專利名稱：一種印制電路板中隱埋電阻的加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種印制電路板中隱埋電阻的加工方法，該加工方法能提高隱埋電阻阻值精度。本發(fā)明適用于印制電路板(PCB)的隱埋電阻工藝。

背景技術：
隨著電子產品向短小輕薄以及多功能模塊化集成方向發(fā)展，作為安裝元器件的母板-PCB板也要求線路更精細、更密集，同時也要求能給主動芯片預留更多的貼裝空間，因此隱埋無源器件，如隱埋電容、電阻和電感技術逐漸成為PCB發(fā)展的一種必然趨勢。隱埋無源器件技術不僅可以減少貼裝費用，而且相同設計條件下可縮小板面尺寸。由于無源器件被埋入PCB中，因此信號傳輸距離也得以縮短，這可以降低電磁干擾，提高信號完整性；與此同時器件焊點數減少也可大大提高產品可靠性。
隱埋電阻技術是隱埋無源器件工藝中的一種，即指安裝電阻被全部或部分埋入PCB板內，這給主動芯片預留了更多的貼裝空間。采用隱埋電阻技術后，電阻的可靠性與制造成本是考慮的主要因素，除此之外，電阻的精度也需要特別關注。一般貼片式的電阻精度可以達到1％，而當電阻起到限流和上拉的作用時，其阻值偏差要求小于10％，因此埋入的電阻偏差最好要小于該數值。
對隱埋電阻的設計主要有2種，一種是直線型電阻(參見圖1)，另一種是蛇形電阻。對于10KΩ以上的電阻，其長寬比較大，為不影響其它線路的排布，通常將此類電阻設計成蛇形。其中蛇形電阻又有普通蛇形電阻(參見圖2)和改良型蛇形電阻(參見圖3)，由于普通蛇形電阻的線路拐角存在“拐角效應”，會造成電阻的理論計算比較復雜，所以通常將普通的蛇形電阻設計改變成多條精細小電阻的串聯(lián)，此種方式也稱為改良型蛇形電阻設計。
目前實現隱埋電阻的技術大致有兩種厚膜技術和薄膜技術。所謂厚膜技術就是使用電阻漿料在印制電路板上形成電阻圖形，其制作方法如下 1、絲網印刷將特殊配比的電阻漿料用網印的方式印在需要安置電阻的板面上； 2、烘干； 3、曝光、顯影、蝕刻，形成電阻圖形； 4、印刷絕緣層或電阻層； 5、重復1、2、3、4步驟直到得到要求的電阻厚度。
厚膜技術的優(yōu)點是與PCB工廠現有設備兼容，制作簡單快速，而且由于所選用的材料一般電阻率較大，因此適合制作阻值較大的電阻；缺點是由于電阻的大小完全受制于電阻的三維尺寸，加上絲網技術本身控制尺寸的精度不高，因此該厚膜技術形成的電阻阻值精度偏差一般小于20％左右。
所謂薄膜技術就是使用一種電阻層1與銅箔3組成的特殊電阻銅箔10(參見圖4)來代替普通銅箔進行層壓形成印制電路板。其電阻層一般為鎳磷、鎳鎘和鎳鎘鋁硅等合金層。其隱埋電阻的制作方法如下(以制作1層隱埋電阻層為例) 1、層壓將電阻銅箔10與普通介質材料構成的介質層4如FR4層壓，形成內層具有電阻層的印制電路板(參見圖5) 2、第一次蝕刻采用普通蝕刻方法將銅箔3與電阻層1一起蝕刻掉，形成電阻線路圖形，但電阻層1上仍然覆蓋著銅層。(參見圖6) 3、第二次蝕刻采用選擇性蝕刻將電阻銅箔10上的銅箔3層蝕刻掉，露出電阻圖形(參見圖7) 在上述技術中，電阻的尺寸由以下公式(I)來計算 R＝(b/a)×Rs(I) 其中；Rs＝ρ/H 以上計算公式中，ρ為材料電阻率，b為裸露的電阻層在兩電極間的理論間隔尺寸，a為裸露的電阻層在垂直于b方向的理論尺寸，H為材料厚度，Rs一般稱為材料方阻。采用蝕刻制作薄膜電阻的優(yōu)點是制程簡單，只要利用PCB常規(guī)生產設備即可進行生產，無需其他投入。阻值精度較厚膜法比，有一定的提高。
為了進一步確保阻值的精度，常規(guī)的薄膜方法有蝕刻補償法和激光修正法(LaserTrimming)。蝕刻補償法是通過研究蝕刻液對電阻的側蝕規(guī)律，得到電阻的補償值。其根本原因是在蝕刻加工過程中，實際的材料方阻Rs，以及a與b的加工尺寸會和理論尺寸有一定的偏差，因此需要對設計值進行必要的修正。利用蝕刻補償法，其精度偏差能達到小于15％。
激光修正法(Laser Trimming)是指在電阻圖形形成后，利用特殊的激光修正設備來修正阻值。在該過程中，待修正電阻通過探針連接到一個高速測試系統(tǒng)上，同時利用激光切割來改變電阻的長寬數值。在激光燒蝕過程中，測試系統(tǒng)會實時監(jiān)測電阻的變化，當電阻達到設定值時，激光系統(tǒng)自動停止修正，最終偏差可達1％。激光修正技術固然可實現高精度精細電阻的加工，但總體來講操作較為繁瑣、成本極其高昂，因此在隱埋電阻工藝中使用范圍較窄。


發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供了一種精確且無需額外增加成本的實現穩(wěn)定阻值的印制電路板中隱埋電阻的加工方法，即利用大部分PCB生產廠家擁有的激光鉆孔機，在蝕刻補償的基礎上進行阻值修正。和激光修正技術(Laser Trimming Technology)相對應，本發(fā)明可以稱之為激光制造技術(Laser Fabrication Technology)。和激光修正技術不同的是，激光修正技術是在電阻制造完成后對電阻的形狀進行修正，而激光制造技術是指在電阻制造過程中控制電阻的形狀，進而控制電阻的阻值精度。通過研究發(fā)現，如果利用激光制造技術來控制電阻a方向實際的加工尺寸，電阻的精度可以控制在10％以內；如果利用激光制造技術同時控制電阻的a和b的加工尺寸，電阻的精度可以進一步提高。該方法雖然不能將電阻控制的精度達到1％，但在不增加一般PCB廠家設備投入成本的情況下，可以大幅度地提高隱埋電阻的精度，有很大的實際使用優(yōu)勢。
本發(fā)明所要解決的技術問題可以通過以下技術方案來實現 一種印制電路板中隱埋電阻的加工方法，其特征在于，采用激光鉆孔機在蝕刻補償的基礎上進行激光切割來精確控制電阻的長寬尺寸。
上述加工方法中，具體是指在經過第一次蝕刻和第二次蝕刻后，依據待激光加工的垂直于b方向上的尺寸a2和裸露的電阻層在兩電極間隔的實際測量尺寸b2，使用UV或CO2激光來加工電阻。
更進一步的是上述待激光加工的垂直于b方向上的尺寸a2的計算公式(VI)為 其中R為目標阻值；R′S為修正后的電阻層方塊電阻。
上述修正后的電阻層方塊電阻R′S可以由以下公式(III)計算得到 其中R1為完成電阻制作后，實際測量的電阻值； a1實際測量的電阻a方向的尺寸； b1實際測量的電阻b方向的尺寸。
上述第一次蝕刻是按a’尺寸進行普通蝕刻，將銅箔與電阻層一起蝕刻掉，形成電阻線路圖形，但電阻層1上仍然覆蓋著銅箔3層。其中a’尺寸由如下公式(V)計算而得 a’＝a+Δa………………(V) 其中a’a修正后的蝕刻加工尺寸； a裸露的電阻層在垂直于b方向的理論尺寸； Δaa方向補償量，根據制程的不同而選擇，一般在5um-300um。
上述第二次蝕刻是按b’尺寸進行選擇性蝕刻，將電阻銅箔10上的銅箔3層蝕刻掉，露出電阻圖形。其中b’尺寸由如下公式(IV)計算而得 b’＝b+Δb………………(IV) 其中b’b修正后的蝕刻加工尺寸； b裸露的電阻層在兩電極間的理論間隔尺寸； Δbb方向補償量，根據制程的不同而選擇，一般在5um-300um。
本發(fā)明可以有效提高由于側蝕因素造成的阻值精度的偏差。通過本發(fā)明可控制隱埋電阻工藝中阻值的精度偏差不大于10％。
以下結合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發(fā)明。



圖1為直線型隱埋電阻的結構示意圖。
圖2為普通的蛇形電阻的結構示意圖。
圖3為改良型的蛇形電阻結構示意圖。
圖4為現有薄膜技術所使用的電阻銅箔的結構示意圖。
圖5為現有薄膜技術中具有隱埋電阻層的印制電路板結構示意圖。
圖6為現有薄膜技術第一次蝕刻后得到電阻圖形示意圖。
圖7為現有薄膜技術第二次蝕刻得到電阻圖形示意圖。
圖8為本發(fā)明的具有隱埋電阻層的印制電路板結構示意圖。
圖9為本發(fā)明第一次蝕刻后得到電阻圖形示意圖。
圖10為本發(fā)明第二次蝕刻得到電阻圖形示意圖。
圖11為本發(fā)明使用UV或CO2激光來加工電阻的切割軌跡圖。
圖12為本發(fā)明使用UV或CO2激光來加工直線型電阻的切割示意圖。
圖13為本發(fā)明使用UV或CO2激光來加工蛇形電阻蝕刻后的示意圖 圖14為本發(fā)明使用UV或CO2激光來加工蛇形電阻的切割示意圖。
圖中1-電阻層，2-電極，3-銅箔，4-介質層，10-電阻銅箔，20-印制電路板，30-用于打斷電氣連接的激光切割軌跡，40-用于加工電阻尺寸的激光切割軌跡，50-蛇形電阻圖形。

具體實施例方式 為了使本發(fā)明的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。
本發(fā)明的一種印制電路板中隱埋電阻的加工方法，利用大部分PCB生產廠家擁有的激光鉆孔機，在蝕刻補償的基礎上進行激光切割來精確控制電阻的長寬尺寸，能有效提高由于側蝕因素造成的阻值精度的偏差。通過本發(fā)明可控制隱埋電阻工藝中阻值的精度偏差不大于10％。
具體步驟如下 第一步理論計算確定蝕刻的加工尺寸b’與a’ 首先根據公式(II)，確定隱埋電阻的尺寸a和b； 其中R為目標阻值，R′S為修正后的隱埋電阻層的方塊電阻，b為裸露的電阻層在兩電極間的理論間隔尺寸，a為裸露的電阻層在垂直于b方向的理論尺寸； 公式(II)中的R′S由預先進行的實驗總結得到，計算方法為公式(III) 公式(III)中 R′S為修正后的電阻層方塊電阻； R1為完成電阻制作后，實際測量的電阻值； a1實際測量的電阻a方向的尺寸； b1實際測量的電阻b方向的尺寸； 其次，在實際加工過程中，由于側蝕現象的發(fā)生，蝕刻會引入系統(tǒng)偏差。因此為了控制得到理論的a和b的尺寸，需要在公式(III)計算的基礎上，加上或減去蝕刻的補償量以得到b修正后的蝕刻加工尺寸b’和a修正后的蝕刻加工尺寸a’；其計算公式分別為公式(IV)和公式(V) b’＝b+Δb………………(IV) a’＝a+Δa………………(V) 其中 a’a修正后的蝕刻加工尺寸； b’b修正后的蝕刻加工尺寸； b裸露的電阻層在兩電極間的理論間隔尺寸； a裸露的電阻層在垂直于b方向的理論尺寸； Δaa方向補償量，根據制程的不同而選擇，一般在5um-300um； Δbb方向補償量，根據制程的不同而選擇，一般在5um-300um。
第二步參見圖8，層壓將電阻銅箔10與普通介質材料構成的介質層4如FR4層壓，形成內層具有電阻層1的印制電路板20； 第三步參見圖9，第一次蝕刻按a’尺寸進行普通蝕刻，將銅箔3與電阻層1一起蝕刻掉，形成電阻線路圖形，但電阻層1上仍然覆蓋著銅箔3層； 第四步參見圖10，第二次蝕刻按b’尺寸進行選擇性蝕刻，將電阻銅箔10上的銅箔3層蝕刻掉，露出電阻圖形。雖然在該步驟中采用了蝕刻補償，但是完成后測量得到的尺寸(定義為b2)仍然和理論尺寸b有偏差； 第五步確定激光加工的尺寸根據以下公式(VI)確定激光加工的a2尺寸 其中a2待激光加工的垂直于b方向上的尺寸； R為目標阻值； R′S為修正后的電阻層方塊電阻； b2裸露的電阻層在兩電極間隔的實際測量尺寸； 第六步參見圖11，使用UV或CO2激光來加工電阻，沿著b尺寸方向，按照第五步所計算的待激光加工的尺寸a2來切割電阻層。在垂直于b尺寸方向，至少要切割一次，以隔斷邊緣電阻層1的電氣連接如30。圖11中的粗實線部分為激光切割的軌跡40。
以下實施例僅是對本發(fā)明的進一步解釋，并不構成對本發(fā)明的限制。
實施例1 采用50歐姆方阻的材料，加工完成250歐姆的目標電阻。
計算電阻寬度a設定為500um，根據經驗，50歐姆方阻的材料經過修正工藝后方阻率R′S為51.55，則電阻蝕刻長度b’為250/51.55*500-10＝2414.83um，其中250為目標電阻值，10為蝕刻補償量。為了便于實驗測試的需要，在該實施例中電阻蝕刻寬度的加放沒有采用常規(guī)的加放值(5um-300um)，而是將a’定為a’＝500+3000＝3500um。
層壓參見圖8，將電阻銅箔10與普通介質材料構成的介質層4如FR4層壓，形成內層具有電阻層1的印制電路板20。
第一次蝕刻參見圖9，按600um尺寸進行普通蝕刻，將銅箔3與電阻層1一起蝕刻掉，形成電阻線路圖形，但電阻層上仍然覆蓋著銅層。
第二次蝕刻參見圖10，按b’尺寸采用選擇性蝕刻，將電阻銅箔10上的銅箔3層蝕刻掉，露出電阻圖形。
參見圖12，激光加工的尺寸根據測量，實際電阻長度b2平均值約為2424um，計算得到a2為499.83um。采用UV激光按照a2尺寸切割后的照片如圖12所示。
實施例2 采用25歐姆方阻的材料，加工完成2500歐姆的目標電阻。
1.計算 a)采用蛇形電阻設計，共10根電阻條串聯(lián)方式。設定電阻理論寬度a＝250um，間距為100um。
b)根據經驗，25歐姆方阻的材料經過修正工藝后方阻率R′s為25.25，拐角處的角頂電阻必須乘上系數0.559。在該設計中，共有10個縱向電阻，9個橫向電阻和18個角頂電阻，則理論長度b可以有下式計算得到b＝2133.70um 考慮到蝕刻補償值300um，蝕刻加工尺寸b′＝b+Δb＝2433.70um c)在該設計中，有10根電阻條串聯(lián)，因此電阻蝕刻寬度a’定為250*10+100*9+300＝3700um，其中300um為蝕刻和對位補償值(如圖13所示)。
2.層壓參見圖8，將電阻銅箔10與普通介質材料構成的介質層4如FR4層壓，形成內層具有電阻層的印制電路板20。
3.第一次蝕刻參見圖9，按計算尺寸進行普通蝕刻，將銅箔3與電阻層1一起蝕刻掉，形成電阻線路圖形，但電阻層上仍然覆蓋著銅層。
4.第二次蝕刻按照圖13所示的尺寸進行選擇性蝕刻。
5.激光切割按照圖14所示激光切割軌跡40將電阻層上電阻材料1銑去，露出蛇形電阻圖形50。同時也用激光切割30打斷電氣連接。在該實施例中激光加工的尺寸即為理論計算值，切割的每根電阻長度b為2133.70um，寬度250um。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。
權利要求
1.一種印制電路板中隱埋電阻的加工方法，其特征在于，采用激光鉆孔機在蝕刻補償的基礎上進行激光切割來精確控制電阻的長寬尺寸。
2.如權利要求1所述的加工方法，其特征在于，具體是指在經過第一次蝕刻和第二次蝕刻后，依據待激光加工的垂直于b方向上的尺寸a2和裸露的電阻層在兩電極間隔的實際測量尺寸b2，使用UV或CO2激光來加工電阻。
3.如權利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述待激光加工的垂直于b方向上的尺寸a2的計算公式(VI)為
其中R為目標阻值；R′S為修正后的電阻層方塊電阻。
4.如權利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述修正后的電阻層方塊電阻R′S可以由以下公式(III)計算得到
其中R1為完成電阻制作后，實際測量的電阻值；
a1實際測量的電阻a方向的尺寸；
b1實際測量的電阻b方向的尺寸。
5.如權利要求2所述的加工方法，其特征在于，上述第一次蝕刻是按a修正后的蝕刻加工尺寸a’尺寸進行普通蝕刻，將銅箔與電阻層一起蝕刻掉，形成電阻線路圖形，但電阻層1上仍然覆蓋著銅箔3層；其中修正后的蝕刻加工尺寸a’由如下公式(V)計算而得
a’＝a+Δa………………(V)
其中a裸露的電阻層在垂直于b方向的理論尺寸；
Δaa方向補償量。
6.如權利要求5所述的加工方法，其特征在于，Δa根據制程的不同而選擇在5um-300um之間。
7.如權利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述第二次蝕刻是按b’尺寸采用選擇性蝕刻，將電阻銅箔10上的銅箔3層蝕刻掉，露出電阻圖形，其中b修正后的蝕刻加工尺寸b’由如下公式(IV)計算而得
b’＝b+Δb………………(IV)
其中b裸露的電阻層在兩電極間的理論間隔尺寸；
Δbb方向補償量。
8.如權利要求7所述的加工方法，其特征在于，Δb根據制程的不同而選擇，一般在5um-300um。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種印制電路板中隱埋電阻的加工方法，其特征在于，采用激光鉆孔機在蝕刻補償的基礎上進行激光切割來精確控制電阻的長寬尺寸。本發(fā)明可以有效提高由于側蝕因素造成的阻值精度的偏差。通過本發(fā)明可控制隱埋電阻工藝中阻值的精度偏差不大于10％。本發(fā)明雖然不能將電阻控制的精度達到1％，但在不增加一般PCB廠家設備投入成本的情況下，可以大幅度地提高隱埋電阻的精度，有很大的實際使用優(yōu)勢。
文檔編號H05K1/16GK101605433SQ20091005401
公開日2009年12月16日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權日2009年6月26日
發(fā)明者剛 屈, 趙國強, 偉 黃, 吳金華, 羅永紅, 陳培峰 申請人:上海美維電子有限公司, 上海美維科技有限公司