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    關于PCB設計阻抗控制方面的建議(上)

    發布時間 :2016-12-28 10:05 閱讀 : 來源 :技術文章責任編輯 :深圳宏力捷PCB設計部
        隨著通信科技的不斷提升,必然對PCB的要求也有了相應的提高,傳統意義上PCB已受到嚴峻的挑戰,以往PCB的最高要求open&short從目前來看已變成PCB的最基本要求,取而代之的是一些為保證客戶設計意圖的體現而在PCB上所體現的性能的要求。如阻抗控制等。
        到目前為止有“阻抗”控制的PCB已廣泛的應用于:SDH、GSM、CDMA、PC、大功率無繩電話、手機等同時也為國防科技提供了相當數量的PCB
        隨著“阻抗”的進一步拓展和延伸,我們作為專業的PCB廠商,為能向客戶提供合格的產品和優質的服務對該類PCB的合作方面做如下建議。
        就PCB的阻抗控制而言,其所涉及的面是比較廣泛的。但在具體的PCB加工PCB設計時我們一般控制其主要因素,具體而言:
        ? Er--介電常數
        ? H---介質厚度
        ? W---線條寬度
        ? t---線條厚度
        ? 微條線(Microstrip)
        Z0= [87/(Er+1.41)½]Ln5.98h/(0.8w+t)
        ? 帶線(Stripline)
        Z0= [60/Er½]Ln4h/ [0.67w(0.8+t/w) ]
     
        Er(介電常數)就目前而言通常情況下選用的材料為FR-4,該種材料的Er特性會隨著載入頻率的不同而變化,一般情況下Er的分水嶺默認為1GHZ(高頻)。
        目前材料廠商能夠承諾的指標<5.4(1MHz)
        根據我們實際PCB加工的經驗,在使用頻率為1GHZ以下的其Er認為4.2左右
        1.5—2.0GHZ的使用頻率其仍有下降的空間。故PCB設計時如有阻抗的要求則須考慮該產品當時的使用頻率。
        我們在長期的電路板加工和研發的過程中針對不同的廠商已經摸索出一定的規律和計算公式。
        ? 7628----4.5(全部為1GHz狀態下)
        ? 2116----4.2
        ? 1080----3.6
        在不同的層間結構和排列時,其具體的變化是不同的,如7628+2116時Er是多少,并不是簡單的算術平均數。
        各種結構的排列在Microstrip & Stripline時所表現出的Er也是不同的。
        FR-4的材料其本身就存在著這種,隨頻率的變化其Er也變化的特性,因此一般情況下,大于2GHZ的使用頻率,同時對阻抗又有很高要求的PCB建議使用其他材料。如BT、CE、PTFE等Er比較穩定的材料。同時我認為在目前傳輸類產品上改良的LOW DK材料還是能滿足性能要求的,包括寬頻產品。
        目前國內的廠家也在加緊這方面的研究,但目前至少不是很成熟。
        國外比較成熟如日本 HITACHI、美國的BI等,但成本壓力較大。
        通信產品目前集成化的趨勢也比較明顯,在PCB上就體現出高層數,而為保證信號線的阻抗匹配,相應的介質也上來了,板也越來越厚。如24層的背板6mm厚甚至更厚。(已有客戶想在年內突破30層8mm)
        為有效的控制板厚低Er的材料也孕育而生,且進入比較成熟的階段。
        Low Dk & High Tg的材料Er 在3.5—3.8 Tg160—180有效的控制板厚和Z方向上的膨脹。
        我們目前已經和部分客戶對HITACHI的LOW DK材料進行了認證,為進一步的批量加工做更充分的淮備。
        目前大規模推廣的瓶頸為材料成本的壓力。
        PCB板材介電常數:
    介電質 介電常數 
    真  空
    1.0
    玻璃纖維(GLASS)
    6.5
    環氧樹脂(Epoxy) 
    3.5
     FR4    
    4.4~5.2
    聚四氟乙烯(PTFE)
    2.1
     PTFE / Glass 
    2.2~2.6 
    聚氰酸樹脂(C.E.) 
    3.0
     C.E. / Glass 
    3.2~3.6 
     C.E. / Quartz
    2.8~3.4 
    聚亞硫胺(Polyimide)
    3.2
     Polyimide / Glass  
    4.0~4.6
     Polyimide / Quartz  
    3.5~3.8 
     BismaleimideTriazine (BT)
    3.3
     BT /Glass
    4.0
     Alumina 
    9.0
    石英(Quartz)
    3.9 
     以上資料是在1MHz的條件下測得的
     
        H(介質層厚度)該因素對阻抗控制的影響最大,故PCB設計中如對阻抗的寬容度很小的話,則該部分的設計應力求淮確 ,FR-4的H的組成是由各種半固化片組合而成的(包括內層芯板),一般情況下常用的半固化片為:
        ? 1080 厚度0.075MM;
        ? 7628 厚度0.175MM;
        ? 2116 厚度0.105MM。
        在多層PCB中H一般有兩類:
        A 內層芯板中H的厚度:雖然材料供應商所提供的板材中H的厚度也是由以上三種半固化片組合而成,但其在組合的過程中必然會考慮三種材料的特性,而絕非無條件的任意組合,因此板材的厚度就有了一定的規定,形成了一個相應的清單,同時H也有了一定的限制。
        如0.17mm 1/1的芯板為 2116*1
        如0.4mm 1/1的芯板為1080*2+7628*1
        ……
        B 多層板中壓合部分的H的厚度:其方法基本上與A相同但需注意銅層的損失。
        舉例:如GROUND~GROUND 或POWER~POWER之間用半固化片進行填充,因GROUND、POWER在製作內層的過程中銅箔被蝕刻掉的部分很少,則半固化片中樹脂對該區的填充會很少,則半固化片的厚度損失會很少。反之如SIGNAL~SIGNAL之間用半固化片進行填充SIGNAL在制作內層的過程中銅箔被蝕刻掉的部分較多,則半固化片的厚度損失會很大。
        因此理論上的計算厚度與實際操作過程所形成的實際厚度會有差異。故建議設計時對該因素應予以充分的考慮。
        同時我們在客戶資料審核的崗位也有專人對此通過軟體進行計算和校對。


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