PCB Блог - Факторы импеданса, влияющие на печатных плат, и меры противодействия

Годовой темп роста электронной промышленности превысит 20%, а производство печатных плат также будет расти вместе с тенденцией всей электронной промышленности. И темп роста более 20%. Технологическая революция и изменения структуры производства в мировой электронной промышленности открывают новые возможности и вызовы для разработки печатных схем. Печатные схемы развиваются с миниатюризацией, оцифровкой, высокой частотой и многофункциональностью электронного оборудования. Поскольку электрические межсоединения в электронных устройствах — металлические провода в печатных платах, это не просто вопрос протекания тока или нет. Вместо этого он действует как линия передачи сигнала. То есть электрические испытания печатных плат на передачу высокочастотных сигналов и высокоскоростных цифровых сигналов. Необходимо не только измерить, соответствует ли требованиям включение, выключение и короткое замыкание цепи (или сети), но также и то, находится ли значение волнового сопротивления в пределах указанного квалифицированного диапазона. Только когда эти два направления квалифицированы, печатная плата соответствует требованиям. Характеристики схемы, обеспечиваемые печатной платой, должны предотвращать отражение во время передачи сигнала, сохранять сигнал неповрежденным, снижать потери при передаче и играть роль согласующего импеданса, чтобы обеспечить полную, надежную, свободную от помех и помех передачу. сигнал можно получить. В данной работе обсуждается задача управления характеристическим сопротивлением широко применяемой на практике многослойной платы с поверхностной микрополосковой структурой.

1. Поверхностная микрополосковая линия и волновое сопротивление

Волновое сопротивление поверхностной микрополосковой линии высокое и широко используется на практике. Его внешний слой представляет собой поверхность сигнальной линии с регулируемым импедансом и отделен от примыкающей эталонной поверхности изоляционными материалами.

Для структуры поверхностной микрополосковой линии формула расчета волнового сопротивления имеет вид:

Z0=87/SQRT(µr+1,41)Ã – ln[(5,98ч)/(0,8w+t)]

Z0: Волновое сопротивление печатного провода:

εr: Диэлектрическая проницаемость изоляционного материала:

h: Толщина среды между печатным проводом и опорной плоскостью:

w: ширина печатного провода:

t: Толщина печатного провода.

2. Диэлектрическая проницаемость материала и ее влияние

Диэлектрическая проницаемость материала определяется производителем материала и измеряется на частоте 1 МГц. Один и тот же материал, выпускаемый разными производителями, отличается разным содержанием смолы. В данном исследовании взаимосвязь между диэлектрической проницаемостью и изменением частоты изучалась на примере эпоксидной стеклоткани. Диэлектрическая проницаемость уменьшается с увеличением частоты, поэтому в практических приложениях диэлектрическую проницаемость материала следует определять в соответствии с рабочей частотой. Как правило, для удовлетворения требований можно использовать среднее значение, а скорость передачи сигнала в диэлектрическом материале будет уменьшаться с увеличением диэлектрической проницаемости. Поэтому для получения высокой скорости передачи сигнала необходимо уменьшить диэлектрическую проницаемость материала, и в то же время для получения высокой скорости передачи необходимо использовать высокое характеристическое сопротивление, а материал с низкой диэлектрической проницаемостью должен быть выбирают из-за высокого волнового сопротивления.

3. Влияние ширины и толщины проволоки

Ширина провода является одним из основных параметров, влияющих на изменение волнового сопротивления. При изменении ширины провода на 0,025 мм соответствующее изменение значения импеданса составит 5~6 Ом. В реальном производстве, если для поверхности сигнальной линии контрольного импеданса используется медная фольга толщиной 18 мкм, допустимый допуск на изменение ширины провода составляет ±0,015 мм. Если допустимое отклонение управляющего импеданса составляет 35 мкм из медной фольги, допустимое отклонение ширины провода составляет ±0,003 мм. Можно видеть, что изменение ширины проволоки, разрешенное в производстве, приведет к значительному изменению значения импеданса. Ширина проволоки определяется проектировщиком в соответствии с различными конструктивными требованиями. Он не только должен соответствовать требованиям по токопроводящей способности и повышению температуры провода, но и получить желаемое значение импеданса. Это требует от производителя обеспечения того, чтобы ширина линии соответствовала проектным требованиям и изменялась в пределах допустимого диапазона для удовлетворения требований к импедансу. Толщина провода определяется также по требуемой токопроводящей способности проводника и допустимому превышению температуры. Чтобы соответствовать требованиям использования в производстве, толщина покрытия обычно составляет в среднем 25 мкм. Толщина проволоки равна толщине медной фольги плюс толщина покрытия. Следует отметить, что перед гальванопокрытием поверхность провода должна быть чистой, а также не должно быть остатков и обрезков масла черного цвета, чтобы медь не гальванизировалась во время гальванопокрытия, что изменит толщину местного провода и повлияет на волновое сопротивление. ценность. Кроме того, в процессе очистки платы щеткой вы должны быть осторожны, чтобы не изменить толщину проволоки и не вызвать изменение значения импеданса.

4. Влияние толщины диэлектрика (h)

Из формулы (1) видно, что волновое сопротивление Z0 пропорционально натуральному логарифму толщины диэлектрика, поэтому видно, что чем больше толщина диэлектрика, тем больше Z0, поэтому толщина диэлектрика является еще одним основным фактором влияет на характеристическое значение сопротивления. Поскольку ширина проволоки и диэлектрическая проницаемость материала были определены перед производством, технологические требования к толщине проволоки также могут использоваться в качестве фиксированного значения, поэтому контроль толщины ламината (толщины диэлектрической проницаемости) является основным средством контроля характеристического импеданса в производство. Получена зависимость между величиной волнового сопротивления и изменением толщины среды. Изменение толщины среды на 0,025 мм вызовет соответствующее изменение значения импеданса от +5 до 8 Ом. В реальном производственном процессе допустимое изменение толщины каждого слоя ламината приведет к большому изменению значения импеданса. В реальном производстве в качестве изолирующей среды выбираются различные типы препрегов, а толщина изолирующей среды определяется в зависимости от количества препрегов. Возьмите в качестве примера поверхностную микрополосковую линию, определите диэлектрическую проницаемость изоляционного материала на соответствующей рабочей частоте, затем используйте формулу для расчета соответствующего Z0, а затем узнайте соответствующую толщину диэлектрика в соответствии со значением ширины провода и рассчитанным значение Z0, предложенное пользователем. , а затем определить тип и количество препрегов в соответствии с толщиной выбранного омедненного ламината и медной фольги.

Влияние толщины диэлектрика различных структур на Z0

По сравнению с полосковой конструкцией, конструкция микрополосковой линейной структуры имеет более высокое значение характеристического импеданса при той же толщине диэлектрика и материале, который обычно на 20-40 Ом больше. Поэтому конструкция микрополосковой линейной структуры в основном используется для передачи высокочастотных и высокоскоростных цифровых сигналов. В то же время значение волнового сопротивления будет увеличиваться с увеличением толщины диэлектрика. Поэтому для ВЧ линий со строго контролируемыми значениями характеристического сопротивления должны предъявляться жесткие требования к погрешности толщины диэлектрика омедненного ламината. Вообще говоря, изменение толщины диэлектрика не должно превышать 10 %. Для многослойных плат толщина носителя также является фактором обработки, особенно когда она тесно связана с процессом многослойного ламинирования, поэтому она также должна тщательно контролироваться.

5. Вывод

В реальном производстве небольшие изменения ширины и толщины провода, диэлектрической проницаемости изоляционного материала и толщины изолирующей среды вызовут изменение значения характеристического импеданса, а значение характеристического импеданса также будет связано с другими параметрами. факторы производства. Следовательно, чтобы реализовать контроль характеристического импеданса, производитель должен понимать факторы, влияющие на изменение значения характеристического импеданса, управлять фактическими условиями производства и регулировать различные параметры процесса в соответствии с требованиями проектировщика, чтобы сделать изменяться в пределах допустимого диапазона допуска. Чтобы получить желаемое значение импеданса на печатных плат.