度铜箔和采用低粗化药水等途径力求降低损耗。

本文通过试验2 种板材对比A 公司推出的高速棕化药水、普通棕化药水对插损的差异。另外针对几种适用阻焊前处理的工艺进行对比测试，得到阻焊前处理加工后的插损测试数据，为高速PCB产品提供参考数据。

1 损耗相关概念

1.1 插入损耗

PCB 传输的插入损耗主要由介质损耗、导体损耗和辐射损耗三部分组成。其中，介质损耗是指电场通过介质时，由于介质分子交替极化和晶格不断碰撞而产生的热损耗，其数值主要与Dk、Df有关，介质损耗与Dk、Df成正比。导体损耗包括平滑导体损耗和粗糙损耗，都与导体导电系数有关，导体导电系数越大越利于降低导体损耗。平滑导体损耗是假设导体完全光滑的理想情况下的导体损耗，模型越大，即介厚、线宽、铜厚等越大，平滑导体损耗越小。

粗糙损耗是导体因表面粗糙而带入的损耗，表面积/投影面积（RSAI）越小，粗糙损耗越小。辐射损耗是场结构开放性或半开放性导致的电磁波辐射损耗，对微带线影响尤为明显。辐射损耗与材料的厚度、材料的Dk有关，介厚越小、Dk越大，辐射损耗越小。

1.2 趋肤效应

当交变电流通过导体时，电流将集中在导体表面流过，这种现象叫趋肤效应。电流或电压以频率较高的电子在导体中传导时，会聚集于导体表层，而且频率越高趋肤程度越大，见表1。

表1 不同频率对应的趋肤深度

2 试验方案

试验针对PCB 加工中内层棕化以及阻焊前处理粗化处理流程进行对比试验。在M6、M7 材料的基础上，对比不同粗化条件对于信号传输中插损的影响大小并得出较优粗化处理方案。

本次试验所使用的板材为TU-883、TU-933+铜箔，压合铜箔统一使用HVLP1 铜箔；内层棕化药水采用A 公司常规棕化药水M、高速棕化药水H，具体带状线棕化对比试验设计及对比内容见表2。表2中，线阻值设计为100 Ω差分。

表2 棕化药水测试方案

对比外层不同阻焊前处理方式，化金后测试微带线插损差异表现，见表3。测量插损数据采用矢量网络分析仪（N5225B），处理软件PLTS，用测试方法IPC TM-650 2.5.5.12。

表3 阻焊前处理对比测试方案

3 测试结果与分析

3.1 不同棕化药水对铜面处理及对应插损表现

采用2 种棕化药水进行处理后所产生的表面形态是不一样的，数据见表4，外观形貌见表5。可以看出，铜面在普通棕化药水M 处理之后，铜面的蜂窝状相对于高速药水H 处理后明显。测试出来的RSAI 数据的差异值在数据上也可以看出，普通棕化药水M的粗化程度大于高速药水H。

表4 不同棕化药水处理后数据

表5 不同棕化药水处理后外观形貌

具体插损数据见表6 和图1，无论是TU-883还是TU-933+板材，采用高速药水H 处理后的带状线对比常规棕化药水M均有改善。结合RSAI以及扫描电子显微镜（scanning electronic microscopy，SEM）SEM 图对比，高速药水H 的RSAI更低，SEM 图上高速药水H处理后的铜面明显蜂窝状结构少于普通药水M，关联插损测试结果也一致。

图1 不同棕化药水处理后带状线插损差异对比

表6 不同棕化药水带状线插损数据对比

由表6 可见，TU-883 在12.89 GHz 时，高速药水H（微蚀量1.1 μm）较普通药水M（微蚀量1.7 μm）改善比例为8.11% ；TU-933+在16 GHz 时，高速药水H（微蚀量1.1 μm）较普通药水M（微蚀量1.7 μm）改善比例为5.64%。

相同的微蚀量下以约1 μm 微蚀量为对比参照，TU-883 在12.89 GHz 时，高速药水H 较普通药水M 的改善比例为3.56%，TU-933+在16 GHz时，高速药水H 较普通药水M 的改善比例为2.99%。

3.2 不同阻焊前处理测试结果

实测不同阻焊前处理后对比插损数据见表7和图2。对比3 种物理铜面处理方式，喷砂线得到的插损最小，其次是火山灰磨板线，得到的插损略低于阻焊磨板线。

图2 不同阻焊前处理处理后微带线插损差异对比

表7 不同阻焊前处理处理后微带线插损数据对比

4 结论

本文以M6、M7 等级材料TU-833、TU-933+为载体设计插损测试板，对比试验不同棕化药水处理带状线，试验使用不同阻焊前处理加工的微带线插损的差异，最后得出结论如下。

（1）A 公司的高速棕化药水H 较普通棕化药水M 处理后的带状线插损要更小。常规对比（高速棕化药水H 微蚀量1.1 μm，普通棕化药水M 微蚀量1.7 μm）：高速棕化药水H 改善TU-933+板材插损约5.64%（16 GHz），高速棕化药水H 改善TU-883板材插损约8.11%（12.89GHz）；相同微蚀量（微蚀量约1.0 μm）对比，高速棕化药水H 改善TU-933+板材插损约2.99%（16 GHz），高速棕化药水H 改善TU-883 板材插损约3.56%（12.89 GHz）。

（2）几种阻焊前处理对比。对比常规阻焊磨板线，喷砂线降低插损的性能最优：喷砂线降低插损约2.06%（16 GHz）（TU-933+板材），喷砂线降低插损约3.08%（12.89 GHz）（TU-883 板材）。阻焊前处理降低插损优先顺序：喷砂线＞火山灰磨板线＞阻焊磨板线。