Kuinka hallita PCB impedanssi?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. Yleiset signaalit, kuten PCI-väylä, PCI-E-väylä, USB, Ethernet, DDR-muisti, LVDS-signaali jne., Kaikki tarvitsevat impedanssiohjausta. Impedanssin ohjaus on viime kädessä toteutettava PCB -suunnittelun avulla, mikä myös asettaa korkeampia vaatimuksia piirilevytekniikalle. Kommunikoinnin jälkeen piirilevytehtaan kanssa ja yhdistettynä EDA -ohjelmiston käyttöön johdotuksen impedanssia ohjataan signaalin eheyden vaatimusten mukaisesti.

Eri johdotusmenetelmät voidaan laskea vastaavan impedanssiarvon saamiseksi.

Microstrip lines

• Se koostuu vaijerinauhasta, jonka maataso ja dielektrinen elementti ovat keskellä. Jos dielektrisyysvakio, viivan leveys ja etäisyys maatasosta ovat säädettävissä, sen ominaisimpedanssi on säädettävissä ja tarkkuus on ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Nauhalinja

Nauhaviiva on kupariliuska eristeen keskellä kahden johtavan tason välissä. Jos viivan paksuus ja leveys, väliaineen dielektrisyysvakio ja kahden kerroksen maatasojen välinen etäisyys ovat säädettävissä, viivan ominaisimpedanssi on hallittavissa ja tarkkuus on 10%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

The structure of multi-layer board:

PCB -impedanssin hallitsemiseksi on ymmärrettävä PCB: n rakenne:

Yleensä se, mitä kutsumme monikerroksiseksi levyksi, koostuu ydinlevystä ja puolikovetetusta levystä, jotka on laminoitu yhteen. Ydinlevy on kova, erityispaksuinen, kahden leivän kuparilevy, joka on painetun kartongin perusmateriaali. 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.

Yleensä monikerroksen kaksi ulointa eristekerrosta ovat kostutettuja kerroksia, ja näiden kahden kerroksen ulkopuolella käytetään erillisiä kuparikalvokerroksia ulommana kuparikalvona. Ulkoisen kuparikalvon ja sisemmän kuparikalvon alkuperäinen paksuusmääritys on yleensä 0.5oz, 1OZ, 2OZ (1OZ on noin 35um tai 1.4mil), mutta pintakäsittelyn jälkeen ulomman kuparikalvon lopullinen paksuus kasvaa yleensä noin 1OZ. Sisäinen kuparikalvo on ydinlevyn molemmin puolin oleva kuparipäällyste. Lopullinen paksuus eroaa vähän alkuperäisestä paksuudesta, mutta se on yleensä pienentynyt useita um etsauksen vuoksi.

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.

Kun painetulle kartongille tehdään tietty paksuus, toisaalta vaaditaan kohtuulliset materiaaliparametrien valinnat, toisaalta puolikovetetun arkin lopullinen paksuus on pienempi kuin alkuperäinen paksuus. Seuraava on tyypillinen 6-kerroksinen laminoitu rakenne:

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:

Pinta kuparifolio:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Lopullinen paksuus viimeistelyn jälkeen on noin 44um, 50um ja 67um.

Ydinlevy: S1141A, vakio FR-4, kaksi yleistä kuparilevyä käytetään yleisesti. Valinnaiset tekniset tiedot voidaan määrittää ottamalla yhteyttä valmistajaan.

Semi-cured tablet:

Tekniset tiedot (alkuperäinen paksuus) ovat 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm). Todellinen paksuus puristuksen jälkeen on yleensä noin 10-15 um pienempi kuin alkuperäinen arvo. Samalle tunkeutumiskerrokselle voidaan käyttää enintään 3 puolikovettua tablettia, eikä kolmen puolikovetetun tabletin paksuus voi olla sama, vähintään puolikovetettua tablettia voidaan käyttää, mutta joidenkin valmistajien on käytettävä vähintään kahta . Jos puolikovetetun kappaleen paksuus ei riitä, sydänlevyn molemmin puolin oleva kuparikalvo voidaan syövyttää pois, ja sitten puolikovettu kappale voidaan liimata molemmilta puolilta, jotta paksumpi tunkeutumiskerros voidaan saavutettu.

Vastushitsauskerros:

Kuparikalvon juotosvastuskerroksen paksuus on C2≈8-10um. Juotoskestävän kerroksen paksuus pinnalla ilman kuparikalvoa on C1, joka vaihtelee pinnan kuparin paksuuden mukaan. Kun kuparin paksuus pinnalla on 45um, C1≈13-15um ja kun kuparin paksuus pinnalla on 70um, C1≈17-18um.

Poikkileikkaus:

Voisimme ajatella, että langan poikkileikkaus on suorakulmio, mutta se on itse asiassa puolisuunnikas. Esimerkkinä TOP -kerros, kun kuparikalvon paksuus on 1 OZ, puolisuunnikkaan yläreuna on 1 MIL lyhyempi kuin alareuna. Jos esimerkiksi viivan leveys on 5 MIL, ylä- ja alareunat ovat noin 4 MIL ja ala- ja alapuolet ovat noin 5 MIL. Ero ylä- ja alareunojen välillä liittyy kuparin paksuuteen. Seuraava taulukko esittää puolisuunnikkaan ylä- ja alaosan välisen suhteen eri olosuhteissa.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Sallivuus: Puolikovettuneiden levyjen läpäisevyys riippuu paksuudesta. Seuraavassa taulukossa esitetään erityyppisten puolikovetettujen levyjen paksuus- ja läpäisevyysparametrit:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Levyn dielektrisyysvakio liittyy käytettyyn hartsimateriaaliin. FR4 -levyn dielektrisyysvakio on 4.2 – 4.7 ja pienenee taajuuden kasvaessa.

Dielektrinen häviökerroin: dielektrisiä materiaaleja vaihtelevan sähkökentän vaikutuksesta lämmön ja energian kulutuksen vuoksi kutsutaan dielektriseksi häviöksi, joka yleensä ilmaistaan ​​dielektrisellä häviökerroimella Tan δ. S1141A: n tyypillinen arvo on 0.015.

Vähimmäisviivan leveys ja riviväli koneistuksen varmistamiseksi: 4mil/4mil.

Impedanssin laskentatyökalun esittely:

Kun ymmärrämme monikerroslevyn rakenteen ja hallitsemme tarvittavat parametrit, voimme laskea impedanssin EDA -ohjelmiston avulla. Voit tehdä tämän käyttämällä Allegroa, mutta suosittelen Polar SI9000 -laitetta, joka on hyvä työkalu ominaisimpedanssin laskemiseen ja jota monet PCB -tehtaat käyttävät nyt.

Kun lasketaan sekä differentiaalilinjan että yksittäisen päätejohdon sisäisen signaalin ominaisimpedanssi, Polar SI9000: n ja Allegro: n välillä on vain pieni ero joidenkin yksityiskohtien, kuten johtimen poikkileikkauksen muodon vuoksi. Jos kuitenkin halutaan laskea pintasignaalin ominaisimpedanssi, ehdotan, että valitset pinnoitetun mallin pintamallin sijasta, koska tällaiset mallit ottavat huomioon juotosvastuskerroksen, joten tulokset ovat tarkempia. Seuraavassa on osittainen kuvakaappaus pinnan differentiaalilinjan impedanssista, joka on laskettu Polar SI9000: lla ottaen huomioon juotosvastuskerroksen:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Koska juotosvastuskerroksen paksuus ei ole helposti hallittavissa, voidaan käyttää myös likimääräistä lähestymistapaa, kuten levyn valmistaja suosittelee: vähennä tietty arvo Surface -mallin laskennasta. On suositeltavaa, että differentiaali-impedanssi on miinus 8 ohmia ja yksipäinen impedanssi miinus 2 ohmia.

Johdotuksen erilaiset piirilevyvaatimukset

(1) Määritä johdotustila, parametrit ja impedanssilaskenta. Linjareitityksessä on kahdenlaisia ​​erotiloja: ulomman kerroksen mikroliuskajohdon erotustila ja sisäkerroksen nauhalinjan erotila. Impedanssi voidaan laskea asiaankuuluvalla impedanssin laskentaohjelmistolla (kuten POLAR-SI9000) tai impedanssin laskentakaavalla kohtuullisen parametriasetuksen avulla.

(2) Rinnakkaiset isometriset suorat. Määritä viivan leveys ja väli ja noudata tiukasti laskettua viivan leveyttä ja väliä reitityksen aikana. Kahden rivin välisen etäisyyden on aina pysyttävä muuttumattomana, eli se on pidettävä rinnakkaisena. 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. Yritä yleensä välttää kerrosten välisen erosignaalin käyttämistä, nimittäin siksi, että PCB: n varsinaisessa käsittelyssä prosessissa, laminoidun linjauksen kohdistustarkkuus on paljon pienempi kuin syövytystarkkuuden ja laminoidun dielektrisen häviön välillä, ei voi taata eroa riviväli on sama kuin paksuus välikerroksen dielektrinen, aiheuttaa eron kerrosten ero impedanssin muutos. On suositeltavaa käyttää eroa saman kerroksen sisällä mahdollisimman paljon.