基于Genesis与Minitab软件的FVS技术开发

论文摘要

通信技术的快速发展，使得无线传输、3G网络电话等具有快速信号传输特性的电子通信设备获得广泛的应用，这对印制电路板的设计与制造提出了更高的要求，基于电子信号传输的高频化、快速化的发展趋势，能在千兆赫兹范围内处理数字信号的高速数字印制电路板（PCB）的设计和制造，成为印制电路板行业设计与制造的关键技术之一，相关新技术开发成为业界的关注热点。在高速数字印制电路板的电路布局设计中，通常需要使用微条或带装线，以有利于设计产品实现在1GHz到10GHz的高频范围来传输数字信号。为满足电子产品的轻型化、薄型化发展要求，印制电路板采用多层化策略成为新产品开发的基本手段，即由多个电路层组成一种结构更加紧凑的印制电路板。目前，在这种紧凑型的在多层结构电路板中，不同的电路层之间的电气连通是利用通孔技术实现。金属化的通孔通孔焊盘PAD到不同的层间的电子线路，实现不同层间的电气连通。但这一措施的直接结果就会产生大量的寄生电感和寄生电容。从基本原理上讲，每个导通孔都会产生有寄生电感和寄生电容（寄生电感对高频信号的危害要大于寄生电容）。事实上，通孔的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个系统的效用，影响传输信号的完整性，对设计产品的目标电子功能的实现十分不利。高速数字印制电路板中，用背板承载功能板（功能板是真正实现系统性能的部分），负责在各功能板之间传输信号数据，协同各功能板实现整体性能，最终实现系统功能是行业通用手段，广泛应用于服务器及通讯基站。在不同的产品设计中，根据功能板的性能不同,背板一般承载5-10功能板。出于可靠性考虑，背板大多是无源背板。因此，过孔寄生问题对高频信号的影响在高速背板上更为明显，消除过孔寄生是十分必要。针对目前印制电路板制造领域存在的技术问题，论文是以印刷电路板的加工工艺为研究对象。采用孔分隔技术（Founder Via Separation，FVS），应用Genesis软件进行工程设计，开发出一种新技术来消除过孔寄生对高频信号的影响，改善信号完整性。通过对印制电路板化学镀整孔理论、活化理论的研究，基于镀铜原理，开发出一种镀不上铜的材料，我们称之为阻镀材料（Plating Separation Stop，PPR），提升了孔金属化的质量；通过研究印制板的加工工艺中核心技术—塞孔技术、丝网印刷技术、研磨技术等，实现了背板制造的FVS技术的可加工性。通过详细分析FVS技术在通讯背板通孔制造中的可靠性需求和可靠性检测手段，获得了用于FVS技术的可靠性检测方法。运用Minitab软件设计试验，通过对实验数据的分析，优化完善工艺方法及加工参数，获得了模拟计算过孔近似的寄生电感效应，即L=5.08H[ln（4H/D）+1]，其中D是中心钻孔的直径；L指过孔的电感；H是过孔的长度。研究表明，过孔的直径对电感的影响比较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。该技术已经在工业化生产获得实际应用，证明本研究开发的FVS板是符合可靠性要求的，获得了很高的经济效益，实现了研究的预期目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 PCB 在电子设备中的地位和功能
• 1.2 我国 PCB 行业发展现状
• 1.3 印制电路板技术的发展及存在的问题
• 1.4 本文主要工作
• 1.5 本论文的结构安排
• 第二章 基础理论研究
• 2.1 化学镀研究
• 2.2 整孔、活化理论
• 2.3 PPR 材料研究
• 2.4 阻镀测试设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 FVS 加工工艺研究
• 3.1 PPR 印刷研究
• 3.2 整平技术
• 3.3 本章小结
• 第四章 FVS 可靠性研究
• 4.1 PCB 可靠性检测的目的与意义
• 4.2 印制电路板可靠性检测的三个要点
• 4.2.1 “焊盘、孔焊接可靠性”的试验与评价
• 4.2.2 “导线和孔连接可靠性”的试验与评价
• 4.2.3 “线间、层间绝缘可靠性”的试验与评价
• 4.2.4 PCB 可靠性具体测试方法
• 4.2.5 PCB 可靠性试验方案
• 4.3 PCB 材料的性能参数及其测试方法与仪器
• 4.3.1 玻璃化转变温度及固化因子
• 4.3.2 热膨胀系数
• 4.3.3 热分层时间
• 4.3.4 热分解温度
• 4.3.5 介电常数与耗散因子
• 4.3.6 表面电阻率与体积电阻率
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 本文的主要贡献
• 5.2 下一步工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附件 1
• 附件 2