《阻抗培训教材》PPT课件.ppt

1、Serve through PeopleConnect through Technology,特性阻抗控制介绍培训,Characteristic Impedance Control,Serve through PeopleConnect through Technology,内 容,一、什么是特性阻抗 二、特性阻抗种类 三、影响特性阻抗主要因素 四、特性阻抗计算软件 五、阻抗条&Polar介绍,Serve through PeopleConnect through Technology,什么是特性阻抗磁场原理,Serve through PeopleConnect through Techno

2、logy,特性阻抗： 高频讯号或电磁波在电子机器讯号传输线传输时所受到阻力，即为特性阻抗，它是指电阻、电感和电容三者对交流电流的共同阻碍作用的大小。 其符号为Zo，简称阻抗，英文为Characteristic Impedance。 阻抗控制： 指客户对板件的特性阻抗控制有要求，并且按照阻抗计算公式计算后必须采取措施控制PCB板上的阻抗位于一定的范围(公差)以内，并控制同一个网格上的阻抗是一个常数。,什么是特性阻抗特性阻抗,Serve through PeopleConnect through Technology,减少或杜绝高频信号传输过程信号的损失；避免传输信号线之间的杂讯干扰。当信号在PC

3、B导线中传输时，若导线的长度不小于信号波长的1/7时，此时的导线便成为信号传输线。对于信号传输线，若线路特性阻抗控制不当，信号(或能量)会反射(或部分反射)回来，使得信号无法传送或受到干扰。 因此，为保持传输信号的完整、可靠、精确、无干扰、无噪音，需要高精度控制特性阻抗。,阻抗控制要求愈趋严格，公司竞争愈趋激烈。当前阻抗控制公差在10%，甚至5%以内，难度相当高。,什么是特性阻抗信号传输线定义,Serve through PeopleConnect through Technology,目前在做阻抗板的ICS中，内容最多大部分停留在阻抗确认中，且大多的工程反馈中均体现“满足阻抗要求”而进行线宽

4、，线距的调整。 布线和PCB工厂之间良好的沟通，才能很好的即满足信号传输完成性要求，又有利于PCB工厂品质的稳定.,什么是特性阻抗布线Vs生产,Serve through PeopleConnect through Technology,阻抗类型： 从四种阻抗类型来看，按其控制难度从难到易依次为： 内层双线差动 外层双线差动 外层覆阻焊单线阻抗 内层单线阻抗。 在计算加工难度最大的内层双线阻抗传输线的 时候通常有如下类型：微带线和带状线，对于他们的区分，最简单的理解是，微带线只有1个参考层，而带状线有2个参考层。,阻抗分类,Serve through PeopleConnect through

5、 Technology,阻抗模型-I,Serve through PeopleConnect through Technology,阻抗模型II,Serve through PeopleConnect through Technology,例一：微带线 微带线在实际中广泛采用，其外层为控制阻抗的信号线面，它和与之相邻的基准面之间用绝缘材料隔开。,式中： Z0-导线的特性阻抗 r-绝缘材料的介电常数 h-导线与基准面之间的介质厚度 w-导线的宽度 t-导线的厚度,其计算公式：,影响特性阻抗主要因素,Serve through PeopleConnect through Technology,例二

6、：带状线 带状线是指镶嵌在两个交流地层间的薄细导线，与微带线比较，每层电路与地层的电子耦合更近，电流间的串扰会更低。,式中： Z0-导线的特性阻抗 r-绝缘材料的介电常数 h-导线与基准面之间的介质厚度 w-导线的宽度 t-导线的厚度,其计算公式：,影响特性阻抗主要因素,Serve through PeopleConnect through Technology,从上述公式及图示可以看出，影响特性阻抗的主要因素有：,众多研究表面：特性阻抗还受阻焊油墨厚度影响，各因素与阻抗的关系图如下：,影响特性阻抗主要因素总论,介电常数、,介质厚度、,导线宽度、,导线厚度等。,Serve through Pe

7、opleConnect through Technology,根据阻抗的结构图及各相关因素的公式可计算出各因素的贡献度：,设计前需要选好电路板选用的基板材料、覆铜板材（铜箔厚度）、介质层伙伴固化片的材料（介电常数）、油墨等。,介电常数,油墨厚度,介质厚度,导线宽度,导线厚度,贡献率大小,影响特性阻抗主要因素,Serve through PeopleConnect through Technology,材料的介电常数是材料在一定频率为(如1MHz)下测量确定的。不同生产厂家生产的同种材料由于其树脂含量不同而不同。,例一：环氧玻璃布的介电常数与频率变化关系如下：,图中横坐标为对数刻度，即频率变化范

8、围为0. 110000 MHz,介电常数是随着 频率的增加而减小,影响特性阻抗主要因素,介电常数:-参考,Serve through PeopleConnect through Technology,例二：不同P片介电常数随树脂含量和工作频率变化列表：:-参考,影响特性阻抗主要因素,Serve through PeopleConnect through Technology,不同结构介电常数计算原理,混合材料:-参考 对于目前使用的各种材料，不论是FR-4还是其他的特殊材料，都是由两种以上的材料混合而成的。而各种材料的相对介电常数不同，对于混合材料，各组份的电性能不能单独体现，其介电常数计算通

9、常按照其体积比加权处理。 表面微带线： r=(1V1+2V2+.+nVn)/(V1+.+Vn) （其中1、V1为某种组分材料的介电常数及其体积）,影响特性阻抗主要因素-介电常数,Serve through PeopleConnect through Technology,混压材料:-参考 混压材料各组分会保留各自的电性能，此时的总体相对介电常数不可以根据各自的体积比进行计算。 层间微带线及差分线： r =(1T2+2T1)/(T1+T2) 表面微带线及差分线： r =(T1+T2) 12/(2T1+1T2) （其中1、T1为某种组分材料的介电常数及其厚度）,影响特性阻抗主要因素,Serve t

10、hrough PeopleConnect through Technology,原因：对外层阻抗而言，绿油的介电常数(绿油后)与空气的介电常数(绿 油前)不同。,影响特性阻抗主要因素,阻焊油墨:-参考,Serve through PeopleConnect through Technology,从公式可以看出：特性阻抗Z0与介质厚度的自然对数成正比，特性阻抗值Z0会随介质厚度的增加而增加。 对于特性阻抗值严格控制的高频线路来说，对覆铜板的介质厚度的误差应提出严格要求。 在实际生产过程中，是选用不同型号的半固化片作为绝缘介质，根据半固化片的数量确定绝缘介质的厚度。,影响特性阻抗主要因素,介质厚度

11、:-参考,Serve through PeopleConnect through Technology,特性阻抗值随介质厚度的增加而增大，即使在相同介质厚度和材料下，微带线结构的设计比带状线设计具有较高的特性阻抗值，一般大20-40 。因此，对于高频和高速数字信号传输大多采用微带线结构设计。-参考！,影响特性阻抗主要因素,Serve through PeopleConnect through Technology,导线厚度依导体所要求的载流量以及允许的温升而确定。 导线厚度等于铜箔厚度加上镀层厚度。 导线厚度主要受以下一些因素的影响：,基板或敷铜箔的厚度。 前处理中的机械刷磨和微蚀刻会使铜厚变

12、薄。 电镀会使铜变厚。,影响特性阻抗主要因素线厚(铜厚),导线厚度,Serve through PeopleConnect through Technology,导线厚度越大，其特性阻抗就越小，但影响相对较小。,影响特性阻抗主要因素线厚(铜厚),Serve through PeopleConnect through Technology,从图中可看到当导线宽度改变0. 025mm 时，就会引起阻抗值相应的变化5-6。 在实际生产中如果控制阻抗的信号线面使用18 um 铜箔，可允许的导线宽度变化公差为0. 5mm。 在实际生产中如果控制阻抗的变化公差为3 um 铜箔，可允许的导线宽度变化公差为0

13、.003mm。,影响特性阻抗主要因素线宽,以表面微带线为例，阻抗值与导线宽度的关系如右图：,导线宽度,Serve through PeopleConnect through Technology,对比导线宽度和导线厚度变化对Z0的影响： 导线宽度变化对Z0的影响更为明显。如下图：,w=0.15、H=0.2、 r=4.6 T=0.05、H=0.2、r=4.6,影响特性阻抗主要因素线宽,Serve through PeopleConnect through Technology,当PCB设计完成之后，介电常数、介质宽度和导线厚度三个参数基本上就相对固定下来。而导线宽度完全是由PCB生产过程中加工出

14、来的。 生产中所允许的导线宽度变化会导致阻抗值发生很大的改变。改变和控制线宽是控制PCB特性阻抗值和变化范围的最根本途径和方法。 高频信号和高速数字信号传输的精细导线制造技术仍然是当今PCB制造的关键技术之一。,影响特性阻抗主要因素线宽,Serve through PeopleConnect through Technology,阻抗线与板件纬向关系,阻抗线与板件纬向夹角大小对外层阻抗影响较大，阻抗值随夹角增大先减小后增大，其拐点(极小值)约在10； 阻抗线与板件纬向夹角大小对内层阻抗几乎无影响。,影响特性阻抗主要因素其它,Serve through PeopleConnect through

15、 Technology,阻抗计算的2种模式： POLAR 计算软件CITS25 以及 Si6000，Si8000,CITS25,Si6000,特性阻抗计算软件,Serve through PeopleConnect through Technology,内层酸蚀 线宽的控制：据批量管制卡要求，每批板件进行首板试蚀，对首板有阻抗要求的线按设计的公差进行测量，合格再批量生产。 尽量保持匀速的蚀刻速率，降低各参数的波动范围，提高蚀刻均匀性和蚀刻因子。,评价蚀刻速率的好坏可以用蚀刻因子来进行评价： F=W/d F:蚀刻因子； d：单边侧蚀量。W：铜箔厚度 蚀刻因子越大，说明蚀刻液的侧蚀越小，有利于控制

16、精细导线的完整性、均匀性。,Serve through PeopleConnect through Technology,控制层压厚度公差，以免影响板厚均匀性和介质层厚度； 控制层压流胶，以保证coupon阻抗边条的代表性合理。 必要时，层压后需做切片验证介质层结构、厚度及公差。 室内温湿度控制。 B片切割间：R.H.50%，Temp：232 冷库： R.H.50%，Temp：232 叠板间： R.H.65%，Temp：232,Serve through PeopleConnect through Technology,使用测试COUPON有如下好处：,阻抗测试COUPON介绍,它是易于测试控

17、制阻抗的测试方法； 它并不与实际线路有关联，但能找出不正确的成品； 可采用较短的讯号传输线(一般短于150mm，通常采用86.36mm)做出精确的测试结果。,在设计coupon时需注意：,其蚀刻后之线宽是否与成形区内的线宽一致； 其摆放位置是否易因板边流胶而造成介电厚度不足； 拼板线路密度是否影响图电均匀性； 否则， coupon失去代表性。,阻抗条设计及阻抗测试仪,Serve through PeopleConnect through Technology,阻抗测试COUPON图形：,阻抗条设计及阻抗测试仪,Serve through PeopleConnect through Techno

18、logy,时域反射仪(TDR)是阻抗控制的最佳测试仪器，它容许阻抗随线路测试的调整长度而改变，以快速上升时间的脉冲仿真快速逻辑功能上的测试，任何反射的电压表示出阻抗的改变。 目前市面上的仪表有： Tektronix 11801C、 Polar CITS-500S、 HP-54750A,阻抗条设计及阻抗测试仪,阻抗测试仪介绍,Serve through PeopleConnect through Technology,Polar CITS-500S阻抗测试仪,Serve through PeopleConnect through Technology,TDR 原理,在示波器发出脉冲波后，同时接收其反射波， 然后将此两种脉冲对比分析，从反射能量的大小得出 阻抗值；TDR输出信号到测试条，通过反射信号同自身发出信号进行“比对”进行