2.2.2 表面工艺对高速PCB损耗的影响

众所周知，裸铜本身的可焊性很好，但暴露在空气后PCB表面的铜导体会迅速发生氧化，进而导致PCB性能的恶化，因此需要对铜面进行表面处理，以保证良好的可焊性及可靠性。但是，PCB进行表面处理后，阻焊开窗的微带线损耗会发生变化，影响信号的传输性能。不同表面处理工艺的选用会对PCB导体损耗产生不同影响，对高速PCB而言，选择表面处理工艺除考虑可焊性外，还应考虑其对信号损耗的影响。

为分析不同表面处理对PCB损耗性能的影响，采用相同的材料和设计制作得到PCB半成品，而后分别采用不同的表面处理工艺，而后测试不同表面处理的微带线插入损耗值，其结果如表6所示。由表可知，在10 GHz和20 GHz时，沉金工艺后损耗值最大，沉银工艺最小，与裸铜损耗值相比，10 GHz和20 GHz时沉金处理后损耗值分别增加19.32%和25.07%，而沉银处理后损耗值分别增加2.12%和0.96%，且除沉银和OSP外，其他表面工艺处理后单端微带线的损耗值均比裸铜的高10%~25%左右，对线路损耗的影响较大。

表7为各金属材料电阻率情况，由表可知银的电阻率更小，因此沉银工艺对微带线损耗影响最小；虽然镍、金的电阻率小于锡，但由于其镀层厚度相对较厚（如表8所示），因此沉金表面工艺对微带线的信号损耗影响较大，而沉锡表面工艺镀层厚度只有1 μm左右，因此其对信号损耗的影响略小于无铅喷锡。

除上述加工工艺对损耗有影响外，背钻设计及残桩控制等对PCB损耗也有一定的影响，通过背钻减少过孔的残桩长度，可以显著减少信号反射对于损耗测试的干扰，改善内层线路的损耗性能。

3、结论

高速PCB材料的选择以及加工制作工艺对信号损耗特性有着至关重要的影响，且PCB板卡上信号传输速率越高，PCB损耗性能受材料和加工工艺的影响越大，通过选择合适等级的材料，合理搭配铜箔、玻纤布类型、阻焊油墨等，并对加工工艺进行优选，可以获得电性能符合要求的PCB。通过前文分析，可以得出以下结论：

（1）基板材料的选择对PCB的损耗影响极大，在不同传输频率下，不同等级材料之间的插入损耗值差异在15~30%左右；

（2）采用低粗糙度铜箔能显著降低信号传输损耗，其中，搭配HVLP铜箔时损耗值比HTE铜箔小12~16%，比RTF铜箔损耗值小4~12%；

（3）与E-glass相比，采用NE-glass后损耗值可降低4%~22%，且信号传输频率越高，NE-glass对损耗性能的改善越明显；

（4）覆盖阻焊油墨后外层线路损耗值增大约50%~70%，且信号频率越大，阻焊油墨对损耗的影响越大；与常规阻焊油墨相比，采用低损耗油墨可使外层线路的损耗值降低10%~20%左右；

（5）采用低粗糙度药水处理后的损耗值比传统粗化药水低5%左右，且PCB的可靠性满足要求；

（6）不同表面工艺信号对损耗的影响强弱为：沉金＞无铅喷锡＞沉锡＞OSP＞沉银，与裸铜相比，不同表面工艺处理后微带线损耗值增大1%~20%左右。

参考文献

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