PCB阻抗值因素與計(jì)算方法

1、PCB阻抗設(shè)計(jì)及計(jì)算簡(jiǎn)介特性阻抗的定義? 何謂特性阻抗( CharacteristicImpedance ， Z0)? 電子設(shè)備傳輸信號(hào)線中，其高頻信號(hào)在傳輸線中傳播時(shí)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(jiǎn)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(shí)所遭遇的總阻力 .? 簡(jiǎn)單的說(shuō)，在具有電阻、電感和電容的電路里，對(duì)交流電所 起的阻礙作用叫做阻抗 。設(shè)計(jì)阻抗的目的? 隨著 信 號(hào) 傳送速度迅猛的提高和高頻電路的廣泛應(yīng)用，對(duì)印刷電路板也提

2、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(hào)在傳輸過(guò)程中不發(fā)生反射現(xiàn)象，信號(hào) 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(wú)干擾、噪音的傳輸信號(hào)。? 阻抗匹配在高頻設(shè)計(jì)中是很重要的，阻抗匹配與否關(guān)系到 信號(hào)的質(zhì)量?jī)?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(hào)皆能到達(dá)負(fù)載點(diǎn)，不會(huì)有信號(hào)反射回源 點(diǎn)。? 因此，在有高頻信號(hào)傳輸?shù)?PCB 板中，特性阻抗的控 制 是尤為重要的。? 當(dāng)選定板材類型和完成高頻線路或高速數(shù)字線路的 PCB 設(shè)計(jì)之后，則特性阻抗值已確定，但是真正要做到預(yù)計(jì) 的特性阻抗或?qū)嶋H控制在預(yù)計(jì)的特性阻抗值的范圍內(nèi)， 只有通過(guò)P

3、CB生產(chǎn)加工過(guò)程的管理與控制才能達(dá)到。?從PCB制造的角度來(lái)講，影響阻抗和關(guān)鍵因素主要有：- 線寬（w）- 線距（s ）、- 線厚（t ）、- 介質(zhì)厚度（h）- 介質(zhì)常數(shù)（Dk）er相對(duì)電容率（原俗稱Dk介質(zhì)常數(shù)），白容生對(duì)此有研究和專門(mén) 詮釋。注：其實(shí)阻焊也對(duì)阻抗有影響，只是由于阻焊層貼在介質(zhì)上， 導(dǎo)致介電常數(shù)增大，將此歸于介電常數(shù)的影響，阻抗值會(huì)相 應(yīng)減少 4%? 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越小；-Z0與介質(zhì)厚度成正比，介質(zhì)厚度越厚，Z0越大；Z0越-Z0與介質(zhì)介電常數(shù)的平方根成反比，介電常數(shù)越大, 小。1、介質(zhì)厚度： 是影響阻抗

4、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(jī)的平整性、壓板的程序有關(guān)；? 對(duì)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(shè)計(jì)計(jì)算，而工程設(shè)計(jì)、壓板控制、來(lái)料公 差 是介質(zhì)厚度控制的關(guān)鍵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 的公差內(nèi)，才能較好達(dá)到阻 抗控制要求? 信號(hào)線的缺口影響整個(gè)測(cè)試波形，其單點(diǎn)阻抗偏高， 使其整個(gè)波形不平整 , 阻抗線不允許補(bǔ)線，其缺口不能 超過(guò) 10? 線寬主要是通過(guò)蝕刻控制來(lái)控制。為保證線寬，根據(jù) 蝕刻

5、側(cè)蝕量、光繪誤差、圖形轉(zhuǎn)移誤差，對(duì)工程底 片 進(jìn)行工藝補(bǔ)償，達(dá)到線寬的要求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(guò)圖形電鍍或選用相應(yīng)厚度的基材銅箔來(lái)控 制。? 對(duì)銅厚的控制要求均勻 , 對(duì)細(xì)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(duì) cs 與 ss 面銅分布極不均的情況，要對(duì)板進(jìn)行交叉上 板，來(lái)達(dá)到二面銅厚均勻的目的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(guò)材料來(lái)控制。? 不同板材其介電常數(shù)不一樣，其與所用的樹(shù)脂材料有關(guān)：FR4板材其介電常數(shù)為一，其會(huì)隨使用的頻 率增 加減

6、小, 聚四氟乙烯板材其介電常數(shù)為間? 要獲得高的信號(hào)傳輸要求高的阻抗值 ， 從而要低的介電 常數(shù)5、阻焊厚度：印上阻焊會(huì)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 2遍 下降值為一遍時(shí)的 2 倍，當(dāng)印刷 3 次以上時(shí)，阻 抗值不 再變化。各參數(shù)的影響程度阻抗設(shè)計(jì)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(hào)層間的相互干擾? 布線密度的大小? 板材以及半固化片型號(hào)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?我司主要使用的阻抗設(shè)計(jì)軟件為Polar-Si8000?該軟件總共包含了 93種阻抗計(jì)算模式?設(shè)計(jì)中

7、常用的模式有6種，外層選用無(wú)阻焊覆蓋模式?外層差分無(wú)阻焊模式？ W1下線寬 ？ T1:銅厚? H1:阻抗線到其參考層的高度？ W2上線寬? Er1 :層間介質(zhì)的介電常數(shù)? S1：線間距?內(nèi)層相鄰層屏蔽模式?其中W1 W2 S1、T1與前面相同?此種模式關(guān)鍵在于填寫(xiě)正確的 H1? H1與H2的相同點(diǎn)：都是介質(zhì)厚度? H1與H2的不同點(diǎn)：當(dāng)芯板與半固 化片厚度不等時(shí)，H1與H2值的填 寫(xiě)正確與否就很重要W1 7*WH1/*芯板退膜蝕刻藥水流向曝光顯影?如上圖所示，由于生產(chǎn)中蝕刻藥水對(duì)銅表面接觸的充分，而與下 方接觸相對(duì)較弱，因此蝕刻出來(lái)的線寬呈梯形，且W1>W2?從圖中可知，下線寬 W1 所

8、接觸的介質(zhì)為芯板，因此阻抗計(jì)算軟件中的H1值即為芯板厚度，Er1、Er2即為對(duì)應(yīng)介質(zhì)的介電常數(shù)? 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： H/H、1/1 、2/2 代表芯板兩面的銅箔厚度分別為、 1Oz、2Oz? H/1 代表芯板兩面銅箔厚度分別為和 1Oz常用FR4的半固化片參數(shù)類別半固化片類 型1061080331321167628Tgw 170理論實(shí)際厚度（ mm介電常數(shù)N4000-13(2113)理論實(shí)際厚度（ mm介電常數(shù)IT180A、S1000-2B理論實(shí)際厚度（ mm介電常數(shù)介質(zhì)層厚度與介電常

9、數(shù)（生益及等同材料）:類別芯板mm8Mil24102028Tg< 170介電 常數(shù)IT180A、S1000-2介電 常數(shù)4. 25注：多種半固化片組合的介電常數(shù)取其算術(shù)值。板厚精度：根據(jù)來(lái)料實(shí)測(cè)厚度， 阻抗設(shè)計(jì)計(jì)算疊層厚度與層間介質(zhì)層厚度時(shí)按來(lái)料實(shí)際厚度及根據(jù)線路分布率進(jìn) 行計(jì)算。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(hào) 層 按25%僅供參考，實(shí)際應(yīng)按線路分布率來(lái)計(jì) 算。介質(zhì)厚度PP 型PP標(biāo)稱厚度Copper/G ndGn d/G ndCopper/Sig nalGND/sig nalSig nal/Sig nal對(duì)應(yīng)流1號(hào)填

10、充厚度-1061080331321167628介質(zhì)厚度PP 型PP標(biāo)稱厚度1ozCopper/G ndGn d/G ndCopper/Sig nalGND/sig nalSig nal/Sig nal對(duì)應(yīng)流膠填充厚度-1061080331321167628阻抗計(jì)算涉及參數(shù)-FR4半固化片使用考慮 流膠 后的實(shí)際厚度計(jì)算方法：類型一：芯板與銅箔之間（單面填膠）類型二：內(nèi)層芯板之間（雙面填膠）類型一：實(shí)測(cè)厚度=理論厚度-銅厚*（1-殘銅率）（表層的殘銅率取loo%光板殘銅率為0）類型二：實(shí)測(cè)厚度=理論厚度-銅厚1*（ 1-殘銅率1）-銅厚2*（ 1-殘銅率2）3570阻抗計(jì)算涉及參數(shù)-內(nèi)外層銅厚及

11、線寬基銅厚上線寬（mil）W2下線寬（mil）W1線距（mil）S1內(nèi)層18umW0SO內(nèi)層35umWOSO內(nèi)層35umWOSO外層18umWO+外層35umWO+標(biāo)稱基銅規(guī)格（um） 內(nèi)層計(jì)算銅厚T（ mil） 外層計(jì)算銅厚T（ mil）?上表中的參數(shù)分別為阻抗計(jì)算時(shí)的銅厚 T1與上、下線寬的取值? W0和SO分別代表客戶設(shè)計(jì)線寬、線距阻抗計(jì)算涉及參數(shù)? 由于我司設(shè)計(jì)阻抗時(shí)采用不覆蓋阻焊模式，而實(shí)際上阻焊對(duì) 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(yàn)總結(jié)出阻焊對(duì)外層阻抗的 影 響采取以下公式校正：（外層不覆蓋及內(nèi)層不需校正）阻抗計(jì)算值Zo （覆蓋阻焊）

12、=Zi （不覆蓋阻焊）* +? 舉例要求Zo = 50Ohm阻抗 那么 Zi =（50 /=52 歐 Zi設(shè)為SI8000軟件計(jì)算值1. 特殊范圍阻抗值計(jì)算公式：a.單端阻抗值要求w 40歐姆外層線路 （ 阻抗線蓋阻焊 ） 單端阻抗 = SI8000 軟件（不蓋阻 焊模式）計(jì)算值歐外層線路 （阻抗線不蓋阻焊 ） 單端阻抗 = SI8000 軟件（不蓋 阻焊模式）計(jì)算值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(jì)算值歐差分阻抗 = SI8000 軟件外層線路（阻抗線不蓋阻焊）差分阻抗 = SI8000 軟件不蓋阻焊模式）計(jì)算值2. 雙面板差分阻抗a.介質(zhì)厚:按客戶要求阻抗-5歐姆（如顧客要求 100歐姆，工程 按95歐姆設(shè)計(jì)）