基于电磁屏蔽之挠性印制板差分阻抗关键因素探究

2022-09-21许伟廉黄李海陈世金

印制电路信息 2022年8期

许伟廉沈雷黄李海陈世金黄伟

（博敏电子股份有限公司广东梅州 514768）

0 引言

电子产品的轻薄化、多功能化的趋势必定要求上游的印制电路板不断向高密度化、高精度化、微小化、高速化方向进步。挠性电路板因其固有特性，相对于刚性板而言，具有轻便、体积小、可弯折等特点，近年来越来越多被用于电子产品中[1]。随着挠性电路板技术的发展，特别是5G通讯的持续推动下，终端对整个系统的信号传输的完整性的要求益发突出。这就要求信号在链路传输过程中不能发生反射现象，在良好的阻抗匹配下需做到更低的传输损耗，以满足产品的信号完整性[2]。

屏蔽是提高电子系统和电子设备电磁兼容性的重要措施之一，是利用屏蔽体阻止或减少电磁能量传输的一种措施，它能有效地控制各种电磁干扰。为确保产品信号完整性，电磁屏蔽膜因其具有较好的屏蔽能力，能从根源上吸收电磁干扰、吸收杂音，将电磁干扰转化为热能散发，因此而被广泛应用于电子产品。但有电磁屏蔽膜结构的挠性产品，其阻抗变化大，此时一般会通过增加绝缘层介质厚度、采用低介电常数的材料、降低导体厚度等方式管控，会增加一些生产成本或不利于终端使用这几种方案，往往不会被客户采纳。文章通过测试不同的阻抗参考平面，在满足传输线匹配的前提下，增大传输线宽度，保证产品的可靠性及生产良率，以供相关技术人员参考。

1 试验设计

1.1 试验物料及仪器

主要物料：双面挠性覆铜板（FCCL）、覆盖膜（CVL）、电磁屏蔽膜（EMI）。

测量仪器：网络分析仪。

1.2 试验板设计及流程

试验板叠构如图1所示。试验板制作流程如图2所示。试验板为双面挠性板结构，在L1层设计差分阻抗线；试验板涉及的变量因子包含阻抗线宽、参考平面类型；试验板按上述正常流程流转。试验板按表1参数进行设计。

表1 试验板设计

2 结果与讨论

2.1 参考平面对蚀刻后阻抗的影响

参考平面对阻抗影响巨大，完整的参考平面时（实铜参考），实铜会有效屏蔽电磁波向外辐射，此时影响阻抗的介质高度即为绝缘层厚度；完整的参考平面能比较稳定地控制阻抗，但是在挠性电路板中，按特性，产品设计会很薄，对应的绝缘层更薄。当采用实铜参考平面时，往往不能匹配到差分100 Ω的阻抗值，按极限的阻抗线宽来设计，线宽可能需要制作成0.025 mm或者更小，超出一般制程能力，生产良率低、品质稳定性较差。将参考平面设计成不完整的网格屏蔽铜，电磁波会透过网格间隙向外辐射，增加参考厚度而增加阻抗值，此时阻抗线宽能做到更粗，品质稳定、良率高。如图3所示，分别设计残铜为100%、40%、30%、20%、0的参考平面。由图3可以看出，随着参考平面残铜的下降，阻抗值有着大幅的变化，特别是从100%残铜至40%残铜时，阻抗变化率超过了40%，说明通过优化参考平面，在低介质厚度的情况下也是可以匹配到差分100 Ω的阻抗要求。

2.2 覆盖膜对阻抗的影响

挠性印制板压合覆盖膜后可有效保护线路层不被腐蚀，与普遍阻焊油墨在电路板上的功能相似。覆盖膜会对传输线的阻抗有衰减，如图4所示，在同等规格下的阻抗线宽下，100%残铜率时衰减较小，变化率为5%；40%残铜率与30%残铜率时衰减相近，变化率12%～14%；20%残铜率与0%残铜时衰减幅度大，达到了18%以上。挠性印制板压合覆盖膜的产品，在FCCL材料绝缘介质为0.025 mm，且阻抗线参考平面为实铜参考时，非常难匹配到差分100 Ω的阻抗要求，阻抗线宽需制作成0.025 mm以下，难于管控；残铜率40%及残铜率30%参考平面时，阻抗线宽做到0.07～0.09 mm时，可以匹配到差分100 Ω的阻抗要求。

随着阻抗线宽越来越细，阻抗越来越大，如有电磁屏蔽膜结构，网格参考铜也有余量匹配到压合电磁屏蔽膜后的阻抗衰减量，如图5所示。

2.3 电磁屏蔽膜对阻抗的影响

电磁屏蔽膜可减少电磁干扰、吸收杂音，有利于保障挠性板传输线的信号完整性。当挠性板压合屏蔽膜后对传输线的阻抗衰减很大，如图6所示，不同参考平面的阻抗衰减量都在20%以上，网格参考平面时（40%、30%、20%残铜率）阻抗变化率相近，衰减约25%。压合覆盖膜+屏蔽膜的挠性板，在FCCL材料绝缘介质为0.025 mm，且阻抗线参考平面为实铜时，不能匹配到差分100 Ω的阻抗要求；参考平面为残铜40%或30%时，阻抗线宽需分别制作成0.035 mm、0.045 mm以下，较难管控；参考平面为残铜20%时，阻抗线宽需制作成0.055 mm以下，可正常管控阻抗线宽，良率高；参考平面残铜为0时，阻抗线宽需制作成0.07 mm以下，最容易管控，但是相对于客户端而言，改动大，此参考层方案很难被认同，如图7所示。