So steuern Sie PCB Impedanz?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. Gängige Signale wie PCI-Bus, PCI-E-Bus, USB, Ethernet, DDR-Speicher, LVDS-Signal usw. benötigen alle eine Impedanzkontrolle. Impedance control ultimately needs to be realized through PCB design, which also puts forward higher requirements for PCB board technology. After communication with PCB factory and combined with the use of EDA software, the impedance of wiring is controlled according to the requirements of signal integrity.

Es können verschiedene Verdrahtungsmethoden berechnet werden, um den entsprechenden Impedanzwert zu erhalten.

Microstrip lines

• Es besteht aus einem Drahtstreifen mit Massefläche und Dielektrikum in der Mitte. Wenn die Dielektrizitätskonstante, die Breite der Leitung und ihr Abstand von der Masseebene steuerbar sind, dann ist ihre charakteristische Impedanz steuerbar und die Genauigkeit liegt innerhalb von ± 5 %.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Streifenleitung

Eine Bandleitung ist ein Kupferstreifen in der Mitte des Dielektrikums zwischen zwei leitenden Ebenen. If the thickness and width of the line, the dielectric constant of the medium, and the distance between the ground planes of the two layers are controllable, the characteristic impedance of the line is controllable, and the accuracy is within 10%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

The structure of multi-layer board:

Um die PCB-Impedanz gut zu kontrollieren, ist es notwendig, die Struktur der PCB zu verstehen:

Normalerweise besteht das, was wir Mehrschichtplatten nennen, aus einer Kernplatte und einer halbverfestigten Platte, die miteinander laminiert sind. Kernplatine ist eine harte, spezifische Dicke, zwei Brotkupferplatte, die das Grundmaterial der Leiterplatte ist. And the semi-cured piece constitutes the so-called infiltration layer, plays the role of bonding the core plate, although there is a certain initial thickness, but in the process of pressing its thickness will occur some changes.

Üblicherweise sind die äußersten zwei dielektrischen Schichten einer Mehrfachschicht benetzte Schichten, und auf der Außenseite dieser beiden Schichten werden separate Kupferfolienschichten als äußere Kupferfolie verwendet. Die ursprüngliche Dickenspezifikation der äußeren Kupferfolie und der inneren Kupferfolie beträgt im Allgemeinen 0.5 Unzen, 1 Unzen, 2 Unzen (1 Unzen entspricht etwa 35 um oder 1.4 mil), aber nach einer Reihe von Oberflächenbehandlungen erhöht sich die endgültige Dicke der äußeren Kupferfolie im Allgemeinen um etwa 1 UNZE. Die innere Kupferfolie ist die Kupferabdeckung auf beiden Seiten der Kernplatte. Die Enddicke weicht wenig von der ursprünglichen Dicke ab, wird aber im Allgemeinen durch Ätzen um einige um reduziert.

The outermost layer of the multilayer board is the welding resistance layer, which is what we often say “green oil”, of course, it can also be yellow or other colors. The thickness of the solder resistance layer is generally not easy to determine accurately. The area without copper foil on the surface is slightly thicker than the area with copper foil, but because of the lack of copper foil thickness, so the copper foil is still more prominent, when we touch the printed board surface with our fingers can feel.

Wenn eine bestimmte Dicke der Leiterplatte hergestellt wird, ist einerseits eine vernünftige Wahl der Materialparameter erforderlich, andererseits wird die Enddicke der halbgehärteten Platte kleiner als die Anfangsdicke sein. Das Folgende ist eine typische 6-schichtige laminierte Struktur:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

PCB parameters:

Different PCB plants have slight differences in PCB parameters. Through communication with circuit board plant technical support, we obtained some parameter data of the plant:

Oberfläche Kupferfolie:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Die endgültige Dicke nach der Fertigstellung beträgt etwa 44 um, 50 um und 67 um.

Kernplatte: S1141A, Standard FR-4, häufig werden zwei panierte Kupferplatten verwendet. Die optionalen Spezifikationen können durch Kontaktaufnahme mit dem Hersteller ermittelt werden.

Semi-cured tablet:

Specifications (original thickness) are 7628 (0.185mm), 2116 (0.105mm), 1080 (0.075mm), 3313 (0.095mm). The actual thickness after pressing is usually about 10-15um less than the original value. Für dieselbe Infiltrationsschicht können maximal 3 halbgehärtete Tabletten verwendet werden, und die Dicke von 3 halbgehärteten Tabletten kann nicht gleich sein, mindestens eine halbgehärtete Tablette kann verwendet werden, aber einige Hersteller müssen mindestens zwei verwenden . Wenn die Dicke des halbgehärteten Teils nicht ausreicht, kann die Kupferfolie auf beiden Seiten der Kernplatte abgeätzt werden und dann kann das halbgehärtete Stück auf beiden Seiten verklebt werden, so dass eine dickere Infiltrationsschicht hergestellt werden kann erreicht.

Widerstandsschweißschicht:

Die Dicke der Lötstopplackschicht auf der Kupferfolie beträgt C2≈8-10 µm. Die Dicke der Lötstopplackschicht auf der Oberfläche ohne Kupferfolie beträgt C1, die mit der Kupferdicke auf der Oberfläche variiert. Wenn die Kupferdicke auf der Oberfläche 45 µm beträgt, C1≈13-15 µm, und wenn die Kupferdicke auf der Oberfläche 70 µm beträgt, C1≈17-18 µm.

Traverse section:

Wir würden denken, dass der Querschnitt eines Drahtes ein Rechteck ist, aber in Wirklichkeit ist es ein Trapez. Nimmt man die TOP-Schicht als Beispiel, wenn die Dicke der Kupferfolie 1 OZ beträgt, ist die obere untere Kante des Trapezes 1 MIL kürzer als die untere untere Kante. Wenn die Linienbreite beispielsweise 5 MIL beträgt, dann sind die Ober- und Unterseite etwa 4 MIL und die Unter- und Unterseite etwa 5 MIL. The difference between top and bottom edges is related to copper thickness. The following table shows the relationship between top and bottom of trapezoid under different conditions.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Permittivität: Die Permittivität halbgehärteter Platten hängt von der Dicke ab. Die folgende Tabelle zeigt die Dicken- und Permittivitätsparameter verschiedener Arten von halbgehärteten Platten:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

The dielectric constant of the plate is related to the resin material used. The dielectric constant of FR4 plate is 4.2 — 4.7, and decreases with the increase of frequency.

Dielektrischer Verlustfaktor: dielektrische Materialien unter der Einwirkung eines elektrischen Wechselfeldes aufgrund von Wärme und Energieverbrauch wird als dielektrischer Verlust bezeichnet, der normalerweise durch den dielektrischen Verlustfaktor Tan δ ausgedrückt wird. Der typische Wert für S1141A beträgt 0.015.

Minimale Linienbreite und Linienabstand zur Sicherstellung der Bearbeitung: 4mil/4mil.

Einführung in das Impedanzberechnungstool:

Wenn wir den Aufbau des Multilayer-Boards verstehen und die erforderlichen Parameter beherrschen, können wir die Impedanz über die EDA-Software berechnen. Sie können dazu Allegro verwenden, aber ich empfehle Polar SI9000, das ein gutes Werkzeug zur Berechnung der charakteristischen Impedanz ist und jetzt von vielen PCB-Fabriken verwendet wird.

Bei der Berechnung des Wellenwiderstands des inneren Signals sowohl der Differenzleitung als auch der einpoligen Leitung werden Sie aufgrund einiger Details, wie z. B. der Form des Drahtquerschnitts, nur einen geringen Unterschied zwischen Polar SI9000 und Allegro feststellen. Wenn es jedoch darum geht, die charakteristische Impedanz des Oberflächensignals zu berechnen, schlage ich vor, dass Sie das Coated-Modell anstelle des Surface-Modells wählen, da solche Modelle das Vorhandensein einer Lötwiderstandsschicht berücksichtigen, sodass die Ergebnisse genauer sind. Das Folgende ist ein teilweiser Screenshot der Oberflächen-Differenzleitungsimpedanz, die mit Polar SI9000 unter Berücksichtigung der Lötwiderstandsschicht berechnet wurde:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Da die Dicke der Lötstopplackschicht nicht leicht zu kontrollieren ist, kann auch ein Näherungsansatz verwendet werden, wie vom Leiterplattenhersteller empfohlen: Ziehen Sie einen bestimmten Wert von der Oberflächenmodellberechnung ab. Es wird empfohlen, dass die Differenzimpedanz minus 8 Ohm und die Single-End-Impedanz minus 2 Ohm beträgt.

Anforderungen an differentielle Leiterplatten für die Verdrahtung

(1) Bestimmen Sie den Verdrahtungsmodus, die Parameter und die Impedanzberechnung. Es gibt zwei Arten von Differenzmodi für das Leitungsrouting: den Differenzmodus für die Mikrostreifenleitung der äußeren Schicht und den Differenzmodus für die Streifenleitung der inneren Schicht. Die Impedanz kann durch eine entsprechende Impedanzberechnungssoftware (wie POLAR-SI9000) oder eine Impedanzberechnungsformel durch angemessene Parametereinstellungen berechnet werden.

(2) Parallele isometrische Linien. Bestimmen Sie Linienbreite und -abstand und halten Sie sich beim Routing strikt an die berechneten Linienbreite und -abstände. Der Abstand zwischen zwei Linien muss immer unverändert bleiben, also parallel bleiben. There are two ways of parallelism: one is that the two lines walk in the same side-by-side layer, and the other is that the two lines walk in the over-under layer. Versuchen Sie im Allgemeinen zu vermeiden, das Differenzsignal zwischen den Schichten zu verwenden, da nämlich bei der tatsächlichen Verarbeitung von PCB im Prozess aufgrund der kaskadierten laminierten Ausrichtungsgenauigkeit viel geringer ist als zwischen der Ätzpräzision und dem laminierten dielektrischen Verlust, kann nicht garantieren, dass der Unterschied der Linienabstände gleich der Dicke des Zwischenschichtdielektrikums ist, wird der Unterschied zwischen den Schichten der Differenz der Impedanzänderung verursachen. Es wird empfohlen, die Differenz so weit wie möglich innerhalb derselben Schicht zu verwenden.