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PCB資訊

PCB資訊 - PCB製造對阻抗控制的影響及解決方案

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PCB資訊 - PCB製造對阻抗控制的影響及解決方案

PCB製造對阻抗控制的影響及解決方案
2020-09-15
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Author:ipcber      分享文章

為了兼顧小型化,數位化,高頻和多功能等開發要求,PCB上的金屬線作為電子設備中的互連器件,不僅决定了電流的開放,而且還起到了作用。 訊號傳輸線。 換句話說,在負責傳輸高頻訊號和高速數位信號的PCB上實施的電力測試必須一方面確認電路的開啟,關閉和快捷方式。 另一方面,還應該確定特徵阻抗絕不會超出調節範圍。 一句話,電路板永遠不會達到要求的一致性,除非滿足兩個要求。

PCB提供的電路效能必須確保在訊號傳輸過程中不會發生反射。 訊號保持綜合。 通過實現阻抗匹配來降低傳輸損耗。 囙此,傳輸訊號可以整體,可靠和精確地實現,而沒有干擾或雜訊。 現在 我們介紹具有微帶結構的多層板的特性阻抗控制。

表面微帶結構

圖1 - 表面微帶結構

表面微帶和特性阻抗

表面微帶具有高特性阻抗,已廣泛應用於PCB製造中。 訊號平面設定為外層控制阻抗和用於分離訊號平面及其相鄰基準平面的絕緣材料,這可以在下圖中清楚地看到。

特性阻抗可以通過公式計算出來:

其中Z 0指特徵阻抗。 ε  - [R到絕緣材料的介電常數。h為線路與基準面之間的絕緣材料厚度。w到線路的寬度。t指的是線路的厚度。下圖清楚地說明了每個參數的含義。

公式的參數及含義

圖2 - 公式的參數及含義

基於上面顯示的公式,可以得出結論,影響特徵阻抗的元素包括:

A、絕緣材質(介電常數 ε  - [R)。

B、絕緣材料的厚度(h)。

C、線路寬度(w)。

D、線路厚度(t)。

可以進一步得出結論,特徵阻抗與襯底資料(CCL資料)密切相關。 囙此,必須在襯底資料選擇中考慮很多因素。


介電常數及其影響

當頻率低於1MHz時,資料製造商量測資料的介電常數。 由於樹脂含量不同,當由不同的製造商生產時,即使相同類型的資料也可能彼此不同。 以環氧玻璃布為例。 環氧玻璃布的介電常數與頻率之間的關係可歸納為下圖。

顯然,介電常數隨著頻率的提高而下降。 囙此,絕緣材料的介電常數應根據資料的工作頻率確定,平均值能够滿足一般要求。 隨著介電常數的新增,訊號的傳送速率將降低,囙此如果要求高訊號傳送速率,則必須降低介電常數。 此外,為了高傳送速率,必須確保高特性阻抗,然後該傳送速率取決於具有低介電常數的資料。

介電常數與頻率的關係

圖3 - 介電常數與頻率的關係

線路的寬度和厚度

線路寬度是影響特徵阻抗的最有影響的元素之一,下麵的圖4顯示了特徵阻抗和線路寬度之間的關係。

根據圖4,可以得出結論,當線路寬度改變0.025mm時,阻抗將隨後改變5至6歐姆。 然而,在實際的PCB製造中,如果選擇寬度公差為18 μ m的銅箔作為控制阻抗的訊號平面,則允許的走線寬度公差為±0.015mm。 如果選擇寬度公差為35 μ m的銅箔,允許的走線寬度公差為±0.003mm。 總之,線路寬度變化將導致阻抗的顯著變化。 跟踪寬度由設計人員根據多種設計要求設計,不僅要滿足電流容量和溫昇的要求,還要將阻抗導致預期值。 囙此,必須確保走線寬度與設計要求相容並且在允許的容差範圍內。

線路厚度還需要根據所需的電流容量和允許的溫昇來確定。 在製造中,塗層厚度通常平均為25 μ m。 線路厚度等於銅箔厚度加上塗層厚度的總和。 應該注意的是,在電鍍之前必須清潔線路表面,以便消除污染物。 否則,線路厚度可能會受到不均勻性的影響,從而影響特性阻抗。

線寬度與特性阻抗之間的關係

圖4 - 線寬與特性阻抗之間的關係

絕緣材料的厚度

基於上面介紹的計算特徵阻抗的公式,可以得出結論,特徵阻抗與絕緣材料厚度的自然對數(h)成正比。 此後,越大的“h”變為越大的“ Z 0 ”。 囙此,絕緣材料厚度也是决定特徵阻抗的關鍵因素。 由於資料的線路寬度和介電常數在製造之前已經確定並且線路厚度可以被認為是實心值,囙此通過控制層疊厚度來控制特性阻抗是主要的方法。 線路厚度與特徵阻抗之間的關係可歸納為下圖。

從該圖可以看出,當厚度新增0.025mm時,特徵阻抗將改變5至8ohm。 然而,在PCB製造過程中,每個層壓板厚度的變化可能導致巨大的變化。 事實上,在製造中選擇具有不同類型的預浸料作為絕緣材料,並且厚度可以通過預浸料的數量來確定。 以微帶為例。 圖3可用於根據相應的工作頻率確定絕緣材料的介電常數,然後可以計算出特徵阻抗。 然後,根據線路寬度和特徵阻抗的計算值,圖4可用於計算絕緣材料的厚度,

絕緣材料厚度與特性阻抗之間的關係

圖5 - 絕緣材料厚度與特性阻抗之間的關係

根據上面的圖5,示出了微帶結構的特徵阻抗比具有施加相同厚度的絕緣材料的帶狀線結構更高。 囙此,微帶結構是高頻和高速數位信號傳輸的首選。 此外,隨著絕緣材料厚度的改善,特性也隨之新增。 囙此,當涉及具有嚴格特性阻抗的高頻電路時,CCL絕緣材料厚度必須保持通常最多10%的嚴格公差。 然而,對於多層板,絕緣材料厚度也是製造參數,囙此也應嚴格控制。

總之,即使在線路寬度,線路厚度,介電常數和絕緣材料厚度方面的微小變化也會導致特性阻抗的變化。 除了這些因素外,它還與更多元素密切相關。 囙此,製造商必須充分意識到引起特性阻抗變化的元件並調整製造參數,以使特性阻抗保持在可接受的範圍內。


愛彼電路目前能够製造阻抗控制公差在±3%-±10%範圍內的PCB。