外层埋线改善信号性能研究

2021-06-21唐子全吴昌夏孙丽丽

印制电路信息 2021年6期

唐子全吴昌夏孙丽丽

（沪士电子股份有限公司，江苏昆山 215301）

传统的印制电路板（PCB）设计时，以加工中蚀刻因子大于2.5计算，外层铜厚度为45 μm左右，线路能力线宽/线距为115 μm/115 μm；具有POFV（塞孔树脂表面镀铜）设计的板子外层线路铜厚为60 μm左右，线路能力线宽/线距为130 μm/130 μm。若内层线路的铜厚15 μm左右，内层外层的铜厚相差悬殊，内层的布线密度远远高于内层，并且内层线路被树脂全面包围达到安全可靠。而使用外层埋线技术，外层的线路可以达到内层线路的宽度，布线密度可以与内层布线密度达到同等水平。通常外层线路底面为树脂，另外三侧为阻焊剂，而且线路表面的阻焊层厚度不均匀，对信号的影响劣于树脂，将线路埋入树脂可以得到均匀的油墨厚度同时可以降低串扰。埋线技术外层线路的厚度可以做到与内层相同15 μm，因此外层线路的布线密度可以提升30%，并解决了线路间的严重串扰的问题。

1 埋线技术的介绍

埋线技术目前是WUS公司开发的前沿技术，此技术是将外层线路图形在一个特殊的载体上完成，将完成外层线路的载体与其他内层覆铜板及半固化片进行压和成为PCB。压合后的PCB去掉外层线路图形的载体即完成了外层线路的埋入过程。此技术的难点是载体的选择，目前WUS公司所使用的载体为自主研发产品非购置品。

铜箔的粗糙度对信号的趋肤效应影响显著，埋线技术降低线路表面粗糙度，明显改善信号传输的趋肤效应。传统线路板的外层铜箔有HTE与RTF（HTE High Temperature Elongation，高温延展铜箔；RTF：Reverse Treatment Foil，反转铜箔）两种选择，其中35 μm（1 oz）HTE铜箔的粗糙度为7～10 μm左右，18 μm（H oz）铜箔的粗糙度4～7 μm左右，外层埋线技术的线路粗糙度1.5～2.5 μm左右。普通外层线路和埋线外层线路之区别如图1所示。

图1 普通外层线路和埋线外层线路之区别

2 埋线技术与普通外层线路信号性能比较

2.1 中损耗（Mid-loss）材料的埋线技术与普通外层线路信号性能比较

（1）设计试验条件：外层埋线与普通外层线路都是线宽为0.10 mm、介质层厚度为0.70 mm、阻抗50 Ω，基材IT**S。

（2）试验结果：①线路尺寸和阻抗结果如图2所示；②信号测试结果如图3所示。

图2 IT基材的线路尺寸和阻抗

图3 中损耗材料普通外层线路与埋线线路的（A）插损与（B）回损的测试结果

（3）小结：从以上的测试结果看相同线宽的阻抗非常相近,可以通过微调介质厚度达到一致。插损的测试结果显示相同的中损耗材料的情况下，埋线的插损优于普通的外层线路的插损结果，在12.9 GHz频率上，埋线的插损为-20.49 dB，传统外层线路的损耗-21.69 dB，埋线的插损比传统外层线路损耗低9%。

2.2 低损耗（Low-loss）材料的埋线技术与普通外层线路信号性能比较

（1）实验设计条件：外层埋线与普通外层线路都是线宽0.10 mm、介质层厚度0.70 mm、阻抗100 Ω，基材EM**K。

（2）试验结果：①线路尺寸和阻抗结果如图4所示；②信号测试结果如图5所所示。

图4 EM基材的线路尺寸和阻抗

图5 低损耗材料普通外层线路与埋线线路的（A）插损与（B）回损的测试结果

（3）小结：当普通外层线路与外层埋线技术的外层线路阻抗相等时，埋线技术的线路比普通外层线路略细,对线路密度改善不大,但相同的阻抗埋线技术的介质层厚度接近,不会影响叠构设计。在高频率下，埋线技术的损耗比普通线路明显具有优势，在16 GHz频率下埋线技术的插入损耗为-9.4 dB，普通线路的插入损耗为-11.6 dB，埋入线路技术具有19%的优势。在28 GHz频率下埋线技术的插入损耗为-14.8 dB，普通线路的插入损耗为-19.1 dB，埋入线路技术具有23%的优势。