Новости PCB - Влияние производства печатных плат на контроль импеданса и соответствующие решения

Чтобы учесть требования развития миниатюризации, оцифровки, высокой частоты и многофункциональности, металлические линии на печатной плате, как соединительные устройства в электронном оборудовании, не только определяют размыкание тока, но и играют определенную роль. Линия передачи сигнала. Другими словами, проверка мощности, реализованная на печатной плате, отвечающей за передачу высокочастотных сигналов и высокоскоростных цифровых сигналов, должна подтвердить, с одной стороны, размыкание, замыкание и короткое замыкание цепи. С другой стороны, следует также следить за тем, чтобы характеристическое сопротивление никогда не превышало диапазон настройки. Короче говоря, плата никогда не достигнет требуемой согласованности, если не будут выполнены два требования.

Характеристики схемы, обеспечиваемые печатной платой, должны обеспечивать отсутствие отражения при передаче сигнала. Сигналы остаются интегрированными. Уменьшите потери при передаче за счет согласования импедансов. В результате передача сигнала может быть целостной, надежной и точной без помех или шума. Теперь мы познакомимся с управлением характеристическим сопротивлением многослойных плат с микрополосковой структурой.

Рисунок 1 - Микроструктура поверхности

Поверхностные микрополоски и характеристический импеданс

Поверхностные микрополоски обладают высоким характеристическим сопротивлением и широко используются в производстве печатных плат.Сигнальная плоскость выполнена в виде внешнего слоя с регулируемым сопротивлением и изоляционного материала, используемого для отделения сигнальной плоскости от соседней опорной плоскости, что хорошо видно на изображении ниже.

Характеристический импеданс можно рассчитать по формуле:

где Z0 относится к характеристическому сопротивлению. ε - [R - диэлектрическая проницаемость изоляционного материала.h - толщина изоляционного материала между линией и плоскостью отсчета. w - ширина линии. t - толщина линии. Изображение ниже наглядно иллюстрирует значение каждого параметра.

Рисунок 2 - Параметры и значения формул

Исходя из приведенной выше формулы, можно сделать вывод, что элементы, влияющие на характеристический импеданс, включают:

A. Изоляционный материал (диэлектрическая проницаемость ε - [R).

B. Толщину изоляционного материала (h).

C. ширину линии (w).

D. Толщина линии (t).

Далее можно сделать вывод, что характеристический импеданс тесно связан с характеристиками подложки (CCL). Следовательно, при выборе материала подложки необходимо учитывать множество факторов.

Диэлектрическая проницаемость и ее влияние

Когда частота ниже 1 МГц, производители материалов измеряют диэлектрическую проницаемость материала. Из-за различий в содержании смолы даже один и тот же тип материала может отличаться друг от друга при производстве разными производителями. Возьмем в качестве примера эпоксидную стеклоткань. Взаимосвязь между диэлектрической проницаемостью эпоксидного стеклоткани и частотой можно кратко представить на следующем рисунке.

Очевидно, что диэлектрическая проницаемость уменьшается с увеличением частоты. Поэтому диэлектрическую проницаемость изоляционного материала следует определять в соответствии с рабочей частотой материала, и среднее значение может соответствовать общим требованиям. По мере увеличения диэлектрической проницаемости скорость передачи сигнала будет снижаться. Поэтому, если требуется высокая скорость передачи сигнала, диэлектрическая проницаемость должна быть снижена. Кроме того, для обеспечения высокой скорости передачи необходимо обеспечить высокий характеристический импеданс, который зависит от материалов с низкой диэлектрической проницаемостью.

Рисунок 3 - Зависимость диэлектрической проницаемости от частоты

Ширина и толщина линии

Ширина линии является одним из наиболее важных элементов, влияющих на характеристический импеданс, и на рисунке 4 ниже показана взаимосвязь между характеристическим сопротивлением и шириной линии.

Исходя из рисунка 4, можно сделать вывод, что при изменении ширины линии на 0,025 мм сопротивление впоследствии изменится на 5-6 Ом. Однако при реальном производстве печатных плат, если в качестве сигнальной плоскости для контроля импеданса выбрана медная фольга с допуском по ширине 18 мкм, допустимый допуск по ширине следа составляет ±0,015 мм. Если вы выбираете медную фольгу с допуском по ширине 35 мкм, допустимый допуск по ширине линии составляет ±0,003мм. Таким образом, изменение ширины линии приведет к значительному изменению импеданса. Ширина трассы рассчитывается проектировщиком на основе различных требований к конструкции, чтобы не только соответствовать требованиям к текущей мощности и повышению температуры, но и привести сопротивление к ожидаемому значению. Таким образом, вы должны убедиться, что ширина трассы соответствует требованиям к конструкции и находится в пределах допустимых допусков.

Толщину линии также необходимо определять исходя из требуемой мощности по току и допустимого повышения температуры. При производстве толщина покрытия обычно составляет в среднем 25 мкм. Толщина линии равна сумме толщины медной фольги и толщины покрытия. Следует отметить, что поверхность схемы перед нанесением покрытия должна быть очищена от загрязнений. В противном случае на толщину линии могут повлиять неоднородности, влияющие на характеристический импеданс.

Рисунок 4 - Зависимость между шириной линии и характеристическим сопротивлением

Толщина изоляционного материала

Основываясь на приведенной выше формуле для расчета характеристического сопротивления, можно сделать вывод, что характеристическое сопротивление пропорционально натуральному логарифму (h) толщины изоляционного материала. После этого большее "h" становится большим "Z0". Следовательно, толщина изоляционного материала также является ключевым фактором при определении характеристического сопротивления. Поскольку ширина линии и диэлектрическая проницаемость материала определяются перед изготовлением, а толщину линии можно считать постоянной величиной, основным методом является регулирование характеристического сопротивления путем регулирования толщины укладки. Взаимосвязь между толщиной линии и характеристическим сопротивлением можно кратко представить на следующем рисунке.

Из этого рисунка видно, что при увеличении толщины на 0,025 мм характеристическое сопротивление изменится на 5-8 Ом. Однако в процессе изготовления печатных плат различия в толщине каждого ламината могут привести к значительным отклонениям. На самом деле, существуют различные типы препрегов, которые используются в качестве изоляционных материалов при производстве, и толщина может определяться количеством препрегов. Возьмем в качестве примера микрополосковые материалы. Рисунок 3 можно использовать для определения диэлектрической проницаемости изоляционного материала на основе соответствующей рабочей частоты, а затем можно рассчитать характеристический импеданс. Затем, на основе рассчитанных значений ширины линии и характеристического импеданса, рисунок 4 можно использовать для расчета толщины изоляционного материала,

Рисунок 5 - Зависимость между толщиной изоляции и характеристическим сопротивлением

На рисунке 5 выше показано, что характеристический импеданс микрополосковой структуры выше, чем у полосковой структуры с такой же толщиной изоляционного материала. Таким образом, микрополосковая структура является лучшим выбором для передачи высокочастотных и высокоскоростных цифровых сигналов. Кроме того, по мере увеличения толщины изоляционного материала к нему добавляются дополнительные свойства. Поэтому, когда речь идет о высокочастотных цепях с малым характеристическим сопротивлением, толщина изоляционного материала CCL должна соответствовать жестким допускам, обычно составляющим до 10%. Однако для многослойных плит толщина изоляционного материала также является производственным параметром и также должна строго контролироваться.

Таким образом, даже небольшие изменения ширины линии, толщины линии, диэлектрической проницаемости и толщины изоляционного материала могут привести к изменению характеристического сопротивления. В дополнение к этим факторам, он тесно связан со многими другими элементами. Поэтому производители должны быть полностью осведомлены о компонентах, вызывающих изменения в характеристическом сопротивлении, и корректировать производственные параметры, чтобы поддерживать характеристическое сопротивление в допустимых пределах.

В настоящее время компания iPCB Circuits может производить печатные платы с допусками на регулирование полного сопротивления в диапазоне ±3%-±10%.