PCB阻抗制作過(guò)程控制

阻抗制作過(guò)程控制一、目的：自進(jìn)入信息時(shí)代以來(lái)，信號(hào)傳輸高頻化和高速數(shù)字化的發(fā)展是極快的，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算，到即將出現(xiàn)的“工業(yè)4.0”（中國(guó)版為“中國(guó)制造2025”）等的工業(yè)技術(shù)和信息技術(shù)，都需要信號(hào)傳輸（或處理）高頻化或高速數(shù)字化。如何保證各種信號(hào)完整性，也就是保證信號(hào)質(zhì)量，成為難題，此時(shí)，需要借助傳輸線理論進(jìn)行分析，控制信號(hào)線的阻抗匹配成為關(guān)鍵。二、阻抗介紹：1、信號(hào)完整性在信號(hào)在傳輸過(guò)程中，會(huì)因?yàn)樽杩箚?wèn)題導(dǎo)致?lián)p耗或失真，影響傳輸效果。信號(hào)傳輸圖見(jiàn)圖1所示。小昆和IM.in小昆和IM.in信號(hào)傳輸投狂失4信號(hào)傳輸完蟋旃次圖1信號(hào)傳輸眼圖2、阻抗模塊介紹常見(jiàn)的阻抗要求（差分阻抗&特性阻抗），及對(duì)應(yīng)的阻抗線寬、線距、介質(zhì)層、應(yīng)用，如表1、表2。

表1差分阻抗要求要求/寬t出n息距加n介質(zhì)層備注120(110L62032,2542116西信用110D101.6,m.3,J27152.4,—211613941000101.6-315.0主要f10L6.舊小12710—.6.1397主要;101.6,1143.127.139.7C?ff00801iiuii1刖2116網(wǎng)k與時(shí)鐘姨率戕95□101^-127主要:101.6113—主要：3032Con?1080008LEliLI南北橋?qū)芋榭?01.6-165.1主要：10L&1271KH203.2主要：127,115242116AMDCPU利南橋90KR.X39.4主要j101.6.114.3,【現(xiàn)了12789.2-10668, 主要r101.6.127.13971095,114.3,152,4.177810802116…85QJ01.6-314.9±35：101.6.1143.127.101.t-228.6B9.7主要：101尿1143.127.1397JOeOPC1-E80Q%.5-228.6主更：127、1第幾152?101.6-226.1主要：141s.1g41702儂。75口119.4-5D￡±?;139,7.152.41CH.6-2O3.2主曼：129.11397. 81080DDRJI72￡1165.1.2032234主喔：203.2101.fi；127主嚶：101.6211670￡1165.1-256.5 1QL.6-1J9.7±H：177.8-190.5,203.2.主強(qiáng)：101.6.127.139.7J08U21B迅勵(lì)知科技2]5.9表2特性阻抗要求阻抗要求物船叫1介場(chǎng)層備挨阻抗要求線寬加n介質(zhì)層備注百口96.5-1143主要;1214.134.6.154.91080VGA45011944314127.203210502116DRAM7?？?01.?~1524主要;101.6.144.&.152.4762S心0主要；152d10SQ85盤101.6-264.2主要；IQL6.I09J21161506BGA400B3.4-254主要；160,165.].：177.RJ08060□101.6-218.4主要：101.6,127211637.51芯*<504￡主要；177機(jī)19口一只193.S,J996,203.2108056口76.2-2388主嬰:833.91.4.129.510802116370177.&-228.6主暨:190.510聯(lián)5507S.7-289.6主饕：10],6.12710902113211636035。203.2177岳254主要：1915,1999205.2J080IOSO5。口10]6127主典101.6.114.3,127,152.41Q80211632c27.4口241.3,254主要:24133302^482.6土蔓；330.21愉｝'次勵(lì)播璃3三、阻抗影響因素及各因子影響度線寬與阻抗關(guān)系線寬與阻抗成反比，線寬越大阻抗越小，線寬越小阻抗越大；線距與阻抗成正比，線距越大阻抗越大，線距越小阻抗越小。(1)當(dāng)外層特性阻抗線寬W<127pm,線寬變化13“m時(shí)，阻抗變化4.1。?3。,當(dāng)線寬W在127pm<W<254|jm時(shí)，線寬變化13|jm時(shí)，阻抗變化2.7?1.8。；(2)當(dāng)外層差分阻抗線寬W<152pm,線寬變化13pm時(shí)，阻抗變化6.7。?4.3。；當(dāng)外層差分阻抗線寬在152Pm<W<254pm時(shí)，線寬變化13Pm時(shí)，阻抗變化3.7。?2.2。;線距S<114pm,線距離變化13pm，阻抗變化4.1。?3.1。,線距114pm<S<152pm,線距離變化13pm，阻抗變化2.5。?2.1。。參考圖3。綜上,當(dāng)阻抗線寬W<152pm時(shí)，線寬偏離中值上限或偏離下限對(duì)阻抗影響度較大,如表。圖2外層特性阻抗線寬與阻抗變化關(guān)系圖口里學(xué)踴歸祖

圖2外層特性阻抗線寬與阻抗變化關(guān)系圖口里學(xué)踴歸祖介質(zhì)層厚度與阻抗關(guān)系介質(zhì)層厚度與阻抗成正比，介質(zhì)層厚度越厚阻抗越大；介質(zhì)層厚度薄厚阻抗越小。(1)當(dāng)外層特性阻抗介質(zhì)厚度HW127|im時(shí)，介質(zhì)厚度變化13|im,阻抗變化4.2Q~3.2Q；當(dāng)介質(zhì)厚度127^m<H<229何時(shí)，介質(zhì)厚度變化1Rm,阻抗變化2.9~2.1Q。參考圖4。(2)當(dāng)外層差分阻抗介質(zhì)厚度H<127Rm時(shí)，介質(zhì)厚度變化13Rm,阻抗變化8.2Q~4.2Q；當(dāng)介質(zhì)厚度127Rm<H<178Rm時(shí)，介質(zhì)厚度變化13Rm,阻抗變化3.5Q~2.3Q。參考圖5。綜上，當(dāng)介質(zhì)層厚度H<5Rm時(shí)，介質(zhì)厚度偏離中值上限或偏離下限對(duì)阻抗影響度較大，如表4。表4線寬對(duì)應(yīng)阻抗變化銅厚與阻抗關(guān)系銅厚T與阻抗成反比，銅厚越厚阻抗越小，銅厚越薄阻抗越大。ER值與阻抗關(guān)系材料介質(zhì)層常數(shù)ER值與阻抗成正比。3.5阻焊油墨厚度與阻抗關(guān)系阻焊油墨厚度C與阻抗成反比,油厚越厚阻抗越小,油厚越薄阻抗越大。4、材料Dk值返推探討印制線路板加工廠在進(jìn)行阻抗控制時(shí),對(duì)影響阻抗因素：線寬、線距、銅厚、介層厚度、油墨厚度，均可進(jìn)行切片量測(cè)得出實(shí)際數(shù)值，并進(jìn)行管控，但對(duì)材料的Dk在PCB中的實(shí)際值均無(wú)法測(cè)量，只能通過(guò)供應(yīng)商提供原始物料Dk作為參考，往往當(dāng)阻抗測(cè)試機(jī)量測(cè)阻抗值與實(shí)際切片軟件模擬阻抗值存在差異時(shí),我們卻無(wú)從找到原因；下面的測(cè)試我們可得出部分結(jié)果。圖4外層特性阻抗介質(zhì)厚度與阻抗變化關(guān)系介重票交出6376圖介重票交出6376圖10211412T140152LT8I?T豳比『各國(guó)翁考平面信號(hào)參考平面2113RC58物料使用IT180A翁考平面信號(hào)參考平面2113RC58物料使用IT180A21138C58測(cè)試板設(shè)計(jì)阻抗要求及疊構(gòu)如表5、圖6。表5測(cè)試板阻抗設(shè)計(jì)要求阻抗線層參考層單線『差分阻抗值要求L1L2單線50L3L2/L5單線50L4L2/L5單線50L6L5單線50L1L2差分10013L2/L5差分100L4L2,T5差分L4L去15差分100層別U1.2L3L4L5L6圖6測(cè)試板阻抗設(shè)計(jì)疊構(gòu)圖阻抗測(cè)試抽取30根阻抗條進(jìn)行測(cè)試：分別對(duì)阻抗條進(jìn)行阻抗測(cè)試，測(cè)試前對(duì)設(shè)備進(jìn)行校正；阻抗條設(shè)計(jì)兩端測(cè)試點(diǎn)，取兩端數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果平均值；在針對(duì)每層阻抗值整體求平均值。測(cè)試結(jié)果如表6、圖7。

表6阻抗測(cè)試結(jié)果阻抗要求值FQ吼抗所在層阻抗設(shè)計(jì)值作測(cè)壯得平均俏兇標(biāo)探偏差Cpk《過(guò)程能2與設(shè)計(jì)值J指盥）差異比例同萬(wàn)50L149.0947.750781.17-2J7250L349.254S30.731.51-1.9350L449.254&3L082L35?1850L649.78犯730工2.06-2.1J州L490.5692.882..10.972.561D011100.2?102.912.071.112.515100L31M.31103853.65］冽100L410C.311025(52.930.85二，砌到2g綜上測(cè)試結(jié)果，阻抗線與設(shè)計(jì)值存在規(guī)律性差異，且單線與差分線也存在規(guī)律性差異。圖7阻抗模塊測(cè)量值偏離設(shè)計(jì)值的差分特性對(duì)比圖（上線差分、下線單線）4.3阻抗條切片分析針對(duì)阻抗條進(jìn)行切片分析，每根阻抗條分別取樣兩個(gè)位置，阻抗線1/3和2/3位置，阻抗線兩個(gè)切片測(cè)量數(shù)據(jù)差異1011m判定為異常數(shù)據(jù)，進(jìn)行剔除處理，后取所有切片測(cè)試值平均值，再將整體切片數(shù)據(jù)求平均值。外層特性線與差分線切片數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析如表8、表7賣測(cè)阻抗值與設(shè)計(jì)值的差異分析一抗麻在層LIL3L4林鰻與設(shè)計(jì)值平均差，嬌-2.72-103-1.。口整分與設(shè)計(jì)值平均差;監(jiān)2.653.532.40E線T總分出設(shè)計(jì)岫小也比例甘比丹i5.375.464,31表后外層特性域與差分城切片政據(jù)統(tǒng)計(jì)和比分析［單位：WE)由晚彤喻即抗因素介質(zhì)底厚-一域案1P工一就中一旭移味材忖旗而阻蟀設(shè)計(jì)游9156.5139.7/1OP4525L4將拄函抗切片8S.7763.7J-13.949.111733L1岸分印抗⑵片90.15-13.2352.320.42《對(duì)比乳抗政響）—犍性與差分差異什原居中鈿混略偏厚斌僚偏小m肉油不潞偏分析差理不大空瑋坡大齊:異不大幅顯異不大表9內(nèi)展（L3&L4）特性戰(zhàn)與差分線切片地?fù)?jù)統(tǒng)時(shí)對(duì)比分析f單位：he）主心啦的膽,就醫(yī)14介，，厚1尋戰(zhàn)嗣厚2導(dǎo)鈾銅庫(kù)規(guī)境中值偏捺設(shè)t+H'l10010P2..730127/<>4內(nèi)屋特件用抗口J片99a10&73131.5-7.79內(nèi)是差分機(jī)抗四月100.24十1心的a十29.7339特性與裁分方異務(wù)新1.2介一唐中懸舁不尢2.53銅陰暗諭混差并較大1.76線究偏小整外不:大3.89T?鬻答翻ri科技事用小大

通過(guò)切片數(shù)據(jù)中影響阻抗的所有主要參數(shù)都沒(méi)有顯著差異，自然我們想到特性阻抗和差分阻抗的有效Dk反推，看看兩者差異有多大。我們利用切片數(shù)據(jù)的平均值以及阻抗模塊的量測(cè)平均值來(lái)做計(jì)算以預(yù)期結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Dk值反推L1特性阻抗實(shí)測(cè)平均值47.7，反推介質(zhì)有效Dk為4.6；L3/4特性阻抗實(shí)測(cè)平均值48.3反推混合介質(zhì)有效Dk為4.5（圖8）。圖8特性阻抗Dk值反推結(jié)果外居反推Dk運(yùn)內(nèi)圖8特性阻抗Dk值反推結(jié)果外居反推Dk運(yùn)內(nèi)層反推DkH內(nèi)?設(shè)計(jì)?？糄kli（模即等效）L1差分阻抗實(shí)測(cè)平均值102.9反推介質(zhì)有效Dk為4.05；L3/4差分阻抗實(shí)測(cè)平均值103.2反推混合介質(zhì)有效Dk為4.1（圖9、圖10）。從以上結(jié)果可以看出，同一介質(zhì)環(huán)境下的特性阻抗和差分阻抗的有效Dk存在顯著的差異，使用同一值不可靠；以特性阻抗為參考的Dk