Технология PCB - Что такое характеристический импеданс?

1.Характеристическое полное сопротивление

Когда по проводнику протекает переменный ток, сопротивление называется полным сопротивлением, соответствующим Z, и измеряется в Ом.

Сопротивление в этой точке отличается от сопротивления постоянному току. Помимо сопротивления резистора, существует также проблема индуктивного (XL) и емкостного (XC) сопротивления.

Чтобы различать сопротивление постоянному току, сопротивление, встречающееся в переменном токе, называется полным сопротивлением (z).

Z=√ R2 + (XL - XC)2

2.Импедансные характеристики характеристического сопротивления (z)

В последние годы, по мере совершенствования интеграции и применения микросхем, частота и скорость передачи сигналов становятся все выше и выше. Поэтому, когда передача сигнала достигает определенного значения, на него оздействует сам провод печатной платы, что приводит к серьезному искажению или полной потере передаваемого сигнала. Можно видеть, что "вещество", протекающее по проводу печатной платы, является не током, а передачей прямоугольных сигналов или энергетических импульсов.

3.Управление характеристическим сопротивлением (Z0)

Сопротивление передачи вышеуказанного ‘сигнала’ также называется ‘характеристическим сопротивлением’ и обозначается символом Z0.

Следовательно, необходимо контролировать характеристический импеданс подводящих проводов не только для решения проблем "включения", "выключения" и "короткого замыкания’ на линиях печатной платы. Другими словами, качество линии передачи для высокоскоростной передачи и передачи высокочастотного сигнала является гораздо более строгим, чем качество линии передачи. Больше не требуется проходить тест на "разрыв/ короткое замыкание" или иметь зазубрины и заусенцы, не превышающие 20% ширины проволоки.Это должно быть необходимо для измерения значения характеристического импеданса, и импеданс должен контролироваться в пределах допуска, в противном случае он может быть только удален, но не переработан.

Зачем нам нужно управлять характеристическим сопротивлением?

1.Когда электронное устройство (компьютер, коммуникатор) работает, сигнал от драйвера передается по линии передачи на печатной плате на приемник.Когда сигнал передается по сигнальной линии печатной платы, значение характеристического сопротивления Z0 должно соответствовать "электронному сопротивлению" головного и хвостового компонентов, чтобы "энергия" сигнала могла передаваться полностью.

2.Если качество печатной платы низкое и Z0 превышает допустимое значение, передаваемый сигнал будет отражаться, рассеиваться, затухать или задерживаться.В серьезных случаях это приведет к передаче неправильных сигналов и сбою работы компьютера.

3.Строгий отбор плат, строгий контроль производственного процесса, многослойные платы на Z0 могут соответствовать требованиям заказчика. Чем выше электронный импеданс, тем выше скорость передачи. Следовательно, Z0 печатной платы должен быть улучшен, чтобы соответствовать требованиям к соответствующим компонентам. Только в том случае, если Z0 соответствует требованиям, это изделие считается подходящим для передачи высокоскоростных или высокочастотных сигналов/.

Зависимость между характеристическим сопротивлением Zo печатной платы и материалом печатной платы и процессом изготовления печатной платы

Формула характеристического сопротивления Z0 микрополосковой структуры печатной платы:Z0 = 87 / R + 1,41 л / 5,98 ч / (0,8 Вт + Т)

Где: Εr - диэлектрическая проницаемость, H - толщина диэлектрика, W - ширина проводника, T - толщина проводника

Чем меньше Εr печатной платы, тем легче увеличить значение Z0 печатной платы, чтобы оно соответствовало значению выходного сопротивления высокоскоростных компонентов.

1.Характеристический импеданс Z0 обратно пропорционален eR платы.

Z0 увеличивается с увеличением толщины диэлектрика. Поэтому для высокочастотных цепей с жестким значением Z0 предъявляются жесткие требования к погрешности толщины диэлектрика в ламинированной подложке. В целом, изменение толщины диэлектрика не должно превышать 10%.

2.Влияние толщины диэлектрика на характеристический импеданс Z0

С увеличением плотности линий увеличение толщины диэлектрика приведет к увеличению электромагнитных помех.Следовательно, по мере увеличения плотности проводящей проводки толщину диэлектрика следует уменьшать, чтобы устранить или уменьшить паразитные сигналы или перекрестные помехи, вызванные электромагнитными помехами, или для уменьшения εr, чтобы выбрать подложку с низким εr.

В соответствии с характеристическим сопротивлением Z0 микрополосковой линейной структуры, формула выглядит следующим образом: Z0 = 87 / R + 1,41 ln5,98h / (0,8 Вт + T)

Толщина медной фольги (T) является важным фактором, влияющим на Z0. Чем больше толщина проволоки, тем меньше Z0. Однако диапазон изменения относительно невелик.

3.Влияние толщины медной фольги на характеристическое сопротивление Z0

Чем меньше толщина медной фольги, тем более высокое значение Z0 может быть получено, но изменение толщины мало влияет на Z0.

Влияние тонкой медной фольги на Z0 более точно, чем влияние тонкой медной фольги при нанесении тонких линий для увеличения или регулирования Z0.

В соответствии с формулой:

Z0 = 87/r +1,41 ln5,98H / (0,8Вт+T)

Чем меньше ширина провода W, тем больше Z0; уменьшение ширины провода может увеличить характеристический импеданс.

Влияние изменения ширины линии на Z0 гораздо более очевидно, чем влияние ширины линии.

4.Влияние ширины проводника на характеристический импеданс Z0

Z0 быстро увеличивается с уменьшением ширины провода W. Поэтому для управления Z0 важно иметь небольшую ширину провода. Поэтому для управления Z0 необходимо строго контролировать ширину линии. В настоящее время большинство высокочастотных линий и высокоскоростных цифровых линий имеют ширину линии передачи сигнала W, равную 0,10 или 0,13 мм; традиционно отклонение регулирования ширины линии составляет ±20%. Для обычных электронных изделий без линий передачи выравнивание печатной платы (длина линии составляет 1/7 длины волны сигнала) может соответствовать требованиям, но для линий передачи сигнала, управляемых Z0, отклонение ширины выравнивания печатной платы на ±20% не может соответствовать требованиям. Это связано с тем, что погрешность Z0 составляет более ±10%.

Контроль характеристического сопротивления печатной платы и управление процессом изготовления печатной платы

1.Управление производством и проверка пленки для печатной платы

Помещение с постоянной температурой и влажностью (21±2℃, 55±5%), защита от пыли, компенсация ширины линии.

2.Дизайн панели печатной платы

Края панели не должны быть слишком узкими, покрытие должно быть равномерным, для рассеивания тока используются гальванические покрытия и ложный катод;

Стандартные образцы (талоны) предназначены для проверки Z0.

3.Травление печатной платы

Строгие технологические параметры для уменьшения боковой коррозии, первая проверка;

Уменьшите количество остатков меди на кромке проволоки.Медный шлак.Медная стружка;

Проверьте ширину линии, придерживаясь требуемого диапазона (±10% или ± 0,02мм).

4.проверка pcbaoi

Для высокоскоростных сигналов частотой 2 ГГц необходимо устранить зазор даже в 0,05 мм; главное - контролировать ширину линии внутреннего слоя и наличие дефектов.

5. Ламинирование печатной платы

Вакуумируйте ламинатор, уменьшайте давление, уменьшайте расход клея, старайтесь сохранить как можно больше смолы, поскольку смола влияет на стойкость к истиранию, чем больше смолы остается, тем ниже будет стойкость к истиранию.Контролируйте допустимую толщину ламинирования.Поскольку толщина платы неоднородна, это означает, что изменения толщины диэлектрика будут влиять на Z0.

6.Выбор подложки для печатной платы

Строго следуйте требованиям заказчика к компоновке платы.Неправильная модель, неправильный εr, неправильная толщина платы, правильный процесс изготовления печатной платы, тот же брак.Поскольку Z0 сильно зависит от eR.

7. Слой, устойчивый к припою печатной платы

Теоретически толщина паяльной маски не должна быть слишком большой, но на практике эффект не очень велик.Поверхность медного проводника соприкасается с воздухом (ε r = 1), поэтому измеренное значение Z0 выше.Однако после пайки резистора значение Z0 уменьшается на 1-3 Ом, поскольку коэффициент запайки резистора равен 4,0, что намного выше, чем у воздуха.

8.Водопоглощение печатных плат

Готовые многослойные плиты должны по возможности избегать впитывания воды, так как количество воды er=75 приведет к большой разнице и нестабильности Z0.

Характеристики печатной платы, влияющие на импеданс, включают толщину диэлектрика, за которой следуют диэлектрическая проницаемость, ширина и толщина линии.Ширина и толщина линии.При выборе подложки следует учитывать, что разброс значений Εr и H невелик, а t легко контролируется, но ширину линии W трудно контролировать в пределах ±10%.Кроме того, из-за проблем с шириной проволоки возникают небольшие отверстия, зазубрины и вмятины на проволоке.Вырезы и углубления в проводе.В некотором смысле, эффективным и важным способом контроля полного сопротивления является контроль и регулировка ширины линии печатной платы