pcb特性阻抗的原理與應(yīng)用yantat(編輯修改稿)
2025-01-19 06:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 (四層主機(jī)板多用 2116一張作其介質(zhì)層 ) 板面的密集平行線 ,在電容電感作用下會造成串?dāng)_。除可另外加裝元件予以改善外 ,板子前後兩面應(yīng)採彼此垂直的佈線法。同一板面之密集線路還可另採階悌式斜向佈線 ,以減少平行長度消除串?dāng)_。在四面接腳的SMT大型 IC,其平行密腳之間 ,也呈現(xiàn)電感與電容的串?dāng)_ ,改成 BGA球腳封裝體後 ,在電性上自然改善很多 ! 由單一直流線路左手定則可知 ,導(dǎo)線周圍會產(chǎn)生磁場 ,一旦佈線太密則磁場會互相干擾而產(chǎn)生雜訊。若將介質(zhì)層逼薄後 ,則磁力線可導(dǎo)入大地中而得以減少雜訊 ! 13 九 .阻抗控制與製程及板材的關(guān)係 電腦在操作時(shí) ,驅(qū)動元件所發(fā)出的訊號 ,將通過 PCB傳輸線到達(dá)接受元件。該方波訊號在多層板的訊號線中傳播時(shí) ,其“特性阻抗”值必須要與頭尾元件的“電子阻抗”相匹配 ,訊號中的“能量”才會得到完整的傳輸。 一旦多層板線路品質(zhì)不良 ,特性阻抗值超出公差時(shí) ,所傳訊號的能量將出現(xiàn)反射 (Felection)、散失 (Dissipation) 、衰減 (Attenuation)或延誤(Delay)等劣化現(xiàn)象 ,嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤訊號導(dǎo)致當(dāng)機(jī) 。 唯有對 PCB板材與製程 ,多層板上的 Zo方能符合客戶所要求的允收規(guī)格。由於元件的電子阻抗愈高 ,其傳輸速率才會愈快 ,因此 PCB的特性阻抗值也要隨之提高 ,方能達(dá)到匹配元件的要求。唯有在這種觀念下所生產(chǎn)的多層板 ,才算得上高速或高頻訊號所需求的良品。不再是電性O(shè)/S Test之所能比擬 ,不良品也幾乎無法重工 ! BAI m p e d a n c eC h a n g eI n c i d e n t E n e r g yR e f l e c t e d E n e r g yT r a n s m i n e d E n e r g y 當(dāng)元件 A經(jīng)由板面線路向 B發(fā)出訊號 ,若該訊號線的線寬不均 ,造成特性阻抗值起伏變化時(shí) ,則訊號的部分能量會反彈回 A中去 ! 14 現(xiàn)以微條式 (Microstrip)的計(jì)算公式為例 ,從公式中探討特性阻抗的歐姆值 (Zo)與板材及製程的關(guān)係 : ). .(ln. tW HZo er ??? 80 98541187?r?G r o u n d p l a n eZo與板材的 ?r成反比 當(dāng)板材的相對透電率 ?r愈低時(shí) ,愈容易提高板中線路的 Zo值 ,而得與高速元件的輸出阻抗值匹配。 Zo與介厚 (H)成正比 增加介質(zhì)層厚度時(shí)會提高 Zo,但此做法不利於雜訊針對接地層之消除 ! Zo與線寬 (W)成反比 逼細(xì) W即可提高 Zo,根據(jù)長久之現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn) ,此項(xiàng)做法對 Zo的控制最為有效 。 Zo與線厚 (T)成反比 逼薄 T亦可提高 Zo,此法宜採用於正片法全板鍍銅及蓋孔蝕刻 ,乾膜蓋孔前還須精密砂帶均勻減銅 . 由以下四點(diǎn)關(guān)係看出 ,欲控制 Zo,PCB業(yè)者能施展的功力的對象僅有 W,H,T, ?r而已 ,由於 ?r的變化非常小 ,銅厚通常已指定 ,因此 H與 W的調(diào)整是最有效直接的手段 ! 15 十 .製程中控制的重點(diǎn) 底片環(huán)境須良好之無塵室 ,嚴(yán)格控管溫濕度 ,底片線路外緣須平整流暢 ,線寬須符合設(shè)計(jì)要求 ! 在大面積 Panel上妥善排版 ,增加分散電流用的假陰極 (銅點(diǎn)或銅條 ),妥善放置測試樣本的位置及排版方向 ! 提高酸性蝕銅的支撐能力 ,改善蝕刻因子 ,減少側(cè)蝕與殘足 ! AOI檢查 小心找出線路中的缺口與突出 ,對 2GHz高速訊號而言 ,即使 2MIL的缺口也必須報(bào)廢 ,不可姑息帶來後患 ! 使用真空壓合機(jī) ,降低壓力減少流膠 ,避免銅皮陵線直接壓在玻璃纖維上 ,儘量保持較多的樹脂量 ,提高“樹脂 /玻璃”之比值 (R/G比 ),抑低板材的 ?r! 削薄面銅 ,逼薄線厚 ,從選購設(shè)備上控制蝕刻因子 ,並減少線邊之殘足與銅碎銅渣 ! 裸露微銅線其表面所接觸的是 ?r為 1的空氣 ,故所測 Zo值較高 ,但防焊后所測的 Zo值將出現(xiàn) 1~3Ω的降低 ,其原因是防焊油墨的 ?r在 ,比空氣高出頗多所致 ! 完工後的多層板要儘量避免潮濕吸水 ,因水的 ?r為 75,對 Zo會帶來很大的下降與不穩(wěn)定 ! 16 十一 .阻抗設(shè)計(jì) 常見類型 ? rG r o u n d P la n e : 通常指傳輸線相對於最近的 Ground層之間的特性阻抗 ,調(diào)節(jié)的方式通常以調(diào)整線寬 W和介質(zhì)層厚度 H為主 。 : 通常指兩條傳輸線之間的特性阻抗 ,調(diào)節(jié)的方式通常以調(diào)整線寬 W與間距 S和介質(zhì)層厚度 H為主 。 w H Ground Plane S 17 十二 .阻抗設(shè)計(jì)計(jì)算軟體簡介 我們通常使用 CITS25來計(jì)算客戶的阻抗設(shè)計(jì)或是我們自行設(shè)置的測試模塊是否符合客戶的特性阻抗需求 以下即為 CITS25的作業(yè)界面 微調(diào)式 外 層 微調(diào)式 內(nèi)層 差動式 外 層 差動式 內(nèi) 層 例圖說明 註解區(qū)域 參數(shù)調(diào)校區(qū) 計(jì)算按鈕 計(jì)算結(jié)果顯示區(qū) 18 微調(diào)式 外層 介質(zhì)層厚度 防焊層厚度 成品線寬 成品線厚 介電系數(shù) 若須計(jì)算裸線阻抗用此項(xiàng) 因?yàn)?PP介電系數(shù)相差不大 ,通常使用常數(shù) ,若須精確計(jì)算 ,則請參考宏仁提供之“不同 PP組合之介電常數(shù)值”填入 ! 以底銅 ,完銅 1OZ之常例 電鍍后成品線厚通常以 ,實(shí)際之梯形線截面在粗略計(jì)算時(shí)可以忽略 ,視 W=W1,再由 W值反推工作片線寬 ! 工作片線寬 = W/ (W7) =W+2 (W7) 19 微調(diào)式 內(nèi)層 (單側(cè) ) 線寬梯形線截面在粗略計(jì)算時(shí)可以忽略 ,視 W=W1,再由 W值加 ~1MIL反推出工作片線寬 ! 線厚則以基板銅厚代入計(jì)算 介質(zhì)層總厚度 成品線寬 基板銅厚 介電系數(shù) 因?yàn)?PP介電系數(shù)相差不大 ,通常使用常數(shù) ,若須精確計(jì)算 ,則請參考宏仁提供之“不同 PP組合之介電常數(shù)值”填入 ! 傳輸線距相鄰接地層厚度 20 線寬梯形線截面在粗略計(jì)算時(shí)可以忽略 ,視 W=W1,再由 W值加 ~1MIL反推出工作片線寬 ! 線厚則以基板銅厚代入計(jì)算 因?yàn)?PP介電系數(shù)相差不大 ,通常使用常數(shù) ,若須精確計(jì)算 ,則請參考宏仁提供之“不同 PP組合之介電常數(shù)值”填入 ! 微調(diào)式 內(nèi)層 (雙側(cè) ) 介質(zhì)層總厚度 成品線寬 基板銅厚 介電系數(shù) 傳輸線距相鄰接地層厚度 21 因?yàn)?PP介電系數(shù)相差不大 ,通常使用常數(shù) ,若須精確計(jì)算 ,則請參考宏仁提供之“不同 PP組合之介電常數(shù)值”填入 ! 差動式 外層 介質(zhì)層厚度 防焊層厚度 成品線寬 成品線厚 介電系數(shù) 工作片線寬 = W/ (W7) =
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