高层线路板的主要制作难点有哪些？-电路图讲解-电子技术方案

高层线路板一般定义为10层——20层或以上的高多层线路板，比传统的多层线路板加工难度大，其品质可靠性要求高，主要应用于通讯设备、高端服务器、医疗电子、航空、工控、军事等领域。近几年来，应用通讯、基站、航空、军事等领域的高层板市场需求仍然强劲，而随着中国电信设备市场的快速发展，高层板市场前景被看好。

目前国内能批量生产高层线路板的PCB厂商，主要来自于外资企业或少数内资企业。高层线路板的生产不仅需要较高的技术和设备投入，更需要技术人员和生产人员的经验积累，同时导入高层板客户认证手续严格且繁琐，因此高层线路板进入企业门槛较高，实现产业化生产周期较长。

PCB平均层数已经成为衡量PCB企业技术水平和产品结构的重要技术指标。本文简述了高层线路板在生产中遇到的主要加工难点，介绍了高层线路板关键生产工序的控制要点，供大家参考。

一、主要制作难点

对比常规线路板产品特点，高层线路板具有板件更厚、层数更多、线路和过孔更密集、单元尺寸更大、介质层更薄等特性，内层空间、层间对准度、阻抗控制以及可靠性要求更为严格。

1.1 层间对准度难点

由于高层板层数多，客户设计端对PCB各层的对准度要求越来越严格，通常层间对位公差控制±75μm，考虑高层板单元尺寸设计较大、图形转移车间环境温湿度，以及不同芯板层涨缩不一致性带来的错位叠加、层间定位方式等因素，使得高层板的层间对准度控制难度更大。

1.2 内层线路制作难点

高层板采用高TG、高速、高频、厚铜、薄介质层等特殊材料，对内层线路制作及图形尺寸控制提出高要求，如阻抗信号传输的完整性，增加了内层线路制作难度。线宽线距小，开短路增多，微短增多，合格率低;细密线路信号层较多，内层AOI漏检的几率加大;内层芯板厚度较薄，容易褶皱导致曝光不良，蚀刻过机时容易卷板;高层板大多数为系统板，单元尺寸较大，在成品报废的代价相对高。

1.3 压合制作难点

多张内层芯板和半固化片叠加，压合生产时容易产生滑板、分层、树脂空洞和气泡残留等缺陷。在设计叠层结构时，需充分考虑材料的耐热性、耐电压、填胶量以及介质厚度，并设定合理的高层板压合程式。层数多，涨缩量控制及尺寸系数补偿量无法保持一致性;层间绝缘层薄，容易导致层间可靠性测试失效问题。图1是热应力测试后出现爆板分层的缺陷图。

1.4 钻孔制作难点

采用高TG、高速、高频、厚铜类特殊板材，增加了钻孔粗糙度、钻孔毛刺和去钻污的难度。层数多，累计总铜厚和板厚，钻孔易断刀;密集BGA多，窄孔壁间距导致的CAF失效问题;因板厚容易导致斜钻问题。

二、 关键生产工序控制

2.1 材料选择

随着电子元器件高性能化、多功能化的方向发展，同时带来高频、高速发展的信号传输，因此要求电子电路材料的介电常数和介电损耗比较低，以及低CTE、低吸水率和更好的高性能覆铜板材料，以满足高层板的加工和可靠性要求。常用的板材供应商主要有A系列、B系列、C系列、D系列，这四种内层基板的主要特性对比，见表1。对于高层厚铜线路板选用高树脂含量的半固化片，层间半固化片的流胶量足以将内层图形填充满，绝缘介质层太厚易出现成品板超厚，反之绝缘介质层偏薄，则易造成介质分层、高压测试失效等品质问题，因此对绝缘介质材料的选择极为重要。

2.2 压合叠层结构设计

在叠层结构设计中考虑的主要因素是材料的耐热性、耐电压、填胶量以及介质层厚度等，应遵循以下主要原则。

(1) 半固化片与芯板厂商必须保持一致。为保证PCB可靠性，所有层半固化片避免使用单张1080或106半固化片(客户有特殊要求除外)，客户无介质厚度要求时，各层间介质厚度必须按IPC-A-600G保证≥0.09mm。

(2) 当客户要求高TG板材时，芯板和半固化片都要用相应的高TG材料。

(3) 内层基板3OZ或以上，选用高树脂含量的半固化片，如1080R/C65%、1080HR/C 68%、106R/C 73%、106HR/C76% ;但尽量避免全部使用106 高胶半固化片的结构设计，以防止多张106半固化片叠合，因玻纤纱太细，玻纤纱在大基材区塌陷而影响尺寸稳定性和爆板分层。

(4) 若客户无特别要求，层间介质层厚度公差一般按+/-10%控制，对于阻抗板，介质厚度公差按IPC-4101 C/M级公差控制，若阻抗影响因素与基材厚度有关，则板材公差也必须按IPC-4101 C/M级公差。

2.3 层间对准度控制

内层芯板尺寸补偿的精确度和生产尺寸控制，需要通过一定的时间在生产中所收集的数据与历史数据经验，对高层板的各层图形尺寸进行精确补偿，确保各层芯板涨缩一致性。选择高精度、高可靠的压合前层间定位方式，如四槽定位(Pin LAM)、热熔与铆钉结合。设定合适的压合工艺程序和对压机日常维护是确保压合品质的关键，控制压合流胶和冷却效果，减少层间错位问题。层间对准度控制需要从内层补偿值、压合定位方式、压合工艺参数、材料特性等因素综合考量。

2.4 内层线路工艺

由于传统曝光机的解析能力在50μm左右，对于高层板生产制作，可以引进激光直接成像机(LDI)，提高图形解析能力，解析能力达到20μm左右。传统曝光机对位精度在±25μm，层间对位精度大于50μm。采用高精度对位曝光机，图形对位精度可以提高到15μm左右，层间对位精度控制30μm以内，减少了传统设备的对位偏差，提高了高层板的层间对位精度。

为了提高线路蚀刻能力，需要在工程设计上对线路的宽度和焊盘(或焊环)给予适当的补偿外，还需对特殊图形，如回型线路、独立线路等补偿量做更详细的设计考虑。确认内层线宽、线距、隔离环大小、独立线、孔到线距离设计补偿是否合理，否则更改工程设计。有阻抗、感抗设计要求注意独立线、阻抗线设计补偿是否足够，蚀刻时控制好参数，首件确认合格后方可批量生产。为减少蚀刻侧蚀，需对蚀刻液的各组药水成分控制在最佳范围内。传统的蚀刻线设备蚀刻能力不足，可以对设备进行技术改造或导入高精密蚀刻线设备，提高蚀刻均匀性，减少蚀刻毛边、蚀刻不净等问题。

2.5 压合工艺

目前压合前层间定位方式主要包括：四槽定位(Pin LAM)、热熔、铆钉、热熔与铆钉结合，不同产品结构采用不同的定位方式。对于高层板采用四槽定位方式(Pin LAM)，或使用熔合+铆合方式制作，OPE冲孔机冲出定位孔，冲孔精度控制在±25μm。熔合时调机制作首板需采用X-RAY检查层偏，层偏合格方可制作批量，批量生产时需检查每块板是否熔入单元，以防止后续分层，压合设备采用高性能配套压机，满足高层板的层间对位精度和可靠性。

根据高层板叠层结构及使用的材料，研究合适的压合程序，设定最佳的升温速率和曲线，在常规的多层线路板压合程序上，适当降低压合板料升温速率，延长高温固化时间，使树脂充分流动、固化，同时避免压合过程中滑板、层间错位等问题。材料TG值不一样的板，不能同炉排板;普通参数的板不可与特殊参数的板混压;保证涨缩系数给定合理性，不同板材及半固化片的性能不一，需采用相应的板材半固化片参数压合，从未使用过的特殊材料需要验证工艺参数。

2.6 钻孔工艺

由于各层叠加导致板件和铜层超厚，对钻头磨损严重，容易折断钻刀，对于孔数、落速和转速适当的下调。精确测量板的涨缩，提供精确的系数;层数≥14层、孔径≤0.2mm或孔到线距离≤0.175mm，采用孔位精度≤0.025mm 的钻机生产;直径φ4.0mm以上孔径采用分步钻孔，厚径比12:1采用分步钻，正反钻孔方法生产;控制钻孔披锋及孔粗，高层板尽量采用全新钻刀或磨1钻刀钻孔，孔粗控制25um以内。为改善高层厚铜板的钻孔毛刺问题，经批量验证，使用高密度垫板，叠板数量为一块，钻头磨次控制在3次以内，可有效改善钻孔毛刺，如图2、图3所示。

对于高频、高速、海量数据传输用的高层板，背钻技术是改善信号完整有效的方法。背钻主要控制残留stub长度，两次钻孔的孔位一致性以及孔内铜丝等。不是所有的钻孔机设备具有背钻功能，必须对钻孔机设备进行技术升级(具备背钻功能)，或购买具有背钻功能的钻孔机。从行业相关文献和成熟量产应用的背钻技术主要包括：传统控深背钻方法、内层为信号反馈层背钻、按板厚比例计算深度背钻，在此不重复叙述。

三、可靠性测试

高层板一般为系统板，比常规多层板厚、更重、单元尺寸更大，相应的热容也较大，在焊接时，需要的热量更多，所经历的焊接高温时间要长。在217℃(锡银铜焊料熔点)需50秒至90秒，同时高层板冷却速度相对慢，因此过回流焊测试的时间延长，并结合IPC-6012C、 IPC-TM-650标准以及行业要求，对高层板的主要可靠性测试，如表2所述。

-电子元器件采购网（www、oneyac、com）是本土元器件目录分销商，采用“小批量、现货、样品”销售模式，致力于满足客户多型号、高质量、快速交付的采购需求。自建高效智能仓储，拥有自营库存超50,000种，提供一站式正品现货采购、个性化解决方案、选项替代等多元化服务。 （本文来源网络整理，目的是传播有用的信息和知识，如有侵权，可联系管理员删除）

随着电力电子技术的发展，SPWM正弦脉宽调制法正逐渐被人们熟悉，这项技术的特点是通用性强，原理简单。具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波，设计简单，是一种比较好的波形改善法。它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。由于大功率电力电子装置的结构复杂，若直接对装置进行实验，且代价高费时费力，故在研制过程中需要借助计算机仿真技术，对装置的运行机理与特性，控制方法的有效性进行试验，以预测并解决问题，缩短研制时间。

MATLAB软件具有强大的数值计算功能，方便直观的Simulink建模环境，使复杂电力电子装置的建模与仿真成为可能。本文利用MATLAB／Simulink为SPWM逆变电路建立系统仿真模型，并对其输出特性进行仿真分析。首先介绍的是三相电压型桥式逆变电路原理，其次阐述了SPWM逆变器的工作原理及特点，最后详细介绍了三相电压源SPWM逆变器的建模与仿真结构，具体的跟随小编一起了解一下。

一、三相电压型桥式逆变电路

三相电压型桥式逆变电路如图1所示，电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式也是180°导电方式，即每个桥臂的导电角度为180°，同一相上下2个桥臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120°。这样，在任一瞬间，将有3个桥臂同时导通。可能是上面一个臂下面2个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行的，因此也被称为纵向换流。当urU》uc时，给上桥V1臂以导通信号，给下桥臂V4以关断信号，则U相相对于电源假想中点N’的输出电压uUN‘=Ud／2。当urU《uc时，给V4导通，给V1关断，则uUN’=Ud／2。V1和V4的驱动信号始终是互补的。当给V1（V4）加导通信号时，可能是V1（V4）导通，也可能是二极管VD1（VD4）续流导通。

二、SPWM逆变器的工作原理及特点

SPWM，他是根据面积等效原理，PWM波形和正弦波是等效的，对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM波形。就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样的输出波形经过适当的滤波就可以得到正弦波输出。它广泛的应用于直流交流逆变器等。

SPWM法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法，SPWM法就是用脉冲宽度按正弦规律变化和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出的电压和幅值。

要准确的生成SPWM波形，就要精确的计算出这两个点的时间。开关元件导通时间是脉冲宽度，关段时间是脉冲间隙。正弦波的频率和幅值不同时，这些时间也不同，但对计算机来说，时间定时器来实现。调制方法可以自己选择。

SPWM逆变器具有以下特点：

1、电路简单，主电路结构和方波逆变器一样，但只用一个半功率级就可以实现输出电压、频率、相位的调节；

2、可以使用不可控整流桥，使系统对电网的功率因数与逆变器输出电压值无关；

3、可以同时进行调频、调压，与支流环节的原件参数无关，系统的动态响应速度无关；

4、可以获得非常小的谐波含量，理论上谐波分布在载波两侧。 SPWM是Sine Pulse Width ModulaTIon的英文缩写，即正弦脉宽调制，它最早来源于通信中的调制技术，其最基本原理是用一种参考波，即调制波，去和一个频率N倍于它的三角波比较，就可以得到一组幅值相等，而脉宽按照调制波相位、幅值和频率变化的矩形波，再用这个波形去控制开关管的开通于关断，就可以得到同样波形的高压脉冲。由于参考波通常是正弦波，所以这种技术通常被称为正弦脉宽调制技术，即SPWM技术。

三、三相电压源SPWM逆变器的建模与仿真

1、三相电压源SPWM逆变器的MATLAB／Simulink建模

SPWM逆变器EDMATLAB／Simulink仿真模型如图2所示。

2、其他参数设置

逆变器的仿真建模如图2所示，有效值测量模块RMS设置其参数Fundamental frequency（Hz）为50 Hz，电压设置为220 V，阻感性负载R=3，L=0．01三负载设置相同。

四、仿真结果

下面是输出交流频率为f=50 Hz，调制度为m=0．7时的曲线，逆变器电压和电流输出波形如图3和图4所示，A相阻感性负载的电流有效值如图5所示。

五、结论

通过上述采用Matlab／Simulink对三相SPWM逆变器进行建模和仿真的过程证明了Matlab／Simulink有良好的用户界面和模型结构，尤其是Power System Broswer为电气系统仿真省去了复杂的过程。它提供了极为有用的电力电子器件模块，用户不需要自己编程且不需推导系统的动态数学模型，建模过程更接近实际电路设计过程，且使用简便，也对三相SPWM逆变器有了进一步的理解。

在使用Matlab的Simulink进行仿真时，很多时候波形不能够快速正确的出现，这时就需要研究其深层次的原理，同时要注意Matlab的仿真的一些细节。通过适当的参数设置，选择能够满足的控制方式，运用SPWM控制技术，可以有效减小输出电压和输出电流的谐波分量，改善输出波形。

-电子元器件采购网（www、oneyac、com）是本土元器件目录分销商，采用“小批量、现货、样品”销售模式，致力于满足客户多型号、高质量、快速交付的采购需求。自建高效智能仓储，拥有自营库存超50,000种，提供一站式正品现货采购、个性化解决方案、选项替代等多元化服务。 （本文来源网络整理，目的是传播有用的信息和知识，如有侵权，可联系管理员删除）