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印制电路铜面粗化效果对信号完整性的影响研究

毛英捷  
【摘要】:随着电子系统容量的递增,印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)互连结构的制作中逐渐显现出诸多影响信号完整性(Signal Integrity, SI)的工艺因素,与传输线制作相关的因素中,传输线的表面粗糙度成为研究热点。本文基于传输线模型与有损传输理论,以印制电路板传输线表面粗糙度为主要研究对象,分析印制电路板制作过程中影响传输线表面粗化效果的主要因素与次要因素,研究PCB铜面粗化效果对信号完整性的影响。主要研究内容如下:基于传输线模型,根据有损传输理论与趋肤效应,分析了铜箔粗糙度对传输损耗的影响;依据Hammerstad方程,分析了铜箔表面粗糙度与传输损耗因子的关系,采用SI9000软件,仿真并分析了带状传输线表面粗糙度对信号传输具有显著的影响,为后续实验研究工作提供理论基础。通过对比不同类型铜箔的表面粗糙度、光面粗化效果,分析了铜箔类型对带状线信号传输的影响,确定了铜箔的光面与毛面粗糙度共同决定了信号传输的质量。通过对比不同铜面粗化工艺的粗化效果,研究内层前处理工艺与压合前处理工艺对铜面粗化效果的影响程度,采用正交实验分析了铜面粗化工艺中对带状线信号传输的影响因素主次,结果表明棕化工艺是影响信号传输的主要因素,内层前处理工艺的影响可以忽略不计。通过对比不同棕化配方的铜面粗化效果,分析了棕化配方对带状线信号传输的影响,研究了不同棕化配方的电化学机理。其中配方H制作的传输线同时具有良好的电气与可靠性能,是制造高速产品的优良配方。采用正交实验对比不同棕化工艺参数的铜面粗化效果,通过方差分析法分析棕化工艺参数对带状线信号传输的主次影响因素,结果表明棕化配方的浓度与棕化线传输速率是影响信号传输的主要因素。通过优化实验优选出电气性能最佳的工艺参数:棕化配方浓度低水平,棕化线传输速率4m/min,棕化缸温度30℃。采用望目特性优化法寻求电气性能与可靠性平衡的制板棕化工艺参数:棕化配方浓度中水平,棕化线传输速率3.5m/min,棕化缸温度40℃。通过对比不同棕化线传输速率的铜面粗化效果,分析了棕化线传输速率对带状线信号传输的影响,结果表明棕化线传输速率每增快0.5m/min,12.9GHz下插入损耗平均减小0.013dB/inch,剥离强度平均减小0.03N/mm。


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