2．1．4 不同阻焊油墨对高速PCB损耗性能的影响

一般而言，在高速PCB中使用的阻焊油墨的损耗因子比板材大得多，因此，对于高速PCB的外层线路，影响其信号传输损耗的因素除PCB的设计及材料的选择外（板材、铜箔类型、玻纤类型等），阻焊油墨的选用也对外层线路损耗性能有着较大的影响。为改善高速PCB外层线路的信号传输性能，近年业内有研发推出低损耗的阻焊油墨［7］。为分析常规油墨与低损耗油墨对外层传输线损耗的影响差异，采用低损耗板材制作差分微带线，而后分别丝印两种油墨并测试丝印前后线路损耗性能的变化，其结果如图5所示，由图可知，对于外层差分线，未覆盖阻焊油墨时在12．5 GHz的损耗值为0．155 dB／cm，覆盖常规阻焊油墨后在12．5 GHz的损耗值为0．276 dB／cm，而覆盖低损耗阻焊油墨后在12．5 GHz的损耗值为0．234 dB／cm，丝印常规阻焊油墨后线路损耗值增大约78％，且信号传输频率越大，阻焊油墨对损耗的影响越大；同时，采用低损耗因子的阻焊油墨可以改善阻焊对外层线路损耗的影响，与常规阻焊油墨相比，低损耗油墨可使外层传输线的损耗值降低15％～20％。

除上述的高速材料组成对PCB损耗性能有影响外，同一材料的配本、规格也会导致损耗差异，如半固化片树脂含量、玻纤规格的选取等亦会导致Df的变化，从而影响PCB损耗值。

2．2 加工工艺对高速PCB损耗性能的影响

2．2．1 铜箔粗化处理对高速PCB损耗性能的影响

PCB制作线路时，通常会对铜面进行粗化处理，以增加干膜（或湿膜）与铜面的结合力。同时，压合前为增加PP与铜箔的结合力，提高PCB的可靠性，也会对铜面进行粗化处理。其中，线路制作时常用的粗化工艺有磨板或化学微蚀等，压合前粗化一般为棕化。随着信号高速化发展，基材所用铜箔一般为低粗糙度铜箔（VLP、HVLP等），但传统粗化工艺会使铜箔粗糙度增加，从而引起导体损耗增加。为改善PCB制程中粗化处理对损耗性能的影响，药水商开发了专门用于改善PCB损耗性能的低粗糙度粗化药水，以降低铜箔粗化处理后的粗糙度。

图6和表5分别为是传统药水与低粗糙度药水处理后铜面形貌和粗糙度测试结果，与传统药水相比，干膜前处理和层压前处理采用低粗糙度药水可以降低铜面粗糙度。图7为经过两种药水处理后的差分微带线损耗测试结果，由图可知，采用低粗糙度药水处理后的线路损耗比传统粗化药水的略低。在频率为12．5 GHz时，采用传统粗化药水后（HVLP铜箔）的损耗值为0．401 dB／cm，而采用低粗糙度药水处理后的损耗值为0．380 dB／cm，损耗降低了5．2％左右。另外，采用低粗糙度药水制得的PCB热应力及剥离强度等测试结果表明，PCB的可靠性满足要求。

2．2．2 表面工艺对高速PCB损耗的影响

众所周知，裸铜本身的可焊性很好，但暴露在空气后PCB表面的铜导体会迅速发生氧化，进而导致PCB性能的恶化，因此需要对铜面进行表面处理，以保证良好的可焊性及可靠性。但是，PCB进行表面处理后，阻焊开窗的微带线损耗会发生变化，影响信号的传输性能。不同表面处理工艺的选用会对PCB导体损耗产生不同影响，对高速PCB而言，选择表面处理工艺除考虑可焊性外，还应考虑其对信号损耗的影响。

为分析不同表面处理对PCB损耗性能的影响，采用相同的材料和设计制作得到PCB半成品，而后分别采用不同的表面处理工艺，而后测试不同表面处理的微带线插入损耗值，其结果如表6所示。由表可知，在10 GHz和20 GHz时，沉金工艺后损耗值最大，沉银工艺最小，与裸铜损耗值相比，10 GHz和20 GHz时沉金处理后损耗值分别增加19．32％和25．07％，而沉银处理后损耗值分别增加2．12％和0．96％，且除沉银和OSP外，其他表面工艺处理后单端微带线的损耗值均比裸铜的高10％～25％左右，对线路损耗的影响较大。

  表7为各金属材料电阻率情况，由表可知银的电阻率更小，因此沉银工艺对微带线损耗影响最小；虽然镍、金的电阻率小于锡，但由于其镀层厚度相对较厚（如表8所示），因此沉金表面工艺对微带线的信号损耗影响较大，而沉锡表面工艺镀层厚度只有1 μm左右，因此其对信号损耗的影响略小于无铅喷锡。

  除上述加工工艺对损耗有影响外，背钻设计及残桩控制等对PCB损耗也有一定的影响，通过背钻减少过孔的残桩长度，可以显著减少信号反射对于损耗测试的干扰，改善内层线路的损耗性能。

03

结论

高速PCB材料的选择以及加工制作工艺对信号损耗特性有着至关重要的影响，且PCB板卡上信号传输速率越高，PCB损耗性能受材料和加工工艺的影响越大，通过选择合适等级的材料，合理搭配铜箔、玻纤布类型、阻焊油墨等，并对加工工艺进行优选，可以获得电性能符合要求的PCB。通过前文分析，可以得出以下结论：

（1）基板材料的选择对PCB的损耗影响极大，在不同传输频率下，不同等级材料之间的插入损耗值差异在15～30％左右；

（2）采用低粗糙度铜箔能显著降低信号传输损耗，其中，搭配HVLP铜箔时损耗值比HTE铜箔小12～16％，比RTF铜箔损耗值小4～12％；

（3）与E－glass相比，采用NE－glass后损耗值可降低4％～22％，且信号传输频率越高，NE－glass对损耗性能的改善越明显；

（4）覆盖阻焊油墨后外层线路损耗值增大约50％～70％，且信号频率越大，阻焊油墨对损耗的影响越大；与常规阻焊油墨相比，采用低损耗油墨可使外层线路的损耗值降低10％～20％左右；

（5）采用低粗糙度药水处理后的损耗值比传统粗化药水低5％左右，且PCB的可靠性满足要求；

（6）不同表面工艺信号对损耗的影响强弱为：沉金＞无铅喷锡＞沉锡＞OSP＞沉银，与裸铜相比，不同表面工艺处理后微带线损耗值增大1％～20％左右。

参考文献

［1］ 唐玉芳． 南京理工大学， 微带线损耗的理论研究及工程应用［M］． 硕士论文，2009．

［2］ 林金堵． 信号传输高频化和高速数字化对PCB的挑战（1）——对导线表面微粗糙度的要求［J］． 印制电路信息， 2008， 10： 15－18．

［3］ 祝大同． 高速基板材料技术发展现况与分析［J］． 覆铜板资讯， 2015， 5： 19－30．

［4］ 祝大同． 高速PCB用覆铜板产品及技术发展综述［J］． 印制电路资讯， 2015， 6： 27－34．

［5］ 林金堵， 曾曙． 信号传输高频化和高速数字化对PCB的挑战（2）——对覆铜箔板（CCL）的要求［J］． 印制电路信息， 2009， 3： 11－14．

［6］ 程柳军， 王红飞， 陈蓓． 玻纤效应对高速信号的影响［J］． 印制电路信息， 2015， 23： 22－32．

［7］ 程柳军， 王红飞， 陈蓓． 阻焊油墨对高速PCB阻抗和损耗影响研究［C］． 2016春季国际PCB技术／信息论坛： 166－173．