PCB阻抗制作过程控制

1、阻抗制作过程控制一目的：自进入信息时代以来，信号传输高频化和高速数字化的发展是极快的其应用也越来越广泛, 当今的互联网、物联网、云计算，到即将岀现的"3 4.0"（中国版为 冲国制造2025"） 等的工业技术和信息技术,都需要信号传输（或处理）高频化或高速数字化。如何保证各种 信号完整性，也就是保证信号质星,成为难题,此时,需要借助传输线理论逬行分析，控制 信号线的阻抗匹配成为关键。二、阻抗介绍：1.信号完整性在信号在传输过程中，会因为阻抗问题导致损耗或失真，影响传输效果。信号传输图 见图1所示。图1信号传输眼图2阻抗模块介绍常见的阻抗要求（差分阻抗&特性

2、阻抗），及对应的阻抗线克、线距、介质层、应用， 如表1、表2。表1差分阻抗要求要求线釦屮n线韭伽介质层备注1200101.6203.2. 2542116110Q101.6 114.3, 127152.4. 228.6211613941000101.6-315.0101.6-228.6Core 0.08 O.lnuu网匚与时钟频率线主要：1016 114.3. 127 139.7 主要：1016114.3. 127, 139.71080211695 0101.4127114.3-289.6Coiv 0.08 nuu南北桥对接主要:101.6主要匸203.2108093 Q101.6-165.11

3、10-203.22116AXIDCPU到南桥主耍：1016 127主要:127.152.490 Q889739.489.2-1066 81080USB. SAIA. DDR3主耍 101.6 114.3. 127主要：101.6.109.5, 114.3、2116139.7127. 1397>1524. 177.8£85 Q101.6-314.9101.6-228.61080PCI-E主耍：1016. 1143. 127.139.7主要：1016、1143. 127. 139.780 Q96.5-228.6主要:127、1397. 152 1101.6 226.1 主25： 1

4、44 8、152.4、170.2108075 Q119.4-508101.6-203.21080DDRn主要：139.7. 152.4129、1397. 144872 Q165.1 203.2 2541016 1272116主要：203.2主耍：101.670 Q165.1-256.5101.6-139.71080主咙：177.8. 190.5 203 2.主要：101.6、127. 139.72113工励知科技215.9表2特性阻抗要求阻抗 要求线宽"im介质层备注阻抗 要求线宽/pm介质层备注75 096.5-11431080VGA450119.4739.41080DRAM主要:

5、121.4.1346154.9主要:127. 203.22116700101.6-152.47628420152.4-2541080主要：1016144.8.152.4主要:J52.465 Q101.6-264.22116BGA40 Q133.4-2541080主要：101,6.109.21506主要：160. 165.L 177.860 Q101.6 -218.4211637.5 Q170.2-304.81080主要：101.6.127主177.8s 190.5.193.8、1996 203.2Atl56 Q76.2-2388108037 Q177822 8.61080主翌：83.8.91.

6、4. 129.52116主更:190.555 Q78.7-289.6108036 Q1080主101,6.1272113350177.8-25410802116主要:1996 1999 203.250 Q10】41271080320241,3. 2541080主耍：1016114.3、127.2116主要:241.3152.427.4 Q3302782.6主婴：330.2、芒励渺潮刃S三、阻抗影响因素及各因子影响度3.1线宽与阻抗关系线盍与阻抗成反比，线竟越大阻抗越小，线克越小阻抗越大；线距与阻抗成正比,线 距越大阻抗越大,线距越小阻抗越小。(1 )当外层特性阻抗线克W<127pm ,线

7、克变化13pm时,阻抗变化4.1Q3Q , 当线克W在127 pm<W<254 pm时，线克变化13 pm时，阻抗变化2.7-1.8Q ;(2 )当外层差分阻抗线克W<152 pm ,线克变化13 pm时，阻抗变化6.7Q-4.3 0 ；当外层差分阻抗线克在152pm < W<254pm时,线克变化13pm时,阻抗变化 3.70-2.20 ;线距S<114 pm ,线距离变化13 pm ,阻抗变化4.1Q3.1Q ,线距 114 pm<S <152 pm ,线距离变化13 pm ,阻抗变化2.5Q2.1Q。参考图3。综 上，当阻抗线克W<1

8、52 pm时,线克偏离中值上限或偏离下限对阻抗影响度较大,如表。图2外层特性阻抗线竟与阻抗变化关系图108642A 化 awK® 化JimV"89 l(tt 114 127 140 152 165 H8 !9i 203 216 229 241 254图3外层差分阻抗线竞与阻抗变化关系图3.2介质层厚度与阻抗关系介质层厚度与阻抗成正比，介质层厚度越厚阻抗越大：介质层厚度薄厚阻抗越小。（1）当外层特性阻抗介质厚度H<127 时，介质厚度变化13 pm,阻抗变化4.2Q3.2Q； 当介质厚度127 pm<H<229 pm时，介质厚度变化lpm,阻抗变化2.92.

9、1Qo参考图4。（2）当外层差分阻抗介质厚度H<127 时，介质厚度变化13 pm,阻抗变化8.204.20； 当介质厚度127 Pm<H<178 pm时,介质厚度变化13 pm,阻抗变化3.5E2.3Q。参考图5。 综上，当介质层厚度HW5um时，介质厚度偏离中值上限或偏离下限对阻抗影响度较大，如 表4。表4线克对应阻抗变化项目外层特性阻抗外层差分阻抗线他pmWW127I27CWW254WW152152VWW254阻抗/Q4.1-32.7-1.86.7-433.7-223.3铜厚与阻抗关系铜厚T与阻抗成反比，铜厚越厚阻抗越小，铜厚越薄阻抗越大。3.4 ER值与阻抗关系材料介

10、质层常数ER值与阻抗成正比。3.5阻焊汕墨厚度与阻抗关系阻焊油墨厚度C与阻抗 成反比，油厚越厚阻抗越小，油厚越薄阻抗越大。4、材料Dk值返推探讨印制线路板加工厂在进行阻抗控制时，对影响阻抗因素：线宽、线距、铜厚、介层厚度、油 墨厚度，均可进行切片量测得出实际数值，并进行管控，但对材料的Dk在PCB中的实际值 均无法测量，只能通过供应商提供原始物料Dk作为参考，往往当阻抗测试机量测阻抗值与 实际切片软件模拟阻抗值存在差异时，我们却无从找到原因：下而的测试我们可得岀部分结 果。图4外层特性阻抗介质厚度与阻抗变化关系图5外层差分阻抗介质厚度与阻抗变化关系4.1测试板设计阻抗要求及叠构如表5.图6。表

11、5测试板阻抗设计要求阻抗线层参考层单线/差分阻抗值耍求/QL1L2单线50L3L2/L5单线L4L2/L5单金50L6L5单线50L1L2差分100L3L2/L5差分100L4L2/L5L4L2/L5差分Too 曲"层别信号参考层及结构完成厚度L1信号0. 50Z 电霰2113 RC58941.2参考平面-1 0Z5 RC10013信号12113 RC58100上 70014)fitMtsirjy cnro93U2113 RC58100L4信号L 1 0Z10015参考平面La1 0Z2113 RC5894L6信号1IE物料使用IT180A、及励知;科技图6测试板阻抗设计客构图4.2

12、阻抗测试抽取30根阻抗条进行测试：分别对阻抗条逬行阻抗测试,测试前对设备进行校正； 阻抗条设计两端测试点，取两端数据测量结果平均值；在针对每层阻抗值整体求平均 值。测试结果如表6、图7。表6阻抗测试结果阻抗要求值/Q阻抗所在泾阻抗设计值/Q测fit得平均值/Q标准馅羞Cpk（过程能力指数塚设用值羌异比例理）50L149.0947.750.781.172.7250L349.2548.30.731.51-1.9350L449.2548 310821.351.9050L649.7848.730.62.06-2.1190L490.5692.882.10.972.56100L1100.25102.912

13、.071.142.56100L310031103.851.651.24哦”100L4100.31102.562.930.85综上测试结果，阻抗线与设计值存在规律性差异，且单线与差分线也存在规律性差异。图7阻抗模块测量值偏离设计值的差分特性对比图（上线差分、卜 线单线）4.3阻抗条切片分析针对阻抗条进行切片分析，每根阻抗条分别取样两个位置，阻抗线1/3和2/3位宜，阻抗线 两个切片测量数据差异10Rm判左为异常数据，进行剔除处理，后取所有切片测试值平均值, 再将整体切片数据求平均值。外层特性线与差分线切片数据统计对比分析如表8、表7实测阻抗值与设计值的差异分析平均蛙异分折W1抗所在燧L1L3L4

14、单线9役计位¥均荃必-2.721.93-1.90世分与设计值屮均绘2.653.532.40单綾与左分与设计伉Z-ffi比例付比5.375 464.31表8外层特性线与差分袋切片数据统计对比分析（单位：貝m )主喪形响矶抗因水介硕虫肚线IWJ臥线宽中値佩移堆材阻烬feUifiiraiw设计值9156.5139.7/1094525L1持杵阳抗切片88.7765.73-13.949.1117.33L1差分頤抗切片90.15S9."-13.2352.320.42对比阻抗影响+-特性与冬分蔓异介厚居中制怦略偏呼统宽偏小肌焊油衆B&偏分析左异不大差异枚大労并不大焯楚并不大表9内

15、层（L3&L4）特性线与差分线切片数据统计对比分析（单位：Mm ）LKJ彰晌WI抗因索介（厚1导銭钢厚2线宽小他佩修设计伯1001092.730127/94内层特性阳抗切片99.0310873131.57."内层差分阻抗切斤100.2 110893十29.733.9特性与差分差异1.22.63-1.763.89分析介妙居小钢哼略偏厚线宽偸小垄汗不大垂升较大整斤不大差歼个犬通过切片数据中影响阻抗的所有主要参数都没有显著差异，自然我们想到特性阻抗和 差分阻抗的有效Dk反推，看看两者差异有多大。我们利用切片数据的平均值以及阻 抗模块的呈测平均值来做计算以预期结果具有统计学意义。Dk

16、值反推L1特性阻抗实测平均值47.7 ,反推介质有效Dk为4.6 ; L3/4特性阻抗 实测平均值48.3反推混合介质有效Dk为4.5 （图8 ）。M, I nwc屮 1125 7*7 S 999M3I wnocCl | 491000 ( 173000 g340002© I4?T5s I 44»)池 |lW30Os finzooo71 (1081000I 99OXD卄 | J1WOO图8特性阻抗Dk值反推结果L1差分阻抗实测平均值102.9反推介质有效Dk为4.05： L3/4差分阻抗实测平均值103.2反 推混合介质有效Dk为4.1 （图9、图10）。H1CilUHW2

17、° n ci uC3$V® 佰 SLtfYlMd"I 001500« UXlI rnsw 宙 2000 r 53 MOOI 52.3000'、51556I ioTwNdnH1 (1002350 tn |wafQ2 |T5S55| SO 1000W2 rBWOO s, g4000 T, | 29 70002dM I 10)20图9差分阻抗Q值反推结果项目转性阻抗墓分阻杭特性与墓分蹇异”层设计考Dkfll外 ssmDkifl4.05整分対应看效Dk小约0.5内层设计穆考Dkffli （樓取尊效）4.194.19内层反推Didi4.5矗分对应旁效Dk小约0.4图10计算以与供应商提供£值差异对比图从以上结果可以看出，同一介质环境下的特性阻抗和差分阻抗