بدون التحكم في المعاوقة ، سوف يحدث انعكاس كبير للإشارة وتشويه ، مما يؤدي إلى فشل التصميم. الإشارات الشائعة ، مثل ناقل PCI ، ناقل PCI-E ، USB ، Ethernet ، ذاكرة DDR ، إشارة LVDS ، إلخ ، تحتاج جميعها إلى التحكم في المعاوقة. يجب تحقيق التحكم في الممانعة في النهاية من خلال تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، والذي يضع أيضًا متطلبات أعلى لـ مجلس الكلور تقنية. بعد الاتصال بمصنع PCB والاقتران مع استخدام برنامج EDA ، يتم التحكم في مقاومة الأسلاك وفقًا لمتطلبات سلامة الإشارة.

يمكن حساب طرق الأسلاك المختلفة للحصول على قيمة المعاوقة المقابلة.

خطوط Microstrip

يتكون من شريط من الأسلاك مع مستوى الأرض وعازل في المنتصف. إذا كان يمكن التحكم في ثابت العزل وعرض الخط والمسافة بينه وبين مستوى الأرض ، فإن ممانعته المميزة يمكن التحكم فيها ، وستكون الدقة في حدود ± 5٪.

كيفية التحكم في مقاومة الأسلاك PCB

خطي

خط الشريط هو شريط من النحاس في منتصف العازل بين مستويين موصلين. إذا كان سمك وعرض الخط ، وثابت العزل للوسيط ، والمسافة بين المستويات الأرضية للطبقتين يمكن التحكم فيها ، فإن الممانعة المميزة للخط يمكن التحكم فيها ، وتكون الدقة في حدود 10٪.

كيفية التحكم في مقاومة الأسلاك PCB

هيكل لوحة متعددة الطبقات:

من أجل التحكم في مقاومة ثنائي الفينيل متعدد الكلور جيدًا ، من الضروري فهم هيكل ثنائي الفينيل متعدد الكلور:

عادة ما نسمي اللوح متعدد الطبقات يتكون من صفيحة أساسية وصفائح شبه صلبة مغلفة مع بعضها البعض. اللوحة الأساسية عبارة عن سمك صلب محدد ، صفيحتان نحاسيتان للخبز ، وهي المادة الأساسية للوحة المطبوعة. وتشكل القطعة شبه المعالجة ما يسمى بطبقة الارتشاح ، وتلعب دور ربط اللوح الأساسي ، على الرغم من وجود سماكة ابتدائية معينة ، ولكن في عملية الضغط ، ستحدث بعض التغييرات في سمكها.

عادةً ما تكون الطبقتان الخارجيتان من الطبقة العازلة للكهرباء متعددة الطبقات عبارة عن طبقات مبللة ، ويتم استخدام طبقات رقائق نحاسية منفصلة على السطح الخارجي لهاتين الطبقتين كرقائق نحاسية خارجية. مواصفات السماكة الأصلية لرقائق النحاس الخارجية ورقائق النحاس الداخلية هي بشكل عام 0.5 أوقية ، 1 أوقية ، 2 أوقية (1 أوقية حوالي 35 ميكرومتر أو 1.4 مل) ، ولكن بعد سلسلة من المعالجة السطحية ، ستزيد السماكة النهائية لرقائق النحاس الخارجية بشكل عام بحوالي 1 أوقية. رقائق النحاس الداخلية هي الغطاء النحاسي على جانبي اللوح الأساسي. يختلف السماكة النهائية قليلاً عن السماكة الأصلية ، ولكن يتم تقليلها عمومًا بعدة أمتار بسبب النقش.

الطبقة الخارجية للوحة متعددة الطبقات هي طبقة مقاومة اللحام ، وهو ما نقوله غالبًا “الزيت الأخضر” ، بالطبع ، يمكن أيضًا أن يكون أصفر أو ألوان أخرى. ليس من السهل بشكل عام تحديد سمك طبقة مقاومة اللحام بدقة. تكون المنطقة التي لا تحتوي على ورق نحاسي على السطح أكثر سمكًا قليلاً من المنطقة التي بها رقائق نحاسية ، ولكن بسبب نقص سماكة رقائق النحاس ، لذلك لا يزال الرقاقة النحاسية أكثر بروزًا ، عندما نلمس سطح اللوحة المطبوعة بأصابعنا يمكن أن نشعر به.

عندما يتم عمل سماكة معينة للوحة المطبوعة ، من ناحية ، يلزم اختيار معقول لمعلمات المواد ، ومن ناحية أخرى ، فإن السماكة النهائية للورقة شبه المعالجة ستكون أصغر من السماكة الأولية. فيما يلي هيكل مصفح نموذجي من 6 طبقات:

كيفية التحكم في مقاومة الأسلاك PCB

معلمات ثنائي الفينيل متعدد الكلور:

مصانع ثنائي الفينيل متعدد الكلور المختلفة لها اختلافات طفيفة في معاملات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. من خلال التواصل مع الدعم الفني لمصنع لوحات الدارات الكهربائية ، حصلنا على بعض بيانات المعلمات الخاصة بالمصنع:

احباط النحاس السطحي:

هناك ثلاث سماكات من رقائق النحاس التي يمكن استخدامها: 12um و 18um و 35um. السماكة النهائية بعد الانتهاء هي حوالي 44um و 50um و 67um.

اللوحة الأساسية: S1141A ، معيار FR-4 ، يتم استخدام لوحين نحاسيين مخبوزين بشكل شائع. يمكن تحديد المواصفات الاختيارية عن طريق الاتصال بالشركة المصنعة.

قرص شبه معالج:

المواصفات (السماكة الأصلية) هي 7628 (0.185 مم) ، 2116 (0.105 مم) ، 1080 (0.075 مم) ، 3313 (0.095 مم). السماكة الفعلية بعد الضغط عادة ما تكون أقل بحوالي 10-15 ميكرومتر من القيمة الأصلية. يمكن استخدام 3 أقراص شبه معالجة كحد أقصى لنفس طبقة الارتشاح ، ولا يمكن أن تكون سماكة 3 أقراص شبه مُعالجة متماثلة ، ويمكن استخدام نصف أقراص مُعالجة على الأقل ، ولكن يجب على بعض الشركات المصنعة استخدام قرصين على الأقل . إذا كان سمك القطعة شبه المعالجة غير كافٍ ، فيمكن حفر رقائق النحاس على جانبي الصفيحة الأساسية ، ومن ثم يمكن ربط القطعة شبه المعالجة على كلا الجانبين ، بحيث يمكن وضع طبقة تسلل أكثر سمكًا حقق.

طبقة لحام المقاومة:

سمك طبقة مقاومة اللحام على رقائق النحاس هو C2≈8-10um. سماكة طبقة مقاومة اللحام على السطح بدون رقائق النحاس هي C1 ، والتي تختلف باختلاف سمك النحاس على السطح. عندما يكون سمك النحاس على السطح 45um ، C1≈13-15um ، وعندما يكون سمك النحاس على السطح 70um ، C1≈17-18um.

قسم العبور:

نعتقد أن المقطع العرضي للسلك مستطيل ، لكنه في الواقع شبه منحرف. إذا أخذنا الطبقة العليا كمثال ، عندما يكون سمك رقائق النحاس 1 أوقية ، فإن الحافة السفلية العلوية من شبه المنحرف أقصر بمقدار 1 ميل من الحافة السفلية السفلية. على سبيل المثال ، إذا كان عرض الخط 5MIL ، فإن الجانبين العلوي والسفلي حوالي 4MIL والجانبين السفلي والسفلي حوالي 5MIL. يرتبط الاختلاف بين الحواف العلوية والسفلية بسماكة النحاس. يوضح الجدول التالي العلاقة بين أعلى وأسفل شبه منحرف في ظل ظروف مختلفة.

كيفية التحكم في مقاومة الأسلاك PCB

السماحية: سماحية الصفائح شبه المعالجة مرتبطة بالسماكة. يوضح الجدول التالي معلمات السماكة والسماحية لأنواع مختلفة من الألواح شبه المعالجة:

كيفية التحكم في مقاومة الأسلاك PCB

يرتبط ثابت العزل الكهربائي للوحة بمادة الراتينج المستخدمة. ثابت العزل للوحة FR4 هو 4.2 – 4.7 ، ويقل مع زيادة التردد.

عامل الفقد العازل: المواد العازلة تحت تأثير المجال الكهربائي المتناوب ، بسبب استهلاك الحرارة والطاقة تسمى خسارة العزل ، وعادة ما يتم التعبير عنها بواسطة عامل فقدان العزل الكهربائي Tan δ. القيمة النموذجية لـ S1141A هي 0.015.

الحد الأدنى لعرض الخط وتباعد الأسطر لضمان المعالجة: 4 ميل / 4 ميل.

مقدمة أداة حساب المعاوقة:

عندما نفهم بنية اللوحة متعددة الطبقات ونتقن المعلمات المطلوبة ، يمكننا حساب المقاومة من خلال برنامج EDA. يمكنك استخدام Allegro للقيام بذلك ، لكنني أوصي بـ Polar SI9000 ، وهي أداة جيدة لحساب الممانعة المميزة وتستخدم الآن في العديد من مصانع ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

عند حساب الممانعة المميزة للإشارة الداخلية لكل من الخط التفاضلي والخط الطرفي الفردي ، ستجد فرقًا بسيطًا فقط بين Polar SI9000 و Allegro بسبب بعض التفاصيل ، مثل شكل المقطع العرضي للسلك. ومع ذلك ، إذا كان لحساب الممانعة المميزة لإشارة السطح ، أقترح عليك اختيار النموذج المطلي بدلاً من نموذج السطح ، لأن هذه النماذج تأخذ في الاعتبار وجود طبقة مقاومة لحام ، وبالتالي ستكون النتائج أكثر دقة. فيما يلي لقطة شاشة جزئية لمقاومة الخط التفاضلي السطحي المحسوبة باستخدام Polar SI9000 مع مراعاة طبقة مقاومة اللحام:

كيفية التحكم في مقاومة الأسلاك PCB

نظرًا لأنه لا يمكن التحكم في سمك طبقة مقاومة اللحام بسهولة ، يمكن أيضًا استخدام نهج تقريبي ، على النحو الموصى به من قبل الشركة المصنعة للوحة: اطرح قيمة محددة من حساب نموذج السطح. من المستحسن أن تكون المعاوقة التفاضلية سالب 8 أوم وأن تكون مقاومة الطرف الواحد سالب 2 أوم.

متطلبات PCB التفاضلية للأسلاك

(1) تحديد وضع الأسلاك والمعلمات وحساب المعاوقة. هناك نوعان من أوضاع الاختلاف لتوجيه الخط: وضع فرق خط الطبقة الخارجية لشريط microstrip ووضع فرق خط شريط الطبقة الداخلية. يمكن حساب الممانعة من خلال برنامج حساب المعاوقة ذات الصلة (مثل POLAR-SI9000) أو صيغة حساب المعاوقة من خلال إعداد معلمة معقول.

(2) خطوط متساوية القياس. حدد عرض الخط والتباعد ، واتبع بدقة عرض الخط المحسوب والتباعد عند التوجيه. يجب أن تظل التباعد بين سطرين دون تغيير دائمًا ، أي للحفاظ على التوازي. هناك طريقتان للتوازي: الأولى هي أن الخطين يسيران في نفس الطبقة جنبًا إلى جنب ، والآخر هو أن الخطين يسيران في الطبقة السفلية. حاول بشكل عام تجنب استخدام إشارة الاختلاف بين الطبقات ، أي لأنه في المعالجة الفعلية لثنائي الفينيل متعدد الكلور في العملية ، نظرًا لأن دقة المحاذاة المتتالية المتتالية أقل بكثير مما هو مذكور بين دقة الحفر ، وفي عملية فقدان العزل الكهربائي ، لا يمكن ضمان أن تباعد خط الاختلاف يساوي سمك الطبقة العازلة للكهرباء ، وسوف يتسبب في الاختلاف بين طبقات اختلاف تغيير المعاوقة. يوصى باستخدام الاختلاف داخل نفس الطبقة قدر الإمكان.