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La rivoluzione tecnologica e i cambiamenti strutturali industriali nell'industria elettronica mondiale stanno portando nuove opportunità e sfide allo sviluppo dei circuiti stampati. Con lo sviluppo della miniaturizzazione, della digitalizzazione, dell'alta frequenza e della multifunzionalità delle apparecchiature elettroniche, i circuiti stampati a PCB, come i cavi metallici nelle interconnessioni elettriche delle apparecchiature elettroniche, non sono solo una questione di flussi di corrente o no, ma servono anche come linee di trasmissione del segnale. effetto.
Cioè, per la prova elettrica del PCB utilizzato per la trasmissione di segnali ad alta frequenza e segnali digitali ad alta velocità, è necessario misurare se la continuità del circuito e il cortocircuito soddisfano i requisiti, ma anche se il valore di impedenza caratteristica è all'interno della gamma qualificata specificata. Solo se entrambe le direzioni sono qualificate, la scheda di circuito soddisfa i requisiti.
Le prestazioni del circuito fornite dalla scheda di circuito stampato devono essere in grado di prevenire i riflessi durante la trasmissione del segnale, mantenere il segnale intatto, ridurre la perdita di trasmissione e svolgere il ruolo di impedenza corrispondente, in modo che possa essere ottenuto un segnale di trasmissione completo, affidabile, accurato, senza interferenze e senza rumore. Questo articolo discute il controllo caratteristico dell'impedenza della scheda multistrato della struttura della microstriscia superficiale comunemente utilizzata nella pratica.
1. Linea di microstriscia di superficie e impedenza caratteristica L'impedenza caratteristica della linea di microstriscia di superficie è relativamente alta ed è ampiamente utilizzata in pratica. Lo strato esterno è la superficie della linea di segnale che controlla l'impedenza. È separato dal piano di riferimento adiacente con un materiale isolante. Il calcolo dell'impedenza caratteristica. La formula è:
a. Microstriscia
Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)] dove W è la larghezza della linea, T è lo spessore del rame della traccia e H è la traccia al piano di riferimento Distanza, Er è la costante dielettrica del materiale del PCB. Questa formula deve essere applicata quando 0,1<(W/H)<2,0 e 1<(Er)<15.
b. striscia
Z=[60/sqrt(Er)]ln{4H/[0.67Ï€(0.8W+T)]} dove H è la distanza tra i due piani di riferimento, e la traccia si trova nel mezzo dei due piani di riferimento. Questa formula deve essere applicata quando W/H<0,35 e T/H<0,25
Si può vedere dalla formula che i principali fattori che influenzano l'impedenza caratteristica sono (1) la costante dielettrica Er, (2) lo spessore dielettrico, (3) la larghezza del filo W e (4) lo spessore del filo di rame. Pertanto, l'impedenza caratteristica e il materiale del substrato (la relazione tra la scheda rivestita di rame) sono molto vicini, quindi la scelta del materiale del substrato è molto importante nella progettazione del PCB.
PCB ad alta frequenza
2. La costante dielettrica del materiale e la sua influenza
La costante dielettrica del materiale è determinata dal produttore del materiale ad una frequenza di 1Mhz. Lo stesso materiale prodotto da diversi produttori è diverso a causa del diverso contenuto di resina. Questo studio prende il tessuto di vetro epossidico come esempio per studiare la relazione tra la costante dielettrica e il cambiamento di frequenza.
La costante dielettrica diminuisce con l'aumento della frequenza. Pertanto, la costante dielettrica del materiale dovrebbe essere determinata in base alla frequenza di funzionamento in applicazioni pratiche. Generalmente, il valore medio può essere utilizzato per soddisfare i requisiti. La velocità di trasmissione del segnale nel materiale dielettrico diminuirà con l'aumento della costante dielettrica.
Pertanto, per ottenere un'alta velocità di trasmissione del segnale, la costante dielettrica del materiale deve essere ridotta e allo stesso tempo, è necessario ottenere un'alta velocità di trasmissione. Utilizzare un alto valore di resistenza caratteristica e un alto valore di resistenza caratteristica deve scegliere un materiale costante dielettrico basso.
3. L'influenza della larghezza e dello spessore del filo
La larghezza del filo è uno dei parametri principali che influenzano il cambiamento caratteristico dell'impedenza. La figura utilizza la linea di microstriscia superficiale come esempio per illustrare la relazione tra il valore di impedenza e la larghezza del filo. Si può vedere dalla figura che quando la larghezza del filo cambia di 0,025 mm, il valore dell'impedenza cambierà di 5-6 ohm.
Nella produzione effettiva, se viene utilizzato un foglio di rame da 18 μm per controllare l'impedenza della superficie della linea di segnale, la tolleranza consentita alla variazione della larghezza del filo è ± 0,015 mm. Se la tolleranza del cambiamento dell'impedenza di controllo è di 35 μm di foglio di rame, la tolleranza di variazione della larghezza del filo consentita è di 0,025 mm. Si può vedere che il cambiamento della larghezza del filo consentito nella produzione causerà un grande cambiamento del valore dell'impedenza. La larghezza è determinata dal progettista in base a una varietà di esigenze di progettazione. Non solo deve soddisfare i requisiti della capacità di trasporto del filo e dell'aumento della temperatura, ma deve anche ottenere il valore di impedenza desiderato.
Ciò richiede al produttore di assicurarsi che la larghezza della linea soddisfi i requisiti di progettazione durante la produzione e di cambiarla entro la gamma di tolleranza per soddisfare i requisiti di impedenza. Lo spessore del filo è determinato anche in base alla capacità di trasporto di corrente richiesta del conduttore e all'aumento di temperatura consentito.
Al fine di soddisfare le esigenze di utilizzo in produzione, lo spessore dello strato di placcatura è generalmente di 25 μm in media e lo spessore del filo è uguale allo spessore della foglia di rame più lo spessore dello strato di placcatura. Va notato che prima della galvanizzazione, la superficie del filo deve essere pulita e non ci dovrebbero essere residui e olio nero di riparazione, che causerà che il rame non venga placcato durante la galvanizzazione, che cambierà lo spessore del filo locale e influenzerà il valore caratteristico dell'impedenza. Inoltre, devi essere attento nel processo di spazzolatura; non cambiare lo spessore del filo come causa il valore di impedenza per cambiare.
4. L'influenza dello spessore medio
Si può vedere dalla formula che l'impedenza caratteristica è proporzionale al logaritmo naturale dello spessore dielettrico. Pertanto, si può vedere che più spessore è lo spessore dielettrico, maggiore è il valore di impedenza, quindi lo spessore dielettrico è un altro fattore principale che influenza il valore di resistenza caratteristica. Poiché la larghezza del filo e la costante dielettrica del materiale sono stati determinati prima della produzione, i requisiti del processo di spessore del filo possono anche essere utilizzati come valore fisso, quindi il controllo dello spessore del laminato (spessore dielettrico) è il metodo principale per controllare l'impedenza caratteristica nella produzione.
Dalla figura si può trarre la relazione tra il valore dell'impedenza caratteristica e il cambiamento dello spessore dielettrico. Si può vedere dalla figura che quando lo spessore del mezzo cambia di 0,025mm, causerà un corrispondente cambiamento nel valore di impedenza di +5-8 ohm. Nel processo di produzione effettivo, il cambiamento consentito dello spessore di ogni strato farà cambiare notevolmente il valore dell'impedenza. Un grande cambiamento. Nella produzione effettiva, come mezzo isolante vengono selezionati diversi tipi di prepreg e lo spessore del mezzo isolante viene determinato in base al numero di prepreg.
Prendiamo come esempio la linea di microstrisce superficiali: fare riferimento alla foto durante il processo di produzione. Determinare la costante dielettrica del materiale isolante alla corrispondente frequenza di funzionamento, e quindi utilizzare la formula per calcolare il corrispondente valore di impedenza, e quindi secondo il valore di larghezza del filo e il valore di impedenza proposto dall'utente, trovare il corrispondente spessore dielettrico attraverso il grafico, e poi secondo il selezionato Lo spessore del laminato rivestito di rame e della foglia di rame determina il tipo e il numero di prepreg.
Si può vedere dalla figura che la progettazione della struttura della linea a microstriscia ha un valore di impedenza caratteristica più alto rispetto alla progettazione della linea a striscia sotto lo stesso spessore dielettrico e materiale, generalmente 20Ω-40Ω. Pertanto, la struttura della linea a microstriscia è utilizzata principalmente per la trasmissione di segnali digitali ad alta frequenza e ad alta velocità. Allo stesso tempo, il valore di impedenza caratteristica aumenterà con l'aumento dello spessore del mezzo.
Pertanto, per i circuiti ad alta frequenza con valori di impedenza caratteristica strettamente controllati, devono essere posti rigorosi requisiti sull'errore dello spessore dielettrico del laminato rivestito di rame. In generale, lo spessore dielettrico del laminato rivestito di rame non cambia più del 10%. Per la scheda multistrato, lo spessore dielettrico è ancora un processo. Anche i fattori, in particolare strettamente legati alla lavorazione della laminazione a strati multipli, devono essere strettamente controllati.
Nella produzione effettiva, un lieve cambiamento nella larghezza e nello spessore del filo, nella costante dielettrica del materiale isolante e nello spessore del mezzo isolante causerà il cambiamento dell'impedenza caratteristica.
Inoltre, l'impedenza caratteristica sarà anche correlata ad altri fattori di produzione, quindi per raggiungere l'impedenza caratteristica I produttori di controllo devono comprendere i fattori che influenzano il cambiamento del valore dell'impedenza caratteristica, padroneggiare le condizioni di produzione effettive e regolare ogni parametro di processo secondo i requisiti del progettista per effettuare il cambiamento all'interno della gamma di tolleranza consentita per ottenere il valore dell'impedenza desiderato.
