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PCBブログ
PCBボードに影響するインピーダンス要因と対策について
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PCBボードに影響するインピーダンス要因と対策について

2022-06-08
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Author:ipcb

電子産業の年間成長率は20 %を超える、 PCBボード 産業界はエレクトロニクス産業全体の動向とともに増加する。そして、20 %以上の成長率は世界のエレクトロニクス産業における技術革新と産業構造変化は印刷回路の開発に新しい機会と挑戦をもたらす。プリント回路の微細化、デジタル化、高周波、電子機器の多機能化、電子デバイスの電気的相互接続として、現在の流れの問題ではない。代わりに、信号伝送路として働く。即ち、高周波信号と高速ディジタル信号の伝送のためのPCBの電気的試験だけでなく、特性インピーダンス値が特定の範囲内であるかどうか。これらの2つの方向が修飾されるときだけ、プリントボードは要件を満たしているか。プリント回路基板によって提供される回路性能は、信号伝送中の反射を防ぐことができなければならない信号をそのままにすれば、損失を減らす。そして、完全にそのようにインピーダンスを合わせる役割、信頼できる干渉フリー、雑音のない伝送信号が得られる。本文では、実際に使用される表面マイクロストリップ線路構造多層基板の特性インピーダンス制御の問題について論じた。


PCBボード


表面マイクロストリップ線路と特性インピーダンス

表面マイクロストリップ線路の特性インピーダンスは高く、実用上広く使用されている。外層は制御インピーダンスの信号線表面であり、絶縁材料によって隣接する基準面から分離している。

表面マイクロストリップ線路構造では、特性インピーダンスを計算する式は次のとおりである。

Z 0 = 87 / sqrt ( Counter - r + 1.41 )

印刷ワイヤの特性インピーダンスZ 0

絶縁材料の誘電率

印刷ワイヤと基準面との間の媒体の厚さ

W :プリント配線の幅

T:プリント配線の厚さ


材料の誘電率とその影響

材料の誘電率は、1 MHzの周波数で測定された材料の製造者によって決定される。異なるメーカーによって製造されるのと同じ材料は、異なる樹脂内容のために異なる。本研究では、誘電率と周波数変化の関係をエポキシガラスクロスを例として検討した。周波数が高くなるにつれて誘電率は減少するので、実際の応用では、動作周波数に応じて材料の誘電率を決定する必要がある。一般に、平均値を使用して必要な条件を満たすことができ、誘電体材料の信号の伝送速度は誘電率の増加に伴って低下する。したがって、高い信号伝送速度を得るためには、材料の誘電率を低下させなければならず、同時に、高い伝送速度を得るために高い特性抵抗を使用しなければならず、高い特性インピーダンスのために低誘電率材料を選択しなければならない。



3線幅と厚さの影響

ワイヤ幅は特性インピーダンスの変化に影響する主要パラメータの一つである。ワイヤ幅が0.025 mmで変化すると、対応するインピーダンス値の変化は5〜6アンペアとなる。実際の生産では,制御インピーダンスの信号線表面に18μm銅箔を用いた場合、ワイヤ幅の許容変動許容値は±±15 mmである。制御インピーダンス変動許容値が35μm銅箔である場合、許容ワイヤ幅変動許容値は±±0.003 mmである。ワイヤの幅は、様々な設計要件に従って設計者によって決定される。電流の容量と温度上昇の要求を満たす必要があるだけでなく、所望のインピーダンス値を得る必要がある。これは、ライン幅が設計要件および許容範囲内の変化を満たすことを確実にするために製造者にインピーダンス要件を満たすことを必要とする。電線の厚さは、導体の所要電流容量と許容温度上昇に応じて決定される。生産における使用の要件を満たすために、コーティングの厚さは一般的に平均25μmである。ワイヤ厚は、銅箔厚さとめっき厚さに等しい。電気メッキの前にワイヤの表面がきれいでなければならず、電気メッキの間に銅がメッキされないように、残留物およびトリミングオイルブラックがなく、局所配線の厚さを変えて特性インピーダンス値に影響を与えることに留意すべきである。また、板のブラッシング工程では、配線の厚さを変えないように注意し、インピーダンス値を変化させる必要がある。


誘電体厚さ(H)の影響

式(1)から、特性インピーダンスZ 0が誘電体厚さの自然対数に比例することが分かるので、誘電体厚みが厚くなるほど、Z 0が大きくなることが分かるので、誘電体厚さは特性抵抗値に影響する別の主要な要因である。材料のワイヤ幅と誘電率は、製造前に決定されているので、ワイヤ厚加工条件を一定値とすることができ、積層厚(誘電体厚)を制御することは、生産における特性インピーダンスを制御する主な手段である。特性インピーダンス値と媒体厚みの変化との関係を求めた。媒体の厚さが0.025 mmで変化すると、インピーダンス値は+5〜8σで変化する。実際の製造工程では、積層体の各層の厚さの許容ばらつきが大きいため、インピーダンス値が大きく変化する。実際の製造では、絶縁媒体として異なるタイプのプリプレグを選択し、プリプレグの数に応じて絶縁媒体の厚さを決定する。表面マイクロストリップラインを例にとり、対応する動作周波数で絶縁材料の誘電率を求め、式を用いて対応するZ 0を算出し、それに応じてユーザによって提案されたワイヤ幅値と計算値Z 0に応じて対応する誘電体厚さを求める。そして、選択された銅張積層板及び銅箔の厚さに応じてプリプレグの種類及び数を決定する。


異なる構造の誘電体厚さがZ 0に及ぼす影響

ストリップ線路設計と比較して、マイクロストリップ線路構造の設計は、同じ誘電体厚さと材料の下で、より高い特性インピーダンス値を有し、一般的には20〜40アンペアである。したがって、マイクロストリップ線路構造の設計は、高周波数および高速デジタル信号伝送のためにほとんど使用される。同時に誘電率の増加に伴い特性インピーダンス値が増加する。したがって、厳密に制御された特性インピーダンス値を有する高周波線路においては、銅張積層板の誘電体膜厚の誤差に厳しい要件を課す必要がある。一般に、誘電体膜厚の変化は10 %を超えてはならない。多層板については、特に多層積層プロセスに密接に関連する場合、媒体の厚さは処理因子であり、また、密接に制御されるべきである。


結論

実際の生産で、ワイヤーの幅と厚さのわずかな変化、絶縁材料の誘電率, そして、絶縁媒質の厚みは、特性インピーダンス値が変化する原因となる。また、特性インピーダンス値は、他の生産因子と関連する。したがって、特性インピーダンスの制御を実現するために、製造者は特性インピーダンス値の変化に影響する要因を理解しなければならない。実際の生産条件をマスターする。そして、許容許容範囲内で変化を作るために、デザイナーの要件に従って様々なプロセスパラメータを調整して、インピーダンス値を得る。PCBボード.


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