datasheet

技术文章—关于 PCB 的阻抗控制

2019-05-16来源: EEWORLD关键字:PCB

没有阻抗控制的话,将引发相当大的信号反射和信号失真,导致设计失败。常见的信号,如PCI总线、PCI-E总线、USB、以太网、DDR内存、LVDS信号等,均需要进行阻抗控制。阻抗控制最终需要通过PCB设计实现,对PCB板工艺也提出更高要求,经过与PCB厂的沟通,并结合EDA软件的使用,按照信号完整性要求去控制走线的阻抗。

 

不同的走线方式都是可以通过计算得到对应的阻抗值。

 

微带线(microstrip line)

 

它由一根带状导线与地平面构成,中间是电介质。如果电介质的介电常数、线的宽度、及其与地平面的距离是可控的,则它的特性阻抗也是可控的,其精确度将在±5%之内。

 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/ewiaKibzhXCHNrxDInWkNWHjWiaHAqvUBx0qADib7w84RzKibwJuCvZlHiaoWPbRa40RNcwJfibIBFxNia1eJYDqPYqCrw/640?

 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/ewiaKibzhXCHNrxDInWkNWHjWiaHAqvUBx0YQlKibH6BbibaD5QyyGiaCk70E1icL9BUdsI5uV9UE68icSPPKgWic44VOqA/640?

 

带状线(stripline)

 

带状线就是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带。如果线的厚度和宽度,介质的介电常数,以及两层接地平面的距离都是可控的,则线的特性阻抗也是可控的,且精度在10%之内。

 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/ewiaKibzhXCHNrxDInWkNWHjWiaHAqvUBx0vicZD22uoqhIuCicDqIq8pn0abvxEtS2YWH5cdOgkib6Ch2QZHZa5vQqA/640?

 

多层板的结构

 

为了很好地对PCB进行阻抗控制,首先要了解PCB的结构:

 

通常我们所说的多层板是由芯板和半固化片互相层叠压合而成的,芯板是一种硬质的、有特定厚度的、两面包铜的板材,是构成印制板的基础材料。而半固化片构成所谓的浸润层,起到粘合芯板的作用,虽然也有一定的初始厚度,但是在压制过程中其厚度会发生一些变化。

 

通常多层板最外面的两个介质层都是浸润层,在这两层的外面使用单独的铜箔层作为外层铜箔。外层铜箔和内层铜箔的原始厚度规格,一般有0.5OZ、1OZ、2OZ(1OZ约为35um或1.4mil)三种,但经过一系列表面处理后,外层铜箔的最终厚度一般会增加将近1OZ左右。内层铜箔即为芯板两面的包铜,其最终厚度与原始厚度相差很小,但由于蚀刻的原因,一般会减少几个um。

 

多层板的最外层是阻焊层,就是我们常说的“绿油”,当然它也可以是黄色或者其它颜色。阻焊层的厚度一般不太容易准确确定,在表面无铜箔的区域比有铜箔的区域要稍厚一些,但因为缺少了铜箔的厚度,所以铜箔还是显得更突出,当我们用手指触摸印制板表面时就能感觉到。

 

当制作某一特定厚度的印制板时,一方面要求合理地选择各种材料的参数,另一方面,半固化片最终成型厚度也会比初始厚度小一些。下面是一个典型的6层

 

板叠层结构

 

  https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/ewiaKibzhXCHNrxDInWkNWHjWiaHAqvUBx0JMhsjk6J8BpFsycYaAcyTeLNSvfb1sOib1AdN6t0EHmn6xKVBH4PHuA/640?

 

PCB的参数

 

不同的印制板厂,PCB的参数会有细微的差异,通过与电路板厂技术支持的沟通,得到该厂的一些参数数据:

 

表层铜箔:可以使用的表层铜箔材料厚度有三种:12um、18um和35um。加工完成后的最终厚度大约是44um、50um和67um。

 

芯板:我们常用的板材是S1141A,标准的FR-4,两面包铜,可选用的规格可与厂家联系确定。

 

半固化片

 

规格(原始厚度)有7628(0.185mm),2116(0.105mm),1080(0.075mm),3313(0.095mm ),实际压制完成后的厚度通常会比原始值小10-15um左右。同一个浸润层最多可以使用3个半固化片,而且3个半固化片的厚度不能都相同,最少可以只用一个半固化片,但有的厂家要求必须至少使用两个。如果半固化片的厚度不够,可以把芯板两面的铜箔蚀刻掉,再在两面用半固化片粘连,这样可以实现较厚的浸润层。

 

阻焊层:铜箔上面的阻焊层厚度C2≈8-10um,表面无铜箔区域的阻焊层厚度C1根据表面铜厚的不同而不同,当表面铜厚为45um时C1≈13-15um,当表面铜厚为70um时C1≈17-18um。

 

导线横截面:我们会以为导线的横截面是一个矩形,但实际上却是一个梯形。以TOP层为例,当铜箔厚度为1OZ时,梯形的上底边比下底边短1MIL。比如线宽5MIL,那么其上底边约4MIL,下底边5MIL。上下底边的差异和铜厚有关,下表是不同情况下梯形上下底的关系。

 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/ewiaKibzhXCHNrxDInWkNWHjWiaHAqvUBx0xl5UGqbNjzcgVoGOtcEbJsugswe7MiaCsYMWzm5oggjxmw4cY4BWgFA/640?

 

介电常数:半固化片的介电常数与厚度有关,下表为不同型号的半固化片厚度和介电常数参数:

 

  https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/ewiaKibzhXCHNrxDInWkNWHjWiaHAqvUBx0vwBBajJR7ibickZ5H3iba4Sa5oeVicqymV0opUYn9JXNhAS8qaq1z0ehKA/640?

 

板材的介电常数与其所用的树脂材料有关,FR4板材其介电常数为4.2—4.7,并且随着频率的增加会减小。

 

介质损耗因数:电介质材料在交变电场作用下,由于发热而消耗的能量称之谓介质损耗,通常以介质损耗因数tanδ表示。S1141A的典型值为0.015。

 

能确保加工的最小线宽和线距:4mil/4mil。

 

阻抗计算的工具简介:

 

当我们了解了多层板的结构并掌握了所需要的参数后,就可以通过EDA软件来计算阻抗。可以使用Allegro来计算,但这里向大家推荐另一个工具Polar SI9000,这是一个很好的计算特征阻抗的工具,现在很多印制板厂都在用这个软件。

 

无论是差分线还是单端线,当计算内层信号的特征阻抗时,你会发现Polar SI9000的计算结果与Allegro仅存在着微小的差距,这跟一些细节上的处理有关,比如说导线横截面的形状。但如果是计算表层信号的特征阻抗,我建议你选择Coated模型,而不是Surface模型,因为这类模型考虑了阻焊层的存在,所以结果会更准确。下图是用Polar SI9000计算在考虑阻焊层的情况下表层差分线阻抗的部分截图:

 

  https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/ewiaKibzhXCHNrxDInWkNWHjWiaHAqvUBx05ezKNEV7calwAOj0dLicuYuJQmyiaHD7ok8Xc4qKq2Uga0N3YoG4mBSw/640?

 

由于阻焊层的厚度不易控制,所以也可以根据板厂的建议,使用一个近似的办法:在Surface模型计算的结果上减去一个特定的值,建议差分阻抗减去8欧姆,单端阻抗减去2欧姆。

 

差分对走线的PCB要求

 

(1)确定走线模式、参数及阻抗计算。差分对走线分外层微带线差分模式和内层带状线差分模式两种,通过合理设置参数,阻抗可利用相关阻抗计算软件(如POLAR-SI9000)计算也可利用阻抗计算公式计算。

 

(2)走平行等距线。确定走线线宽及间距,在走线时要严格按照计算出的线宽和间距,两线间距要一直保持不变,也就是要保持平行。平行的方式有两种: 一种为两条线走在同一线层(side-by-side),另一种为两条线走在上下相两层(over-under)。一般尽量避免使用后者即层间差分信号, 因为在PCB板的实际加工过程中,由于层叠之间的层压对准精度大大低于同层蚀刻精度,以及层压过程中的介质流失,不能保证差分线的间距等于层间介质厚度, 会造成层间差分对的差分阻抗变化。困此建议尽量使用同层内的差分。

 


关键字:PCB

编辑:muyan 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/manufacture/ic462041.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:全球半导体设备厂商15强出炉
下一篇:Microchip推出碳化硅产品,助力打造可靠的高压电子设备

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

台PCB厂瀚宇博德将获嘉联益24%股权,抢攻5G!

台印刷电路板厂瀚宇博德宣布,将通过认购私募普通股及股权交换方式,取得台软板厂嘉联益24%股权,成为嘉联益单一最大股东,嘉联益也将取得瀚宇博德6.5%股权。瀚宇博德及嘉联益30日联袂举行记者会宣布该消息,瀚宇博德指出,将以暂定每股28元新台币(单位下同),认购嘉联益私募普通股,预计该私募普通股约为嘉联益增资后新股本的16%。另外,瀚宇博德与嘉联益也将以1股瀚宇博德普通股换3.6股嘉联益普通股的比例,由瀚宇博德取得嘉联益新股本的8%,合计将取得嘉联益24%股权。对于取得24%股权后,是否也将取得嘉联益的董监事席次,瀚宇博德表示,目前还没有规划,同时嘉联益的人士也不会有所变动。嘉联益表示,公司深耕5G所需的高频软板LCP已有多年,相关技术
发表于 2019-08-02

技术文章—教你如何设计不规则形状PCB

我们预想中的完整 PCB 通常都是规整的矩形形状。虽然大多数设计确实是矩形的,但是很多设计都需要不规则形状的电路板,而这类形状往往不太容易设计。本文介绍了如何设计不规则形状的 PCB。如今,PCB 的尺寸在不断缩小,而电路板中的功能也越来越多,再加上时钟速度的提高,设计也就变得愈加复杂了。那么,让我们来看看该如何处理形状更为复杂的电路板。如图1所示,简单 PCI 电路板外形可以很容易地在大多数 EDA Layout 工具中进行创建。图 1:常见 PCI 电路板的外形。然而,当电路板外形需要适应具有高度限制的复杂外壳时,对于 PCB 设计人员来说就没那么容易了,因为这些工具中的功能与机械 CAD 系统的功能并不一样。图 2 中所
发表于 2019-07-31
技术文章—教你如何设计不规则形状PCB

技术文章—PCB线路板过孔堵塞的原因

导电孔Via hole又名导通孔,为了达到客户要求,线路板导通孔必须塞孔,经过大量的实践,改变传统的铝片塞孔工艺,用白网完成线路板板面阻焊与塞孔。生产稳定,质量可靠。Via hole导通孔起线路互相连结导通的作用,电子行业的发展,同时也促进PCB的发展,也对印制板制作工艺和表面贴装技术提出更高要求。Via hole塞孔工艺应运而生,同时应满足下列要求:导通孔内有铜即可,阻焊可塞可不塞;导通孔内必须有锡铅,有一定的厚度要求(4微米),不得有阻焊油墨入孔,造成孔内藏锡珠;导通孔必须有阻焊油墨塞孔,不透光,不得有锡圈,锡珠以及平整等要求。随着电子产品向“轻、薄、短、小”方向发展,PCB也向高密度、高难度发展,因此出现大量SMT、BGA
发表于 2019-07-29
技术文章—PCB线路板过孔堵塞的原因

节省PCB空间,Silicon Mitus推出单芯片充电器

电源管理集成电路(PMIC)和音频半导体解决方案技术专家Silicon Mitus, Inc.宣布推出单芯片降压-升压USB Type-C窄范围VDC (NVDC)充电器产品SM58IP04,瞄准充分利用新增USB Type-C功能的最新PD3.0规范的2S/3S和4S电池应用,比如PPS和快速角色交换(Fast Role Swap)。 SM58IP04集成FET和具有高片载逻辑水平,专为实现高效率和高集成度而设计,可在如下的最小外形尺寸提供高达65W功率: 将PCB表面积减少50%以上,将Z高度尺寸减小至1.2 mm以下;采用先进的热管理功能,可在降压或升压模式下实现高达95%效率,充电电流高达6 A支持直接
发表于 2019-07-15
节省PCB空间,Silicon Mitus推出单芯片充电器

技术文章—了解如何利用设计改善散热问题

对于电子设备来说,工作时都会产生一定的热量,从而使设备内部温度迅速上升,如果不及时将该热量散发出去,设备就会持续的升温,器件就会因过热而失效,电子设备的可靠性能就会下降。因此,对电路板进行很好的散热处理是非常重要的。1、加散热铜箔和采用大面积电源地铜箔。根据上图可以看到:连接铜皮的面积越大,结温越低根据上图,可以看出,覆铜面积越大,结温越低。2、热过孔热过孔能有效的降低器件结温,提高单板厚度方向温度的均匀性,为在PCB背面采取其他散热方式提供了可能。通过仿真发现,与无热过孔相比,在器件热功耗为2.5W、间距1mm、中心设计6x6的热过孔能使结温降低4.8°C左右,而PCB的顶面与底面的温差由原来的21°C减低到5°C。热过孔阵列
发表于 2019-07-12
技术文章—了解如何利用设计改善散热问题

5G产业红利到来,PCB厂商如何分配?

5G商用牌照的发放,带动5G全产业链进入发展快车道,推动包括芯片、器件、材料、设备、传输、网络、终端等市场需求大幅增长。特别是产业链上游的天线、基站、射频模块等通信设施建设加速推进,带动5G通信设备所需的通信材料需求量大幅提升、高频高速PCB呈现量价齐升。然而,5G时代对高传输、高性能的要求倍增,也对高频高速PCB的设计、原材料、规格及制造工艺等提出更高要求,PCB厂商在享受头份5G市场红利之时,也面对着更多挑战。PCB厂商率先起跑众所周知,工信部于6月初发放5G牌照,作为基站所需的关键元器件之一,PCB厂商将率先受益。业内人士表示:“5G用PCB单价将猛增,单基站线路板价值高达1.5万~2万元,是4G基站线路板的3倍左右
发表于 2019-07-09

小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 市场动态 半导体生产 材料技术 封装测试 工艺设备 光伏产业 平板显示 电子设计 电子制造 视频教程

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved