PCB阻抗值因素與計算方法

1、文檔PCB 阻抗設計及計算簡介文檔特性阻抗的定義? 何謂特性阻抗( CharacteristicImpedance ， Z0 )? 電子設備傳輸信號線中，其高頻信號在傳輸線中傳播時所遇 到的阻力稱之為特性阻抗 ;包括阻抗、 容抗、感抗等，已不再 只是簡單直流電的 “歐姆電阻 ”。? 阻抗在顯示電子電路，元件和元件材料的特色上是最重要的 參數(shù).阻抗 (Z)一般定義為：一裝置或電路在提供某特定頻率 的 交流電 (AC) 時所遭遇的總阻力 .? 簡單的說，在具有電阻、電感和電容的電路里，對交流電所 起的阻礙作用叫做阻抗 。文檔設計阻抗的目的? 隨著 信號 傳送速度迅猛的提高和高頻電路的廣泛應用，對印

2、刷電路板也提出了更高的要求。印刷電路板提供的電路 性能必須能夠使信號在傳輸過程中不發(fā)生反射現(xiàn)象，信號 保持完整，降低傳輸損耗，起到匹配阻抗的作用，這樣才 能得到完整、可靠、精確、無干擾、噪音的傳輸信號。? 阻抗匹配在高頻設計中是很重要的，阻抗匹配與否關系到 信號的質(zhì)量優(yōu)劣 。而阻抗匹配的目的主要在于傳輸線上所 有高頻的微波信號皆能到達負載點，不會有信號反射回源 點。文檔? 因此，在有高頻信號傳輸?shù)?PCB 板中，特性阻抗的控 制 是尤為重要的。? 當選定板材類型和完成高頻線路或高速數(shù)字線路的 PCB 設計之后，則特性阻抗值已確定，但是真正要做到預計 的特性阻抗或?qū)嶋H控制在預計的特性阻抗值的圍，

3、 只有 通過 PCB 生產(chǎn)加工過程的管理與控制才能達到。文檔? 從 PCB 制造的角度來講，影響阻抗和關鍵因素線寬（ w） 線距（ s）、 線厚（ t）、 介質(zhì)厚度（ h）介質(zhì)常數(shù)（ Dk ）r 相對電容率（原俗稱 Dk 介質(zhì)常數(shù)），白容生對此有研究和專門 詮釋。注：其實阻焊也對阻抗有影響，只是由于阻焊層貼在介質(zhì)上， 導 致介電常數(shù)增大，將此歸于介電常數(shù)的影響，阻抗值會相 應 減少 4%文檔? 如上圖所示 Z0 與線寬 W 成反比，線寬越大， Z0 越?。?Z0 與銅厚成反比，銅厚越厚， Z0 越?。?Z0 與介質(zhì)厚度成正比，介質(zhì)厚度越厚， Z0 越大； Z0 與介質(zhì)介電常數(shù)的平方根成反比，介

4、電常數(shù)越大， Z0 越 小。文檔1、介質(zhì)厚度： 是影響阻抗值的最主要因素? 增加介質(zhì)厚度可以提高阻抗，降低介質(zhì)厚度可以減小 阻抗；? 不同的半固化片有不同的膠含量與厚度 . 其壓合后的厚 度與壓機的平整性、壓板的程序有關；? 對所使用的任何一種板材 , 要取得其可生產(chǎn)的介質(zhì)層厚 度,利于設計計算，而工程設計、壓板控制、來料公差 是 介質(zhì)厚度控制的關鍵文檔2、線寬：? 增加線寬，可減小阻抗，減小線寬可增大阻抗。? 線寬的控制要求在 +/-10的公差，才能較好達到阻 抗 控制要求? 信號線的缺口影響整個測試波形，其單點阻抗偏高， 使其整個波形不平整 ,阻抗線不允許補線，其缺口不能 超過 10? 線

5、寬主要是通過蝕刻控制來控制。為保證線寬，根據(jù) 蝕刻側(cè)蝕量、光繪誤差、圖形轉(zhuǎn)移誤差，對工程底片 進行工藝補償，達到線寬的要求文檔3、線厚 （線路銅厚 ）：? 減小線厚可增大阻抗，增大線厚可減小阻抗；? 線厚可通過圖形電鍍或選用相應厚度的基材銅箔來控 制。? 對銅厚的控制要求均勻 , 對細線、孤立的線的板加上分 流塊，其平衡電流，防止線上的銅厚不均，影響阻抗 對 cs 與 ss面銅分布極不均的情況，要對板進行交叉上 板，來達到二面銅厚均勻的目的文檔4、介電常數(shù)：? 增加介電常數(shù)，可減小阻抗，減小介電常數(shù)可增大阻 抗，介電常數(shù)主要是通過材料來控制。? 不同板材其介電常數(shù)不一樣，其與所用的樹脂材料有關

6、： FR4 板材其介電常數(shù)為 3.94.5,其會隨使用的頻 率增加減小 ,聚四氟乙烯板材其介電常數(shù)為 2.23.9間? 要獲得高的信號傳輸要求高的阻抗值 , 從而要低的介電 常數(shù)文檔印上阻焊會使外層阻抗減少。正常情況下印刷一遍阻焊可使單端下降 2 歐姆，可使差分下降歐姆，印刷 25、阻焊厚度：遍 下降值為一遍時的 2 倍，當印刷 3 次以上時，阻抗值不 再變化文檔各參數(shù)的影響程度文檔阻抗設計中考慮的其它因素? 線寬是否能滿足電流要求? 疊層結(jié)構(gòu)是否合理? 信號層間的相互干擾? 布線密度的大小? 板材以及半固化片型號的選擇? 層間介質(zhì)厚度是否可滿足加工要求? 最終板厚是否可滿足客戶要求文檔文檔?

7、 我司主要使用的阻抗設計軟件為Polar-Si8000? 該軟件總共包含了 93 種阻抗計算模式? 設計中常用的模式有 6 種，外層選用無阻焊覆蓋模式文檔? 外層差分無阻焊模式? H1 ：阻抗線到其參考層的高度? Er1 ：層間介質(zhì)的介電常數(shù)? W1 ：下線寬? W2 ：上線寬? S1：線間距? T1 ：銅厚文檔? 層相鄰層屏蔽模式? 其中 W1、W2、S1、T1 與前面相同? 此種模式關鍵在于填寫正確的 H1? H1 與 H2 的相同點：都是介質(zhì)厚度? H1 與 H2 的不同點：當芯板與半固 化片厚度不等時， H1 與 H2 值的填 寫正確與否就很重要文檔芯板貼膜WH11W2退膜蝕刻蝕刻藥水

8、流向? 如上圖所示，由于生產(chǎn)中蝕刻藥水對銅表面接觸的充分，而與下方接觸相對較弱，因此蝕刻出來的線寬呈梯形，且 W1W2? 從圖中可知，下線寬 W1 所接觸的介質(zhì)為芯板，因此阻抗計算軟件中的 H1 值即為芯板厚度， Er1 、Er2 即為對應介質(zhì)的介電常數(shù)文檔? 不包含銅箔厚度板材（H/H 、1/1、2/2、H/1）? 包含銅箔厚度板材 （H/H 、1/1、2/2、H/1）注：0.10mm0.13mm0.15mm0.18mm0.21mm0.25mm0.30mm0.36mm0.41mm0.45mm0.51mm0.60mm0.71mm0.80mm0.8mm1.0mm1.1mm1.2mm1.3mm1.

9、4mm1.5mm1.6mm1.8mm1.9mm2.0mm2.5mm3.0mm3.2mmH/H 、1/1、2/2代表芯板兩面的銅箔厚度分別為0.5Oz、1Oz、2Oz? H/1 代表芯板兩面銅箔厚度分別為 0.5Oz 和 1Oz文檔1.1 常用 FR4 的半固化片參數(shù)類別半固化片類 型1061080331321167628Tg 170理論實際厚 度（mm）0.05130.07730.10340.11850.1951介電常數(shù)3.63.653.853.954.2N4000-13(21130.1054)理論實際厚 度（mm）0.06630.08410.09960.13510.2019介電常數(shù)3.73.

10、73.73.73.7IT180A 、 S1000- 2B理論實際厚 度（mm）0.05950.07320.10420.12250.2043介電常數(shù)3.93.954.154.254.5文檔1.2 介質(zhì)層厚度與介電常數(shù) （生益及等同材料 ）:類別芯板 mm0.0.0.1020.130.150.180.210.250.360.510.710.8Mil23.045.15.97.08.271014.5202831.5Tg170介電 常數(shù)3.63.653.953.953.654.23.953.954.24.14.24.2IT180A、S1000-2介電 常數(shù)3.93.954.254.253.954.542

11、54.254.54.44.54.5注：多種半固化片組合的介電常數(shù)取其算術值。板厚精度：根據(jù)來料實測厚度， 阻抗設計計算疊層厚度與層間介質(zhì)層厚度時按來料實際厚度及根據(jù)線路分布率進 行計算。文檔下表為常用高 TG FR4 半固化片在不同條件下的 厚 度取值(mil),( 其中電地層布線率按 75%，信號 層 按 25%) 僅供參考，實際應按線路分布率來計算。介質(zhì)厚度 PP 型PP 標稱厚度0.5ozCopper/GndGnd/GndCopper/SignalGND/signalSignal/Signal對應流膠號填充厚度 0.160.320.480.640.961062.342.182.021.8

12、61.71.3810802.882.722.562.42.231.9233134.13.943.783.623.453.1421164.824.664.54.344.183.8676288.047.887.727.567.397.08介質(zhì)厚度 PP 型PP 標稱厚度1ozCopper/GndGnd/GndCopper/SignalGND/signalSignal/Signal對應流膠號填充厚度 0.310.620.931.241.861062.342.031.721.411.10.4810802.882.572.261.951.641.0233134.13.793.483.172.862.24

13、21164.824.514.23.893.582.9676288.047.737.427.116.86.18文檔阻抗計算涉及參數(shù) FR4 半固化片使用考慮 流膠 后的實際厚度計算方法：類型一：芯板與銅箔之間（單面填膠） 類型二：層芯板之間（雙面填膠）類型一：實測厚度 =理論厚度-銅厚* （1-殘銅率）（表層的殘銅率取 100%，光板殘銅率為 0）類型二：實測厚度 =理論厚度 -銅厚 1*（1-殘銅率 1）-銅厚 2*（1-殘銅率 2）文檔阻抗計算涉及參數(shù)外層銅厚及線寬層計算銅厚 T（mil ）0.651.252.56基銅厚上線寬（ mil ） W2下線寬（mil）W1線距（ mil ） S1層

14、 18umW0-0.1W0S0層 35umW0-0.4W0S0層 35umW0-1.2W0S0外層 18umW0-0.6W0+0.7S0-0.7外層 35umW0-0.9W0+0.9S0-0.9外層計算銅厚 T（mil ）2.22.94.2? 上表中的參數(shù)分別為阻抗計算時的銅厚 T1 與上、下線寬的取值? W0 和 S0 分別代表客戶設計線寬、線距文檔阻抗計算涉及參數(shù)? 由于我司設計阻抗時采用不覆蓋阻焊模式，而實際上阻焊對 外層阻抗是有影響的，且客戶要求阻抗控制的線一般為覆蓋 阻焊的，故我司工藝經(jīng)生產(chǎn)試驗總結(jié)出阻焊對外層阻抗的影 響采取以下公式校正：（外層不覆蓋及層不需校正）阻抗計算值 Z （

15、覆蓋阻焊 ） Z（不覆蓋阻焊 ）0.9+3.2舉例要求 Z 50Ohm 阻抗 那么 Z （503.2）/0.9=52 歐 Z 設為 SI8000 軟件計算值文檔1. 特殊圍阻抗值計算公式： a. 單端阻抗值要求 40歐姆焊模式）計算值 -1.5 歐外層線路 （阻抗線蓋阻焊 ） 單端阻抗 = SI8000 軟件（不蓋阻 外層線路 （阻抗線不蓋阻焊 ） 單端阻抗 = SI8000 軟件（不蓋阻焊模式）計算值差分阻抗 = SI8000 軟件b. 差分阻抗值要求 120歐姆 外層線路（阻抗線蓋阻焊）不蓋阻焊模式）計算值 -8.0 歐 外層線路 （阻抗線不蓋阻焊）不蓋阻焊模式）計算值差分阻抗 = SI8000 軟件文檔2. 雙面板差分阻抗a介質(zhì)厚1.0mm：按客戶要求阻抗 -5 歐姆（