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    首頁    如何對PCB進行阻抗控制


    隨著電路設計日趨復雜和高速,如何保證各種信號(特別是高速信號)完整性,也就是保證信號質量,成為難題。此時,需要借助傳輸線理論進行分析,控制信號線的特征阻抗匹配成為關鍵,不嚴格的阻抗控制,將引發相當大的信號反射和信號失真,導致設計失敗。常見的信號,如PCI總線、PCI-E總線、USB、以太網、DDR內存、LVDS信號等,均需要進行阻抗控制。阻抗控制最終需要通過PCB設計實現,對PCB板工藝也提出更高要求,經過與PCB廠的溝通,并結合EDA軟件的使用,我對這個問題有了一些粗淺的認識,愿和大家分享。
    為了很好地對PCB進行阻抗控制,首先要了解PCB的結構:

    通常我們所說的多層板是由芯板和半固化片互相層疊壓合而成的,芯板是一種硬質的、有特定厚度的、兩面包銅的板材,是構成印制板的基礎材料。而半固化片構成所謂的浸潤層,起到粘合芯板的作用,雖然也有一定的初始厚度,但是在壓制過程中其厚度會發生一些變化。

    通常多層板最外面的兩個介質層都是浸潤層,在這兩層的外面使用單獨的銅箔層作為外層銅箔。外層銅箔和內層銅箔的原始厚度規格,一般有0.5OZ、1OZ、2OZ(1OZ約為35um或1.4mil)三種,但經過一系列表面處理后,外層銅箔的最終厚度一般會增加將近1OZ左右。內層銅箔即為芯板兩面的包銅,其最終厚度與原始厚度相差很小,但由于蝕刻的原因,一般會減少幾個um。

    多層板的最外層是阻焊層,就是我們常說的“綠油”,當然它也可以是黃色或者其它顏色。阻焊層的厚度一般不太容易準確確定,在表面無銅箔的區域比有銅箔的區域要稍厚一些,但因為缺少了銅箔的厚度,所以銅箔還是顯得更突出,當我們用手指觸摸印制板表面時就能感覺到。

    當制作某一特定厚度的印制板時,一方面要求合理地選擇各種材料的參數,另一方面,半固化片最終成型厚度也會比初始厚度小一些。下面是一個典型的6層板疊層結構:

    PCB的參數:

    不同的印制板廠,PCB的參數會有細微的差異,通過與上海嘉捷通電路板廠技術支持的溝通,得到該廠的一些參數數據:

    表層銅箔:可以使用的表層銅箔材料厚度有三種:12um、18um和35um。加工完成后的最終厚度大約是44um、50um和67um。

    芯板:我們常用的板材是S1141A,標準的FR-4,兩面包銅,可選用的規格可與廠家聯系確定。

    半固化片:規格(原始厚度)有7628(0.185mm),2116(0.105mm),1080(0.075mm),3313(0.095mm ),實際壓制完成后的厚度通常會比原始值小10-15um左右。同一個浸潤層最多可以使用3個半固化片,而且3個半固化片的厚度不能都相同,最少可以只用一個半固化片,但有的廠家要求必須至少使用兩個。如果半固化片的厚度不夠,可以把芯板兩面的銅箔蝕刻掉,再在兩面用半固化片粘連,這樣可以實現較厚的浸潤層。

    阻焊層:銅箔上面的阻焊層厚度C2≈8-10um,表面無銅箔區域的阻焊層厚度C1根據表面銅厚的不同而不同,當表面銅厚為45um時C1≈13-15um,當表面銅厚為70um時C1≈17-18um。

    導線橫截面:以前我一直以為導線的橫截面是一個矩形,但實際上卻是一個梯形。以TOP層為例,當銅箔厚度為1OZ時,梯形的上底邊比下底邊短1MIL。比如線寬5MIL,那么其上底邊約4MIL,下底邊5MIL。上下底邊的差異和銅厚有關,下表是不同情況下梯形上下底的關系。

    介電常數:半固化片的介電常數與厚度有關,下表為不同型號的半固化片厚度和介電常數參數:

    如何對PCB進行阻抗控制

    板材的介電常數與其所用的樹脂材料有關,FR4板材其介電常數為4.2—4.7,并且隨著頻率的增加會減小。

    介質損耗因數:電介質材料在交變電場作用下,由于發熱而消耗的能量稱之謂介質損耗,通常以介質損耗因數tanδ表示。S1141A的典型值為0.015。

    能確保加工的最小線寬和線距:4mil/4mil。
     

    如何對PCB進行阻抗控制

    2020年5月26日 11:45
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