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Prepreg&core

Prepreg:半固化片,又称预浸材料,是用树脂浸渍并固化到中间程度(B 阶)的薄片材料。半固化片可用作多层印制板的内层导电图形的黏结材料和层间绝缘。在层压时,半固化片的环氧树脂融化、流动、凝固,将各层电路毅合在一起,并形成可靠的绝缘层。

core:芯板,芯板是一种硬质的、有特定厚度的、两面包铜的板材,是构成印制板的基础材料。

通常我们所说的多层板是由芯板和半固化片互相层叠压合而成的。而半固化片构成所谓的浸润层,起到粘合芯板的作用,虽然也有一定的初始厚度,但是在压制过程中其厚度会发生一些变化。

通常多层板最外面的两个介质层都是浸润层,在这两层的外面使用单独的铜箔层作为外层铜箔。外层铜箔和内层铜箔的原始厚度规格,一般有0.5OZ、1OZ、2OZ(1OZ约为35um或1.4mil)三种,但经过一系列表面处理后,外层铜箔的最终厚度一般会增加将近1 OZ左右。内层铜箔即为芯板两面的包铜,其最终厚度与原始厚度相差很小,但由于蚀刻的原因,一般会减少几个um。

多层板的最外层是阻焊层,就是我们常说的“绿油”,当然它也可以是黄色或者其它颜色。阻焊层的厚度一般不太容易准确确定,在表面无铜箔的区域比有铜箔的区域要稍厚一些,但因为缺少了铜箔的厚度,所以铜箔还是显得更突出,当我们用手指触摸印制板表面时就能感觉到。

当制作某一特定厚度的印制板时,一方面要求合理地选择各种材料的参数,另一方面,半固化片最终成型厚度也会比初始厚度小一些。下面是一个典型的6层板叠层结构(iMX255coreboard):

PCB的参数:

不同的印制板厂,PCB的参数会有细微的差异,需要与电路板厂的工程师沟通,得到该厂的一些参数数据,主要是介电常数和阻焊层厚度两个参数各个板厂会有差别。

   表层铜箔:

可以使用的表层铜箔材料厚度有三种:12um、18um和35um。加工完成后的最终厚度大约是44um、50um和67um,大致相当于铜厚1 OZ、1.5 OZ、2 OZ注意:在用阻抗计算软件进行阻抗控制时,外层的铜厚没有0.5 OZ的值。

   芯板:我们常用的板材是S1141A,标准的FR-4,两面包铜,可选用的规格可与厂家联系确定。

   半固化片:

规格(原始厚度)有7628(0.185mm/7.4mil),2116(0.105mm/4.2mil),1080(0.075mm/3mil),3313(0.095mm/4mil ),实际压制完成后的厚度通常会比原始值小10-15um左右(即0.5-1mil),因此叠层设计的最小介质层厚不得小于3mil。同一个浸润层最多可以使用3个半固化片,而且3个半固化片的厚度不能都相同,最少可以只用一个半固化片,但有的厂家要求必须至少使用两个。如果半固化片的厚度不够,可以把芯板两面的铜箔蚀刻掉,再在两面用半固化片粘连,这样可以实现较厚的浸润层。半固化片的介电常数与厚度有关,下表为不同型号的半固化片厚度和介电常数参数:

型号

厚度

介电常数

1080

2.8mil

4.3

3313

3.8mil

4.3

2116

4.5mil

4.5

7628

6.8mil

4.7

板材的介电常数与其所用的树脂材料有关,FR4板材其介电常数为4.2—4.7,并且随着频率的增加会减小。

   阻焊层:

铜箔上面的阻焊层厚度C2≈8-10um,表面无铜箔区域的阻焊层厚度C1根据表面铜厚的不同而不同,当表面铜厚为45um时C1≈13-15um,当表面铜厚为70um时C1≈17-18um,在用SI9000进行计算时,阻焊层的厚度取0.5OZ即可。

   导线横截面:

由于铜箔腐蚀的关系,导线的横截面不是一个矩形,实际上是一个梯形。以TOP层为例,当铜箔厚度为1OZ时,梯形的上底边比下底边短1MIL。比如线宽5MIL,那么其上底边约4MIL,下底边5MIL。上下底边的差异和铜厚有关,下表是不同情况下梯形上下底的关系。

线宽 铜厚(OZ) 上线宽(mil) 下线宽(mil)
内层 0.5 W-0.5 W
内层 1 W-1 W
内层 2 W-1.5 W-1
外层 0.5 W-1 W
外层 1 W-0.8 W-0.5
外层 2 W-1.5 W-1
说明:上表中的W表示设计的理想线宽。
通常阻抗计算采用的模型为:
 
上面两个模型为基本的微带线模型和带状线模型。
在微带线模型中,还有如下几种:
 
无涂覆层的模型一般不采用。上图右边的模型中的介电常数Er1和Er2根据采用的半固化片的具体型号确定,主要型号已经在上面列出。具体的参数需要向板厂咨询。
下面解释板厂给我们的叠层图的含义:
我们的板是六层板,从上图可以看出有两个表层铜箔,两个芯板,因此有六个铜箔层,中间的波浪线表示半固化片,含义和型号也在上面的介绍中解释清楚了。
如果要进一步了解阻抗控制和SI9000的用法,请参考本人的另一篇日志:http://www.emsym.com/blog/?p=1206,PCB的阻抗控制与前端仿真(SI9000的应用)。

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