阻抗制作培训教材

,阻抗资料制作培训教材,课程大纲,1,3,4,2,阻抗简介,影响阻抗因素,阻抗计算,阻抗条制作,阻抗检测与管控,5,一、阻抗简介,什么是阻抗？,指在某一频率下，信号或交流电在对应参考层（指相邻的电源或接地层）回路中传输时，所遇到的电阻，电感及电容等阻碍作用的总和叫阻抗（阻抗参考层是为了给信号提供回流路径，也有电磁屏蔽作用）,一、阻抗简介,为什么要控制阻抗？,计算机、通信系统、视频系统和网络系统等领域的数字系统开发人员正面临着越来越快的时钟频率和数据速率，随之，信号完整性变得越来越重要。在当前的高工作速率下，影响信号上升时间、脉宽、时序、抖动或噪声内容的任何事物都会影响整个系统的性能和可靠性。为保证信号完整性，必须了解和控制信号经过的传输环境的阻抗。阻抗不匹配和不连续会导致反射，增加系统噪声和抖动，在整体上降低信号的质量,信号传输示意图,信号传输原理图,一、阻抗简介,阻抗线构成三要素,一、阻抗简介,阻抗匹配三要素,一、阻抗简介,阻抗分类,特性阻抗差分阻抗特性共面（奇模阻抗）差分共面（偶模阻抗）,一、阻抗简介,什么是特性阻抗？,又称单线或单端阻抗，指高频讯号或电磁波在线路上传输时，因受到线路本身的介电常数及介电层厚度等因素的阻力,一、阻抗简介,又称差动阻抗，指两根线宽相同且平行设计的线路所测得的阻抗,什么是差分阻抗？,一、阻抗简介,什么是共面阻抗？,指阻抗线与所在层铜面阻抗并联之和的阻抗，分特性共面与差分共面阻抗,一、阻抗简介,什么是阻抗参考层？,阻抗参考层是为了给信号提供回流路径，并起电磁屏蔽作用，故一般参考层都是电源层(vcc)或接地层（gnd),也就是说阻抗线所对应的参考层必须是铜皮覆盖,此类阻抗线无法管控阻抗,此类阻抗线可以管控阻抗,二、影响阻抗因素,线宽&线距(W1&S1),线宽与阻抗成反比，线宽越大，阻抗越小,线距与阻抗成正比，线距越大，阻抗越大,蚀刻后线路一般为梯形，测量线宽一般测量线的底部即W1,线顶W2根据铜厚来计算（每个厂家蚀刻能力不同，会略有差别），如下图,阻抗线蚀刻公差：线宽小于4mil的按+/-0.4mil管控，大于4mil小于10mil的按+/-10%管控，大于10mil的按+/-1mil管控,二、影响阻抗因素,铜厚与阻抗成反比，铜厚越厚，阻抗越小,铜厚(T1),内层铜厚:Hoz按0.6mil计算1oz按1.2mil计算2oz按2.4mil计算,外层铜厚:按最小完成铜厚+0.2mil计算，如：Hoz底铜，完成铜厚1oz（最小1.3mil),那么就按1.3+0.2=1.5mil来计算,二、影响阻抗因素,绿油厚度（C)&绿油介电常数(CEr),基材绿油厚度C1按1.2mil计算线面绿油厚度C2按0.6mil计算线间绿油厚度C3按1.2mil计算绿油介电常数按3.4计算,绿油与阻抗成反比，绿油越厚，阻抗越小,绿油介电常数与阻抗成反比，介电常数越大，阻抗越小,注：绿油厚度及绿油介电常数因每个厂家使用的油墨型号及丝印方法不一样，故每个厂家参数有所不同,二、影响阻抗因素,介电层厚度（H)&基材/PP介电常数(Er),介电层厚度与阻抗成正比，介电层越厚，阻抗越大,基材/PP介电常数与阻抗成反比，介电常数越大，阻抗越小,注：1.介电层厚度也就是基材或PP压合后厚度2.基材/PP介电常数一般板料供应商都有提供，但每个PCB厂都会根据实板阻抗值，反推一个合理的介电常数值，故每个厂家参数有所不同3.针对高频板，建议直接按供应商的介电常数计算4.普通FR4板料介电常为4.3左右，铁氟龙（PTFE）板料2.2-2.5左右,三、阻抗计算,常用阻抗计算软件,Polar是英国一家专业生产阻抗测试仪的厂商，由该公司开发的PolarSi9000是目前行业使用最广泛的阻抗模拟软件,与之相配套的CITS900S4阻抗测试仪是目前行业比较知名的阻抗测试仪之一,公差最大最小,三、阻抗计算,阻抗计算实例讲解,阻抗要求：1.L1L6REFL53.L3&L4线宽4.5MIL控制阻抗50hm+/-10%,L3&L4REFL2&L54.L3&L4线宽线距4/4MIL控制阻抗80hm+/-10%,L3&L4REFL2&L55.L4线宽4.5MIL控制阻抗50hm+/-10%,L4REFL3&L56.L1线宽12MIL控制阻抗50hm+/-10%,L1REFL37.L1线宽6MIL,阻抗线到地铜10MIL控制阻抗50ohm+/-10%,L1REFL28.L1线宽4/4MIL,阻抗线到地铜10MIL控制阻抗85ohm+/-10%,L1REFL2六层板叠构：,三、阻抗计算,阻抗计算实例（外层特性),1.L1L6REFL5,*H1为L1-L2,L6-L5层介电层厚度*Er1为L1-L2,L6-L5层PP介电常数*W1为调整后的线宽底部*W2为调整后的线宽顶部*T1为成品铜厚中值*C1为基材绿油厚度*C2为线面绿油厚度*CEr为绿油介电常数*Z0为计算的理论阻抗值,三、阻抗计算,阻抗计算实例（外层差分）,2.L1L6REFL5,*H1为L1-L2,L6-L5层介电层厚度*Er1为L1-L2,L6-L5层PP介电常数*W1为调整后的线宽底部*W2为调整后的线宽顶部*S1为调整后的线距*T1为成品铜厚中值*C1为基材绿油厚度*C2为线面绿油厚度*C3为线间绿油厚度*CEr为绿油介电常数*Z0为计算的理论阻抗值,三、阻抗计算,阻抗计算实例（内层特性隔层参考）,3.L3&L4线宽4.5MIL控制阻抗50hm+/-10%,L3&L4REFL2&L5,*H1为L2-L3或L4-L5层基板厚度*Er1为L2-L3或L4-L5层基板介电常数*H2为L3-L5或L2-L4层基板+pp+铜厚总厚度*Er2为L3-L5或L2-L4层介电常数*W1为调整后的线宽底部*W2为调整后的线宽顶部*T1为成品铜厚中值*Z0为计算的理论阻抗值,三、阻抗计算,阻抗计算实例（内层差分隔层参考）,4.L3&L4线宽线距4/4MIL控制阻抗80hm+/-10%,L3&L4REFL2&L5,*H1为L2-L3或L4-L5层基板厚度*Er1为L2-L3或L4-L5层基板介电常数*H2为L3-L5或L2-L4层基板+pp+铜厚总厚度*Er2为L3-L5或L2-L4层介电常数*W1为调整后的线宽底部*W2为调整后的线宽顶部*T1为成品铜厚中值*Z0为计算的理论阻抗值,三、阻抗计算,阻抗计算实例（内层邻层参考）,5.L4线宽4.5MIL控制阻抗50hm+/-10%,L4REFL3&L5,*H1为L4-L5层基板厚度*Er1为L4-L5层基板介电常数*H2为L3-L4+L4层铜厚总厚度*Er2为L3-L4层介电常数*W1为调整后的线宽底部*W2为调整后的线宽顶部*T1为成品铜厚中值*Z0为计算的理论阻抗值,三、阻抗计算,阻抗计算实例（隔层参考）,6.L1线宽12MIL控制阻抗50ohm+/-10%,L1REFL3,*H1为L1-L3层介电层厚度（包含L2层铜厚）*Er1为L1-L3层介电常数*W1为调整后的线宽底部*W2为调整后的线宽顶部*T1为成品铜厚中值*C1为基材绿油厚度*C2为线面绿油厚度*Cer为绿油介电常数*Z0为计算的理论阻抗值,三、阻抗计算,阻抗计算实例(共面特性）,7.L1线宽6MIL,阻抗线到地铜10MIL控制阻抗50ohm+/-10%,L1REFL2,*H1为L1-L2层介电层厚度*Er1为L1-L2层介电常数*W1为调整后的线宽底部*W2为调整后的线宽顶部*D1为调整后线到铜的距离*T1为成品铜厚中值*C1为基材绿油厚度*C2为线面绿油厚度*Cer为绿油介电常数*Z0为计算的理论阻抗值,三、阻抗计算,阻抗计算实例(共面差分）,8.L1线宽4/4MIL,阻抗线到地铜10MIL控制阻抗85ohm+/-10%,L1REFL2,*H1为L1-L2层介电层厚度*Er1为L1-L2层介电常数*W1为调整后的线宽底部*W2为调整后的线宽顶部*S1为调整后的线距*D1为调整后线到铜的距离*T1为成品铜厚中值*C1为基材绿油厚度*C2为线面绿油厚度*C3为线间绿油厚度*Cer为绿油介电常数*Z0为计算的理论阻抗值,三、阻抗计算,常用阻抗计算模块（一）,内层差分,内层差分共面,内层特性,内层特性共面,三、阻抗计算,常用阻抗计算模块（二）,外层差分,外层差分共面,外层特性,外层特性共面,三、阻抗计算,常用阻抗计算模块（三）,半成品差分,半成品差分共面,半成品特性,半成品特性共面,四、阻抗条制作,阻抗条（coupon)制作要求,阻抗测试孔要求直径0.8-1.2mm阻抗测试孔孔中心到中心间距为100mil(2.54mm),A处所示一般特性阻抗2个测试孔，差分阻抗4个测试孔（我司只有2个孔的）接地孔焊盘为方形的，阻抗线连接的孔焊盘为圆形（焊盘比孔单边大0.2mm)阻抗线长度大于等于6inch(150mm)阻抗条上需标示阻抗层，参考层，阻值，线宽，线距等标识性字符（标识字符可以加在线路层也可加在字符层）上下层阻抗线叠加且中间没有地铜时需错开最少20mil阻抗线加不下时可绕线，绕线后线距需大于20mil,四、阻抗条制作,跃层参考，如L1REFL3层4MIL50OHM（L2层对应阻抗线位置掏铜皮制作），L4REFL2层4MIL50OHM等同。,阻抗条（coupon)制作要求,四、阻抗条制作,阻抗条（coupon)制作要求,四、阻抗条制作,阻抗条（coupon)制作要求,四、阻抗条制作,阻抗条（coupon)制作要求,四、阻抗条制作,阻抗条（coupon)制作要求,四、阻抗条制作,阻抗条（coupon)制作要求,四、阻抗条制作,阻抗条（coupon)制作要求,五、阻抗检测与管控,特性阻抗测试仪又称时域反射仪(TimeDomainReflectometry，简称).全球认可的测试仪有三家：英国polarCITS900S4型；美国泰克TektronixTDS8000型；Agilenc(H.P)惠普TDR2000ATE型。生产厂家多购买polar和泰克二家，研发单位多选购惠普（H.P）和泰克。POLAR机精度较低,但对静电不太敏感,而TEK机精度高,但对静电特别敏感,稍有不慎,静电会损坏测试模组,维修费用昂贵.POLAR机市场占有率较高，价格大约在20万元左右,阻抗测试议介绍,五、阻抗检测与管控,TDR基于一简单的概念：当能量沿着媒介传播时，遇到阻抗变化，就会有一部分能量反射回来，反射回的能量、注入到媒介的能量与阻抗的变化有理论上的数学关系。因而TDR测量阻抗的过程是：先向传输线发送一个上升时间很快的阶跃信号，阶跃信号将沿着传输线传输：,阻抗测试议原理,五、阻抗检测与管控,传输线中的阻抗变化将导致传播阶跃的幅度变化，使用示波器监测阶跃源输入点上的传输线信号,示波器波形将以适当的时间顺序显示入射和反射传播信号总和，然后通过数学公式计算出阻抗值。,阻抗测试议原理,五、阻抗检测与管控,PCB与阻抗精度有關之四個主要因素,其影響程度之百分比例,阻抗管控四個主要因素,上图所示，影响最大的是介质厚度（绝缘层厚度），其次是导线宽度，介质常数，最小是导线厚度。在选定基材后，Er变化很小，H变化亦小，T较易控制，而线宽W控制在10%是困难的，且线宽问题又有导线上针孔、缺口、凹陷等问题。从某种意义上说，控制Z最有效最重要的方法是调整线宽及介质厚度。,五、阻抗检测与管控,1.底片制作管理与检查-底片环境须良好之无尘室,严格控管温湿度,底片线路外缘须平整流畅,线宽须符合设计要求！2.生产线所用之板面排版设计-在大面积Panel上妥善排版,增加分散电流用的假阴极(铜点或铜条),妥善放置测试样本的位置及排版方向!3.内层板蚀刻-提高酸性蚀铜的支撑能力,改善蚀刻因子,减少侧蚀与残足!4.内层板AOI检查-小心找出线路中的缺口与突出,对2GHz高速讯号而言,即使2MIL的缺口也必须报废,不可姑息带来后患!5.压合-使用真空压合机,降低压力减少流胶,避免线路直接压在玻璃纤维上,尽量保持较多的树脂量,提高“树脂/玻璃”之比值(R/G比),抑低板材的r!6.外层蚀刻-削薄面铜,逼薄线厚,从选购设备上控制蚀刻因子,并减少线边之残足与铜碎铜渣!7.防焊-裸露微铜线其表面所接触的是r为1的空气,故所测Zo值较高,但防焊后所测的Zo值将出现13的降低,其原因是防焊油墨的r在3.2-4左右,比空气高出颇多所致!8.干燥-完工后的多层板要尽量避免潮湿吸水,因水的r为75,对Zo会带来很大的下降与不稳定!,流程关键控制点,五、阻抗检测与管控,Er=DK,介质常数Er表示某种介质电容器在真空状态下该电容器的倍数，即Er=常态下的电容器电容/真空电容器电容=c/c。通常表示出某种材料储存电能能力的大小。基板材料就是整块PCB中的一个电容器，当Er大时，储存电能能力大，电路中电信号传输速度就会变低。树脂纯度，树脂含量，树脂与玻璃布的比例，温湿度与工作频率都是影响基材Er的因素。FR4为溴化环氧树脂玻璃布覆铜板（阻燃），在1MHZ测试时环氧Er为3.5，玻璃布Er为6.5；当树脂含