PCBブログ - PCBボードに影響するインピーダンス因子と対策

電子業界の年間成長率は20%を超え、PCBボード業界も電子業界全体の発展傾向に従って成長する。成長率は20%を超えた。世界の電子工業の技術革命と産業構造の変化は印刷回路の発展に新しいチャンスと挑戦をもたらした。印刷回路は、電子機器の小型化、デジタル化、高周波化、多機能化に伴い発展している。電子機器における電気的相互接続であるPCBにおける金属線としては、電流の流れの有無だけの問題ではない。逆に、信号伝送路として機能します。すなわち、高周波信号と高速デジタル信号を伝送するためにPCBを電気的にテストする。回路（またはネットワーク）のオン、オフ、短絡が要求に合っているかどうかを測定するだけでなく、特性インピーダンス値が所定の合格範囲内にあるかどうかを測定する必要がある。プリント配線基板は、両方の方向が合格している場合にのみ要件を満たします。プリント基板が提供する回路性能は、信号伝送中の反射を防止し、信号の完全性を維持し、伝送損失を減少させ、整合インピーダンスの役割を果たし、それによって完全、信頼性、干渉、ノイズのない伝送信号を得ることができる必要がある。本文は実践中によく使われる表面マイクロストリップ線構造多層板の特性インピーダンス制御問題を討論した。

1.表面マイクロストリップ線と特性インピーダンス

表面マイクロストリップ線の特性インピーダンスは高く、実践に広く応用されている。その外層はインピーダンス制御された信号線表面であり、絶縁材料を介して隣接する参照表面から分離されている。

表面マイクロストリップ線構造の場合、特性インピーダンスを計算する式は、

Z 0=87/平方フィート（μr+1.41）ln[（5.98時間）/（0.8 w+t）]

Z 0：プリント配線の特性インピーダンス：

μr：絶縁材料の誘電率：

h：印刷ラインと基準平面との間の媒体の厚さ：

w：プリント配線幅：

t：プリント配線の厚さ。

2.材料の誘電率とその影響

材料の誘電率は、材料メーカーによる1 MHzの周波数での測定により決定される。メーカーによって生産される同じ材料は、樹脂含有量によって異なります。本研究では、エポキシガラスクロスを例に、誘電率と周波数変化との関係を研究した。誘電率は周波数の増加とともに低下するので、実際の用途では、材料の誘電率は動作周波数に基づいて決定されるべきである。一般に、誘電体材料中の信号の伝送速度は誘電率の増加とともに低下する平均値を使用して要件を満たすことができる。したがって、高信号伝送速度を得るためには、材料の誘電率を低下させるとともに、高特性抵抗を用いて高伝送速度を得る必要があり、高特性インピーダンスを得るためには低誘電率材料を選択する必要がある。

3.ワイヤ幅と厚みの影響

線幅は特性インピーダンスの変化に影響する主要なパラメータの1つである。線幅が0.025 mm変化すると、インピーダンス値の対応する変化は5 ~ 6μとなる。実際の生産において、インピーダンスを制御する信号線の表面に18 um銅箔を用いると、線幅の許容偏差公差は±0.015 mmとなる。制御インピーダンス変化公差が35 um銅箔である場合、許容線幅変化公差は±0.003 mmである。生産中に許容される線幅の変化によりインピーダンス値が大きく変化することがわかる。電線の幅は、設計者がさまざまな設計要件に基づいて決定します。ワイヤの搬送能力と温度上昇要件を満たすだけでなく、必要なインピーダンス値を得る必要があります。これにより、メーカーは線幅が設計要件に合致し、許容範囲内でインピーダンス要件を満たすように変化することを保証する必要があります。電線の厚さも、導体に必要なキャリア能力と許容される温度上昇に基づいて決定される。製造における使用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25 umである。リード線の厚さは銅箔の厚さとめっき層の厚さに等しい。注意しなければならないのは、めっき前の電線の表面は清潔でなければならず、残留物とトリムオイルブラックがあってはならない。このようにめっき中に銅めっきが行われないので、これは局所電線の厚さを変え、特性インピーダンス値に影響を与える。また、ブラシ板の過程では、電線の厚さを変えないように注意しなければならず、インピーダンス値が変化することになる。

4.誘電体厚（h）の影響

式（1）から分かるように、特性インピーダンスZ 0は誘電体厚の自然対数に比例するため、誘電体厚が厚いほどZ 0が大きくなるため、誘電体厚は特性抵抗値に影響するもう一つの主要な要素である。製造前に材料の線幅と誘電率が決定されているため、線厚プロセスの要件は固定値としても使用できるため、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要な手段である。特性インピーダンス値と媒体厚変化との関係が得られた。媒体厚が0.025 mm変化すると、インピーダンス値が＋5〜8μ変化する。実際の製造過程において、積層板の層厚当たりの許容変化はインピーダンス値の大幅な変化をもたらす。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、絶縁媒体の厚さはプリプレグの数に基づいて決定される。表面マイクロストリップ線を例に、対応する動作周波数における絶縁材料の誘電率を決定し、次に式を用いて対応するZ 0を計算し、その後、ユーザーが提案した線幅値と計算値Z 0に基づいて対応する誘電厚さを探し出し、次いで、選択された銅被覆積層板及び銅箔の厚さに基づいてプリプレグの種類及び量を決定する。

異なる構造の誘電体厚がZ 0に与える影響

マイクロストリップワイヤ構造の設計は、帯状ワイヤ設計と比較して、同じ誘電体厚と材料下でより高い特性インピーダンス値を有し、通常は帯状ワイヤ設計より20 ~ 40μ大きい。そのため、マイクロストリップ線構造の設計は主に高周波高速デジタル信号伝送に用いられる。同時に、特性インピーダンス値は誘電体厚の増加に伴って増加する。そのため、特性インピーダンス値が厳格に制御される高周波回路に対して、銅被覆積層板の誘電体厚誤差に対して厳格な要求を提出する。一般に、誘電体厚の変化は10%を超えてはならない。多層板にとって、媒体の厚さも加工要素であり、特に多層積層プロセスと密接に関連している場合は、厳格に制御すべきである。

5.結論

実際の生産において、リード線の幅と厚さ、絶縁材料の誘電率と絶縁媒体の厚さの微小な変化はいずれも特性インピーダンス値の変化を招き、特性インピーダンス値も他の生産要素と関係がある。そのため、特性インピーダンスの制御を実現するために、メーカーは特性インピーダンス値の変化に影響する要素を理解し、実際の生産条件を把握し、設計者の要求に基づいて各種のプロセスパラメータを調整し、変化が許容される公差範囲内になるようにしなければならない。PCBボード上で必要なインピーダンス値を取得します。