印制板實測阻抗反推介質介電常數(shù)的分析

1、印制板實測阻抗反推介質介電常數(shù)的分析 為實現(xiàn)印制板的阻抗準確設計，通過設計阻抗測試圖形和借助阻抗模擬計算軟件，用迭代分析反推出介電常數(shù)，然后用介電常數(shù)再計算出理論阻抗，并將其與實際阻抗測試結果開展比較分析。結果說明：將試驗反推得出疊層構造中各不同介質的介電常數(shù)用于阻抗設計，理論設計阻抗值與實測阻抗值吻合。 引言 隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展，集成電路的集成度進一步提高，高頻信號以及高速數(shù)字信號對傳輸要求越來越高。印制電路板(PCB)已不僅要求產品的電氣通斷測試合格，而更關注產品的特性阻抗能否到達要求。目前阻抗公差要求已由15%逐步向10%、8%、5%發(fā)展，對PCB產品的特性阻抗匹配技術提出了更高的要

2、求。 PCB的阻抗是板上電阻、電容、電感等的矢量綜合，其影響因素一般有介電常數(shù)、介質厚度、導線寬度、導線厚度4 個因素，有的阻抗影響因素還包括阻焊厚度、導線間距等。上述影響因素中，介質厚度、導線寬度、導線厚度、導線間距、阻焊厚度在前端阻抗設計可做調整，在生產中可實現(xiàn)準確管控。而介電常數(shù)通常由板材廠商提供，是介質材料的固有參數(shù)，一旦疊層構造確定，生產過程中無法再做調整。此外，該因素容易導致印制板實際阻抗與設計值偏差大，因此需要對介電常數(shù)開展準確的測定?，F(xiàn)提出一種反推介電常數(shù)的方法，根據(jù)阻抗實測值和實物切片測量值，應用Polar 公司的CITS25阻抗計算軟件反推得出介電常數(shù)，阻抗設計時使用該介電

3、常數(shù)可做到更準確的設計。 1、介電常數(shù) 介電常數(shù)是介電材料在空氣中的電容器電容與在真空狀態(tài)下的電容之比，如式(1)所示。 r = C/C0(1) 式中，r為介電常數(shù);C為空氣中的電容器電容;C0為真空狀態(tài)下的電容器電容。 介電材料在空氣中的電容器電荷分布模型如圖1 所示。當介電材料在空氣中的電容器電荷分布越多，電容越大，從式(1)看出，表示介電常數(shù)越大?？梢姡殡姵?shù)表征的是材料儲存電能能力的大小。當其數(shù)值越大時，它儲存電能能力就越大，而按照式(2)計算，電路中電信號的傳輸速度就會變低。 圖1 空氣中電容器電荷分布模型 式中，V 為傳輸速度，K為常數(shù)，c 為光速，r為介電常數(shù)。 介電常數(shù)借助專

4、用儀器直接測量，測量方法有平行板法(Parallel Plate)、同軸探頭法(Coaxial Probe)、傳輸線法(Transmission Line)、自由空間法(Free-Space)、諧振腔體法(Resonant Cavity)等。這些測試方法均采用測試儀表并配套不同的探針或夾具才能開展。 印制板廠家通常采用平行板法測試，板材廠商提供的介電常數(shù)也基本是采用平行板法測得的。實際PCB 生產中層壓疊層構造會用到多種不同介質厚度的材料，每種材料介質厚度不一樣，樹脂玻璃布的組成也不一樣，因此介電常數(shù)相差很大。此外生產工藝上不同的疊層構造板面圖形殘銅率不同，導體間填充的樹脂含量不同等，均導致各層介質間的實際介電常數(shù)差異大，實際測量的阻抗值和預期值相差較大，因此板材廠商提供的介電常數(shù)值往往不能直接用于阻抗設計，要根據(jù)經驗做修正，需要采取間接測量的方法來準確界定介電常數(shù)。 4、結論 通過設計阻抗測試圖形，測