影響印刷電路板(PCB)的特性阻抗因素及對策

1、 自動化與儀器儀表>? ABC DEF GE G?H? G?I?FA JKKL 年第 J 期M總第 NKO 期P 文章編號 影響印刷電路板 的特性阻抗因素及對策 田 麗 安徽工程科技學(xué)院電氣系 蕪湖 摘 要 本文給出了印刷電路板 特性阻抗的定義 分析了影響特性阻抗的因素及 的構(gòu)造 參數(shù)對特性阻抗精度的影響 最后給出了一些對策 關(guān)鍵詞 印刷電路板 特性阻抗 精度 !"# $ % & ' "# ()* & ' + + # " + ) ( ()* & " # # ( $ % &,-. / 0 1 "

2、;# + )中圖分類號 2 3 & 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 引 言我國正處在以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心和改革開放的大好形勢下 電子工業(yè)的年增長率會超過 4 印刷電路板 工業(yè)依附整個電子工業(yè)也會隨勢而漲 而且超過 4 的增長速度 世界電子工業(yè)領(lǐng)域發(fā)生的技術(shù)革命和產(chǎn) 業(yè)結(jié)構(gòu)變化 正為印刷電路的發(fā)展帶來新的機(jī)遇和挑 戰(zhàn) 印刷電路隨著電子設(shè)備的小型化 數(shù)字化 高頻化 和多功能化發(fā)展 作為電子設(shè)備中電氣的互連件 中的金屬導(dǎo)線 已不僅只是電流流通與否的問題 而是作為信號傳輸線的作用 也就是說 對高頻信號 和高速數(shù)字信號的傳輸用 的電氣測試 不僅要測量電路 或網(wǎng)絡(luò) 的通 斷和短路等是否符合要求 而且還應(yīng)該測量特性阻抗值是

3、否在規(guī)定的合格范圍內(nèi) 只 有這兩方向都合格了 印刷板才符合要求 印刷電路板提供的電路性能必須能夠使信號傳輸過程中不發(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 本文就實(shí)際中常用的表面微帶線結(jié)構(gòu)多層板的特性阻抗控制的問題進(jìn)行討論 表面微帶線及特性阻抗表面微帶線的特性阻抗值較高并在實(shí)際中廣泛采用 它的外層為控制阻抗的信號線面 它和與之相鄰的 基準(zhǔn)面之間用絕緣材料隔開 見圖 特性阻抗的計(jì)算公式為 安徽省教育廳治安科學(xué)基金項(xiàng)目編號 5 6 7 8 9 & ( : 3 & 7 & ' 9 ; 5 印

4、刷導(dǎo)線的特性阻抗 < 絕緣材料的介電常數(shù) < 印刷導(dǎo)線與基準(zhǔn)面之間的介質(zhì)厚度 <' 印刷導(dǎo)線的寬度 < 印刷導(dǎo)線的厚度 從圖 以及公式 可以看出 影響特性阻抗的主 要因素是 介質(zhì)常數(shù) < 介質(zhì)厚度 < 導(dǎo)線寬 度 ' < 導(dǎo)線厚度 等 因而可知 特性阻抗與基板材料 覆銅板材 關(guān)系是非常密切的 故選擇基板材料在 設(shè)計(jì)中非常重要 材料的介電常數(shù)及其影響材 料的介 電常數(shù) 是材料 的生 產(chǎn)廠家 在頻率 為 2 =* 下測量確定的 不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的同種材料 由于其樹脂含量不同而不同 本研究以環(huán)氧玻璃布為 例 研究了介電常數(shù)與頻率變化的關(guān)系 如

5、圖 所示 由圖 可知 介電常數(shù)是隨著頻率的增加而減小 所以 在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)工作頻率確定材料的介電常數(shù) 參照圖 一般選用平均值即可滿足要求 信號在介質(zhì) 材料中傳輸速度將隨著介質(zhì)常數(shù)增加而減小 因此要 獲得高的信號傳輸速度必須降低材料的介質(zhì)常數(shù) 同 時要獲得高的傳輸速度就必須采用高的特性阻值 而高的特性阻值必須選用低的介質(zhì)常數(shù)材料 圖中橫坐標(biāo)取了對數(shù)刻度 也即頻率變化范圍為 & 2 =* 導(dǎo)線寬度及厚度的影響導(dǎo)線寬度是影響特性阻抗變化的主要參數(shù)之一 圖 以表面微帶線為例 說明阻抗值與導(dǎo)線寬度的關(guān) 系 從圖 中可以看到當(dāng)導(dǎo)線寬度改變 & 3"" 時 就會引起阻

6、抗值相應(yīng)的變化 3 Q 而在實(shí)際生產(chǎn)中 如果控制阻抗的信號線面使用 " 銅箔 可允許的導(dǎo) 線寬度變化公差為 & 3 "" 如果控制阻抗的變化 公差為 3 " 銅箔 可允許的導(dǎo)線寬度變化公差為 & "" 由此可見 生產(chǎn)中所允許的導(dǎo)線寬度變化會導(dǎo) 致阻抗值發(fā)生很大的改變 導(dǎo)線的寬度是設(shè)計(jì)者根據(jù)多種設(shè)計(jì)要求確定的 它既要滿足導(dǎo)線載流量和溫升的要求 又要得到所期望的阻抗值 這就要求生產(chǎn)者 在生產(chǎn)中應(yīng)該保證線寬符合設(shè)計(jì)要求 并使其變化在 公差范圍內(nèi) 以適應(yīng)阻抗的要求 導(dǎo)線厚度也是根據(jù)導(dǎo)體所要求的載流量以及允許的溫升確定的 在生產(chǎn)

7、中為了滿足使用要求 鍍層厚 度一般平均為 3 " 導(dǎo)線厚度等于銅箔厚度加上鍍層 厚度 需要注意的是電鍍前一度要保證導(dǎo)線表面清 潔 不應(yīng)粘有殘余物和修板油黑 而導(dǎo)致電鍍時銅沒有 鍍上 使局部導(dǎo)線厚度發(fā)生變化 影響特性阻抗值 另 外 在刷板過程中 一定要小心操作 不要因此而改變了導(dǎo)線厚度 導(dǎo)致阻抗值發(fā)生變化 介質(zhì)厚度 的影響從公式 中可看出 特性阻抗 5 是與介質(zhì)厚度的 自然對數(shù)成正比的 因而可知介質(zhì)厚度越厚 其 5 越 大 所以介質(zhì)厚度是影響特性阻值的另一個主要因素 因?yàn)閷?dǎo)線寬度和材料的介電常數(shù)在生產(chǎn)前就已經(jīng)確定 導(dǎo)線厚度工藝要求也可作為一個定值 所以控制層 壓厚度 介質(zhì)厚度 是生產(chǎn)中

8、控制特性阻抗的主要手 段 從圖 可以得出特性阻抗值與介質(zhì)厚度變化之間 的關(guān)系 由圖中可以看出 當(dāng)介質(zhì)厚度改變 & 3"" 時 就會引起阻抗值相應(yīng)的變化 93 而在實(shí)際生 產(chǎn)過程中 所允許的每層層壓厚度變化將導(dǎo)致阻抗值 發(fā)生很大的改變 在實(shí)際生產(chǎn)中是選用不同型號的半 固化片作為絕緣介質(zhì) 根據(jù)半固化片的數(shù)量確定絕緣 介質(zhì)的厚度 以表面微帶線為例 生產(chǎn)過程中可以參 照圖 確定相應(yīng)工作頻率下絕緣材料的介電常數(shù) 然 后利用公式計(jì)算出相應(yīng)的 5 再根據(jù)用戶提出的導(dǎo)線 寬度值和計(jì)算值 5 通過圖 查出相對應(yīng)的介質(zhì)厚度 然后根據(jù)所選用的覆銅板和銅箔的厚度確定半固化片的型號和張數(shù) 從

9、圖 可以看出 微帶線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比起帶狀線 設(shè)計(jì)時 在相同介質(zhì)厚度和材料下 具有較高的特性阻 抗值 一般要大 因此 對高頻和高速數(shù)字信 號傳輸大多采用微帶線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 同時 特性阻抗 值將隨著介質(zhì)厚度的增加而增大 所以 對于特性阻 抗值嚴(yán)格控制的高頻線路來說 對覆銅板的介質(zhì)厚度 的誤差應(yīng)提出嚴(yán)格要求 一般來說 其介質(zhì)厚度變化不 超過 4 對于多層板來說 介質(zhì)厚度還是個加工因 素 特別是與多層層壓加工密切相關(guān) 因此 也應(yīng)嚴(yán)密 加以控制 3 結(jié) 論在實(shí)際生產(chǎn)中 導(dǎo)線的寬度 厚度 絕緣材料的介 電常數(shù)和絕緣介質(zhì)厚度的稍微改變都會引起特性阻抗 下轉(zhuǎn)第 Q 頁 中國自動化學(xué)會 中國儀器儀表學(xué)會 年西南三省

10、一市自動化與儀器儀表學(xué)會年會征 文 通 知 會議主辦單位 中國自動化學(xué)會 中國儀器儀表學(xué)會會議承辦單位 重慶市自動化與儀器儀表學(xué)會 重慶工業(yè)自動化儀表研究所會議協(xié)辦單位 四川省自動化與儀器儀表學(xué)會 云南省自動化學(xué)會 昆明市儀器儀表學(xué)會 貴州省自動化學(xué)會 貴州省儀器儀表學(xué)會會議時間與地點(diǎn) 會議時間 年 月中旬 <地點(diǎn) 重慶征文范圍 自動化與儀器儀表發(fā)展的綜述性文章 < 自動化與儀器儀表的設(shè)計(jì)技術(shù) < 自動化與儀器 儀表的檢測技術(shù) < 自動化與儀器儀表的應(yīng)用技術(shù) < 3 自動化與儀器儀表的管理技術(shù) < Q 自動化與儀器儀表 的工藝技術(shù) < 自動化與儀器儀表

11、的制造技術(shù) < 自動化與儀器儀表的故障分析技術(shù) < 自動化與儀器儀表 可靠性設(shè)計(jì)與評價技術(shù) < 質(zhì)量管理與質(zhì)量管理體系的實(shí)戰(zhàn)技巧或經(jīng)驗(yàn) < 智能儀表與控制系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù) < 現(xiàn)場總線技術(shù)及其產(chǎn)品 < 其它有關(guān)的理論或應(yīng)用研究成果 征文要求及注意事項(xiàng) 論文論點(diǎn)清楚 文字簡煉 不超過 3 字 <綜述文章不超過 字 < 論文一律用計(jì)算機(jī) 打印紙打印 一式兩份并用 / 0 1 錄入的軟盤一張同時寄到會議籌備組 < 征文截止日期 年 月 日 < 屆時將聘請專家進(jìn)行評審 錄用論文將于 月 日前通知作者 < 3 請作者自留底稿 稿件一概不退

12、< Q 本次征文將不向作者收取版面費(fèi) 錄用論文將在公開發(fā)行的雜志 自動化與儀器儀表 的?？习l(fā)表 < 投稿的論文必須是未在國內(nèi)外雜志或?qū)W術(shù)交流會上公開發(fā)表的文章 < 論文格式要求 標(biāo)題用三黑居中 <姓名小四宋居中 <單位及郵編小五宋居中 <摘要為小五宋居左 <關(guān)鍵詞為 小五宋居左 <正文部分一級標(biāo)題為四黑居左 <二級標(biāo)題為小四黑居左 <正文用五宋居左 <參考文獻(xiàn)四字五黑居中 參 考文獻(xiàn)按序號 作者姓名 書名 論文名 出版社 期刊名 年月日 卷號 頁碼 排列 用小五宋居左 文末應(yīng)附英 文標(biāo)題和摘要 按文章格式 以及第一作者簡介 小五宋居左 籌備組聯(lián)絡(luò)方式 重慶市 3 Q 信箱 <郵編 <電子信箱 3 R & " <聯(lián)系人 孫懷義 <聯(lián)系電話 Q Q 33 優(yōu)秀論文評獎 本次會議將評選優(yōu)秀論文一 二 三等獎若干名 頒發(fā)優(yōu)秀論文證書 其他錄用論文頒發(fā)論文證書 關(guān)鍵日期 年 月 日前投送符合會議要求的打印論文兩份及軟盤一張 < 年 月 日前發(fā)出 論文錄用通知 < 會議時間及詳細(xì)地點(diǎn)見正式會議通知 年 月中旬發(fā)出 年西南三省一市學(xué)術(shù)交流會籌備組 重慶市自動化與儀器儀表學(xué)會 年 月 上接第