PCB阻抗值因素与计算方法

PCB阻抗设计和计算概述特性阻抗的定义什么是特性阻抗(CharacteristicImpedance，Z0 )电子设备的传输信号线中，高频信号在传输线路中传播时所受到的电阻被称为特性阻抗的阻抗、电容阻抗、电感等，不仅是单纯的直流“欧姆电阻”。通常，阻抗(z )被定义为当提供特定频率的交流电时装置或电路受到的总电阻.简单地说，在具有电阻、电感和电容器的电路中，给交流带来的阻碍作用叫阻抗。设计阻抗的目的随着信号传输速度的急剧提高和高频电路的广泛应用，对印刷电路板也提出了很高的要求。 印刷电路板所提供的电路性能，除非信号完全，降低传输损耗，并用作匹配阻抗，以防止信号在传输期间引起反射现象，否则，不能获得完全、可靠性、准确、无噪声的传输信号。阻抗匹配在高频设计中很重要，阻抗匹配的有无关系到信号质量的优劣。 阻抗匹配的目的是传输线路上的所有高频微波信号到达负载点，信号不反射到原点。因此，在有高频信号传输的PCB基板中，特性阻抗的控制特别重要。选择板材类型，完成高频线路或高速数字线路的PCB设计后，确定了特性阻抗值，但在实际预期的特性阻抗值或实际控制预期的特性阻抗值的范围内，只能通过PCB生产过程的管理和控制来实现。从PCB制造的观点来看，阻抗和重要因素主要如下-线粗(w )-线间隔(s )、-线的粗细(t )、介质厚度(h )介质常数(Dk )r相对介电常数(原称Dk介电常数)对白容生成有研究和专门解释。注：实际上阻焊剂也会影响阻抗，但由于阻焊剂层粘贴在介质上，因此介电常数增大，如果使其恢复到介电常数的影响，则阻抗值相应地减少4%如上图所示-Z0与线宽w成反比，线宽越大，Z0越小-Z0与铜的厚度成反比，铜的厚度越厚，Z0越小z0与介质的厚度成比例，介质的厚度越厚，z0越大-Z0与介电常数的平方根成反比，介电常数越大，Z0越小。1、介质厚度：-是影响阻抗值的最主要因素若增加电介质厚度，则能够提高阻抗，若减小电介质的厚度，则能够降低阻抗不同的半固化片有不同的橡胶含量和厚度。 其压接后的厚度与压力机的平坦性、压力机的程序有关对于所使用的任何板材，取得其可生产介质层的厚度，有利于设计计算，设计、压板控制、材料公差是介质厚度控制的关键2 .线宽：增加线宽会减小阻抗，减少线宽会增加阻抗。线宽控制，如果不在/-10%的公差内，就不能满足阻抗控制的要求信号线的间隙影响整个测试波形，其单点阻抗高，整个波形变得不均匀，阻抗线不允许辅助线，间隙不得超过10%线宽主要由蚀刻控制来控制。 为了保证线宽，根据蚀刻侧蚀刻量、光描绘误差、图案转移误差，对工艺膜进行工艺补偿，满足线宽的要求3、线厚(线路铜厚):减小线厚可以增大阻抗，增大线厚可以减小阻抗线的厚度可以通过图案电镀或选择相应厚度的基材铜箔来控制。铜的厚度控制要求均匀性，在细线、孤立的线板上加入分流块，使电流平衡，防止线上铜的厚度不均匀，影响阻抗在cs和ss面的铜的分布极端不均匀的情况下，使板交叉，使两面的铜的厚度均匀4 .介电常数：可以通过增加介电常数来减小阻抗，可以通过减小介电常数来增加阻抗，并且介电常数主要由材料来控制。不同板材的介电常数不同，与使用的树脂材料有关： FR4板材的介电常数为3.94.5，随着使用频率的增加而减少，聚四氟乙烯板材的介电常数在2.23.9之间为了得到高信号传输，需要高阻抗值，低介电常数5、阻焊剂的厚度：印刷阻焊剂后，外层的阻抗减少。 通常，印刷一次电阻焊接，一侧降低2欧姆，差分降低8欧姆，印刷两次，印刷一次就变成2倍，印刷三次以上，阻抗值不变。各参数的影响度阻抗设计中考虑的其他因素线宽是否满足电流要求层叠结构是否合理信号层间的相互干扰布线密度的大小板材及预浸料形式的选定层间介质的厚度是否满足加工要求最终板厚是否能满足客户的要求本公司主要使用的阻抗设计软件是Polar-Si8000这个软件包含了共计93种阻抗计算模式.设计中常用的模式有6种，外层选择无限制焊接复盖模式外层差动自由焊接模式h1:从阻抗线到其基准层高度er1 :层间介质介电常数w1 :下划线宽度w2 :上线宽度s1:线间隔t1 :铜厚度内层邻接层屏蔽模式其中W1、W2、S1、T1与前面相同这个模式的关键是填写正确的H1h1和H2的共同点：都是介质的厚度H1和H2不同：芯基板和半固化片的厚度不同的情况下，H1和H2的值的填写是否正确是重要的蚀刻液流动核心胶片wW12系列H1曝光显影后退膜蚀刻如上述图所示，生产中的蚀刻液与铜表面充分接触，但与下方接触相对较弱，因此蚀刻的线宽为梯形，为W1W2由图可知，由于底线宽度W1接触的介质是芯板，因此阻抗计算软件中的H1的值是芯板的厚度，Er1、Er2是对应的介质的介电常数不含铜箔厚度板材(H/H、1/1、2/2、H/1 )0.10毫米0.36毫米0.13毫米0.41毫米0.15毫米0.45毫米0.18毫米0.51毫米0.21毫米0.60毫米0.25毫米0.71毫米0.30毫米0.80毫米包括铜箔厚度板材(H/H、1/1、2/2、H/1 )0.8毫米1.0毫米1.1毫米1.2毫米1.3毫米1.4毫米1.5毫米1.6毫米1.8毫米1.9毫米2.0毫米2.5毫米3.0毫米3.2毫米注： H/H、1/1、2/2的核心基板两面的铜箔厚度分别表示为0.5Oz、1Oz、2Ozh/1将芯基板两面铜箔的厚度分别设为0.5Oz和1Oz1.1一般FR4的半固化片参数类别半硬化片型1061080331321167628Tg170理论实际厚度(mm )0.05130.07730.10340.11850.1951年介电常数3.63.653.853.954.2N4000-13战斗机(2113 0.1054 )理论实际厚度(mm )0.06630.08410.09960.13510.2019介电常数3.73.73.73.73.7IT180A、S1000-2B理论实际厚度(mm )0.05950.07320.10420.12250.2043介电常数3.93.954.154.254.51.2介电层的厚度和介电常数(与利益同等材料) :类别核心板毫米0.0510.0750.1020.130.150.180.210.250.360.510.710.8米尔23.045.15.97.08.271014.52028UR 31.5Tg17 0介电常数3.63.653.953.953.654.23.953.954.24.14.24.2IT180AS1000- 2介电常数3.93.954.254.253.954.54.254.254.54.44.54.5注：多种预浸料组合的介电常数取其算术值。 板厚精度：由材料实测厚度，由电阻设计计算层叠厚度和层间电介质层厚度时，由材料的实际厚度和线路分布率计算。下表是常用高TG FR4预浸料在不同条件下的厚度值(mil )，其中电地层的布线率仅参考75%，信号层参考25%，实际应用布线分布率计算。介质厚度PP模型PP公称厚度0.5ozCopper/GndGnd/GndCopper/SignalGND/signalSignal/Signal根据流浆的填充厚度-0.160.320.480.640.961062.342.182.021.861.71.3810802.882.722.562.42.231.9233134.13.943.783.623.453.1421164.824.664.54.344.183.8676288.047.887.727.567.397.08介质厚度PP模型PP公称厚度1oo！ zCopper/GndGnd/GndCopper/SignalGND/signalSignal/Signal根据流浆的填充厚度-0.310.620.931.241.861062.342.031.721.411.10.4810802.882.572.261.951.641.0233134.13.793.483.172.862.2421164.824.514.23.893.582.9676288.047.737.427.116.86.18计算阻抗时，请使用将冻结考虑在参数-FR4安全薄板上的实际厚度计算方法类型1 :核心基板与铜箔间(单面填料)类型2 :内层核心基板间(双面填料)类型1 :实测厚度=理论厚度-铜厚度*(1-残铜率)(表层的残铜率为100%，光板残铜率为0 )类型2 :实测厚度=理论厚度-铜厚1*(1-残铜率1)-铜厚2*(1-残铜率2 )阻抗计算涉及参数-内外层铜的厚度和线宽公称铜规格(um )183570内层计算铜厚T(mil )0.651.252.56外层计算铜厚T(mil )2.22.94.2铜很厚上线宽度(mil) W2下划线宽度(mil) W1线间距离(mil) S1内层18umW0-0.1W0S0内层35umW0-0.4W0S0内层35umW0-1.2W0S0外层18umW0-0.6W0 0.7S0-0.7外层35umW0-0.9W0 0.9S0-0.9上表中的参数为阻抗计算时的铜厚T1和上、下划线宽度的取法w0和S0分别代表客户的设计线宽和线宽与阻抗计算相关的参数我公司在设计阻抗时采用不垄断阻焊模式，但实际上阻焊剂对外层阻抗有影响，而且客户要求阻抗控制的线通常是垄断阻焊剂，因此我公司的技术在生产试验中阻焊剂是外层阻焊剂阻抗计算值Z0(包复层阻焊剂)=Z1(无包复层阻焊剂) *0.9 3.2举个例子Z0=50Ohm阻抗是必需的Z1=(50-3.2 )/0.9=52欧元Z1设置为SI8000软件的计算值。1 .特殊范围阻抗值计算公式： a .单端阻抗值要求40欧姆外层布线(阻抗线路盖阻焊剂)单端电阻=SI8000软件(无阻焊剂模式)计算值-1.5欧元外层布线(阻抗线不复盖阻焊剂)单端阻抗=SI8000软件(不复盖阻焊剂的模式)计算值b .差分阻抗值要求120欧姆外层布线(阻抗线路盖阻焊剂)差动阻抗=SI8000软件(无阻焊图案)计算值-8.0欧外层线路(无阻抗线阻焊图案)差分阻抗=SI8000软件(无阻焊图案)计算值2 .双面板差动阻抗a .介质厚度1.0mm :根据客户要求阻抗-5欧姆(根据客户