影響PCB特性阻抗的因素及解決方案

1、C T BIJii測(cè)HE帽濕環(huán)測(cè)威官網(wǎng)： HYPERLINK / /為了兼顧小型化，數(shù)字化，高頻和多功能等開發(fā)要求，PCB （印刷電路板）上的金屬線作 為電子設(shè)備中的互連器件，不僅決定了電流的開放，而且還起到了作用。信號(hào)傳輸線。換句 話說，在負(fù)責(zé)傳輸高頻信號(hào)和高速數(shù)字信號(hào)的PCB上實(shí)施的電氣測(cè)試必須一方面確認(rèn)電路 的開啟，關(guān)閉和快捷方式。另一方面，還應(yīng)該確定特征阻抗絕不會(huì)超出調(diào)節(jié)范圍。一句話， 電路板永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到要求的一致性，除非滿足兩個(gè)要求。PCB提供的電路性能必須確保在信號(hào)傳輸過程中不會(huì)發(fā)生反射;信號(hào)保持整合;通過實(shí)現(xiàn)阻 抗匹配來降低傳輸損耗。因此，傳輸信號(hào)可以整體，可靠和精確地實(shí)現(xiàn)，而沒

2、有干擾或噪聲。 本文重點(diǎn)介紹具有微帶結(jié)構(gòu)的多層板的特性阻抗控制。表面微帶和特性阻抗表面微帶具有高特性阻抗，已廣泛應(yīng)用于PCB制造中。信號(hào)平面設(shè)置為外層控制阻抗和用 于分離信號(hào)平面及其相鄰基準(zhǔn)平面的絕緣材料，這可以在下圖中清楚地看到。Signal planeDatum planeFigure 1 Surface Microstrip StructureT87r 59Gti iin x llljI特性阻抗可以通過公式計(jì)算出來：、：1- 其中Z0指特征阻抗；8- R到絕緣材料的介電常數(shù);h為跡線與基準(zhǔn)面之間的絕緣材料厚 度;w到痕跡的寬度;t指的是痕跡的厚度。下圖清楚地說明了每個(gè)參數(shù)的含義。Figu

3、re 2 Parameter Meaning rn the Formuia基于上面顯示的公式，可以得出結(jié)論，影響特征阻抗的元素包括: a。絕緣材料（介電常數(shù)8- R）;灣絕緣材料的厚度（h）;C。跡線寬度（w）;d。痕跡厚度（t）?？梢赃M(jìn)一步得出結(jié)論，特征阻抗與襯底材料（CCL材料）密切相關(guān)。因此，必須在襯底材 料選擇中考慮很多因素。介電常數(shù)及其影響 當(dāng)頻率低于1MHz時(shí)，材料制造商測(cè)量材料的介電常數(shù)。由于樹脂含量不同，當(dāng)由不同的 制造商生產(chǎn)時(shí)，即使相同類型的材料也可能彼此不同。以環(huán)氧玻璃布為例。環(huán)氧玻璃布的介 電常數(shù)與頻率之間的關(guān)系可歸納為下圖。仁ouowloo一吸一O顯然，介電常數(shù)隨著頻率

4、的提高而下降。因此，絕緣材料的介電常數(shù)應(yīng)根據(jù)材料的工作頻率 確定，平均值能夠滿足一般要求。隨著介電常數(shù)的增加，信號(hào)的傳輸速度將降低，因此如果 要求高信號(hào)傳輸速度，則必須降低介電常數(shù)。此外，為了高傳輸速度，必須確保高特性阻抗， 然后該傳輸速度取決于具有低介電常數(shù)的材料。痕跡的寬度和厚度跡線寬度是影響特征阻抗的最有影響的元素之一，下面的圖4顯示了特征阻抗和跡線寬度之 間的關(guān)系。(uocwpsckju-Q*wECDJCJ世印-COTrace widthfigure 4 Re顧between Trace Width and Chract&rrstic tmpedsnce根據(jù)圖4,可以得出結(jié)論，當(dāng)跡線寬

5、度改變0.025mm時(shí)，阻抗將隨后改變5至6歐姆。然 而，在實(shí)際的PCB制造中，如果選擇寬度公差為18pm的銅箔作為控制阻抗的信號(hào)平面， 則允許的走線寬度公差為0.015mm。如果選擇寬度公差為35pm的銅箔，允許的走線寬度 公差為0.003mm?？傊?，跡線寬度變化將導(dǎo)致阻抗的顯著變化。跟蹤寬度由設(shè)計(jì)人員根據(jù) 多種設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)，不僅要滿足電流容量和溫升的要求，還要將阻抗導(dǎo)致預(yù)期值。因此，必 須確保走線寬度與設(shè)計(jì)要求兼容并且在允許的容差范圍內(nèi)。跡線厚度還需要根據(jù)所需的電流容量和允許的溫升來確定。在制造中，涂層厚度通常平均為 25pm。跡線厚度等于銅箔厚度加上涂層厚度的總和。應(yīng)該注意的是，在電鍍之

6、前必須清潔 跡線表面，以便消除污染物。否則，跡線厚度可能會(huì)受到不均勻性的影響，從而影響特性阻 抗。絕緣材料的厚度 基于上面介紹的計(jì)算特征阻抗的公式，可以得出結(jié)論，特征阻抗與絕緣材料厚度的自然對(duì)數(shù) （h）成正比。此后，越大的“h”變?yōu)樵酱蟮摹癦0 ”。因此，絕緣材料厚度也是決定特征阻抗的關(guān)鍵因素。由于材料的跡線寬度和介電常數(shù)在制造之前已經(jīng)確定并且跡線厚度可以被認(rèn)為是實(shí)心值，因此通過控制層疊厚度來控制特性阻抗是主要的方法。跡線厚度與特征阻抗之間 的關(guān)系可歸納為下圖。從該圖可以看出，當(dāng)厚度增加0.025mm時(shí)，特征阻抗將改變5至8ohm。然而，在PCB制 造過程中，每個(gè)層壓板厚度的變化可能導(dǎo)致巨大的

7、變化。事實(shí)上，在制造中選擇具有不同類 型的預(yù)浸料作為絕緣材料，并且厚度可以通過預(yù)浸料的數(shù)量來確定。以微帶為例。圖3可用 于根據(jù)相應(yīng)的工作頻率確定絕緣材料的介電常數(shù)，然后可以計(jì)算出特征阻抗。然后，根據(jù)跡 線寬度和特征阻抗的計(jì)算值，圖4可用于計(jì)算絕緣材料的厚度，根據(jù)上面的圖5,示出了微帶結(jié)構(gòu)的特征阻抗比具有施加相同厚度的絕緣材料的帶狀線結(jié)構(gòu) 更高。因此，微帶結(jié)構(gòu)是高頻和高速數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)氖走x。此外，隨著絕緣材料厚度的改善， 特性也隨之增加。因此，當(dāng)涉及具有嚴(yán)格特性阻抗的高頻電路時(shí)，CCL絕緣材料厚度必須 保持通常最多10%的嚴(yán)格公差。然而，對(duì)于多層板，絕緣材料厚度也是制造參數(shù)，因此也 應(yīng)嚴(yán)格控制?？傊?，即使在跡線寬度，跡線厚度，介電常數(shù)和絕緣材料厚度方面的微小變化也會(huì)導(dǎo)致特性 阻抗的變化。除了這些因素外，它還與更多元素密切相關(guān)。因此，制造商必須充分意識(shí)到引 起特性阻抗變化的元件并調(diào)整制造參數(shù)，以使特性阻抗保持在可接受的范圍內(nèi)。P