高精度电阻PCB制作方法研究

  一、背景介绍

    随着PCB功能化和高性能化发展，高频高速PCB、高散热PCB、埋阻埋容PCB等高端精细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，迎合了市场与客户对于产品特性的需求。

    我公司根据某客户要求，制作一款在PCB上实现既定布线方式的精准电阻控制(16±10Ω)要求的产品。客户资料仅给定了总走线长度(6413mm)，线宽要求在0.2mm左右，但未严格要求，允许适当调整，需要我公司根据实际制程能力，首先计算出匹配的线宽和铜厚范围，再制作出满足阻抗要求的PCB产品。

    二、理论计算

    客户电阻控制板设计图案只有BOT面有较长的电阻线，总线长6413mm，线宽预先按0.2mm 算，TOP面较宽0.4mm，线长15.8mm。铜的电阻率按理论值1.75*10-8Ω*m计算，控制电阻16+/-10Ω，根据理论计算，假定成品铜厚在1OZ，BOT面电阻15.36Ω，T OP电阻在0.02Ω左右，理论估计电阻控制面只有BOT面。

    6413mm长，0.2mm宽的铜导线在不同铜厚下的电阻理论计算值如下表。R=ρ*L/S，ρ为材料电阻率 1.75*10-8Ω*m，L为导线长度6413mm，S为导线横 截面积，实际电阻上下限分别为：17.6Ω和14.4Ω。 理论计算当铜厚在35um时，0.2mm宽6413mm长的导线才能达到理想电阻值16Ω。

    实际制作表铜控制35um左右，此板孔铜要求小18um，考虑到板厚0.5mm，孔孔径0.35mm，钻孔厚径比在1.4左右，电镀灌孔率以90%计算，面铜电镀层厚度至少在20um左右，所以底铜选择应为35um-20um=15um，选择1/3oz起镀铜厚理想。

    面铜控制中值在35um，则实际完成铜厚在30到40um之间，根据客户的电阻要求，计算线宽公差范围如下表2，根据下表计算结果，控制铜厚理论优区间32到40um之间。

    实际设计该PCB的制作流程为正片，正片制作更便于线宽公差控制，得到更精准的电阻。

    三、过程控制

    3.1 板电后面铜

    板电铜厚8um，实际板电后量测量2PNL板的面铜，量测后计算铜厚分布Cpk为1.4>1.33，如表3，板电均匀性比较理想。

    3.2 图电后成品铜厚

    切片量测孔铜面铜，实际值如下板电孔铜已经到小值24um左右，面铜约在35到39um，铜厚合格。

    3.3 蚀刻后线宽电阻记录

    测试板2PNL，蚀刻得到PNL1线宽均值0.19mm，实测相应阻值在15.8到19Ω；PNL2线宽均值0.21mm，实测相应阻值在15.2Ω到17.5Ω。首次作并不确定后流程会对电阻造成多大影响，故继续跟进测试板到成品后的电阻测试结果。

    3.4 成品电阻测试

    成品测试电阻如表5所示，2PNL板电阻全部合格，但是相对于蚀刻的半成品，成品电阻降低了1.5欧姆。

    四、结论

    测试板成品量测所有电阻均合格，说明板电铜厚控制21+/-3um、成品铜厚控制均值35um到40多um，线宽控制在0.19到0.21之间，成品电阻合格。且蚀刻后的半成品电阻比成品的电阻大1.5Ω左右。故蚀刻量测电阻理论上应做1.5Ω的预大。预大与PCB的设计和阻焊和表面处理流程带来的差异有相当大的关系，不同PCB蚀刻后的电阻预大需要考虑到这些因素。

    造成蚀刻后半成品的电阻和成品电阻差异的影响因素有后流程微蚀、导线上是否盖油、导线上是否做其他表面处理，表面处理层的电阻作为并联电阻还需特别考虑，特别是沉镍金、电镍金等，表面处理层本身就是导体，且其电阻相对于铜导线电阻不能忽略。所以一般情况下，为方便控制，建议需要控制电阻的导线层直接盖油，避免后流程较大的电阻误差。

来源：高精度电阻PCB制作方法研究