Comment contrôler PCB impédance?

Sans contrôle d’impédance, une réflexion et une distorsion considérables du signal seront provoquées, entraînant un échec de la conception. Les signaux communs, tels que le bus PCI, le bus PCI-E, l’USB, l’Ethernet, la mémoire DDR, le signal LVDS, etc., nécessitent tous un contrôle d’impédance. Le contrôle de l’impédance doit en fin de compte être réalisé via la conception des circuits imprimés, qui met également en avant des exigences plus élevées pour la technologie des circuits imprimés. Après communication avec l’usine de PCB et combinée à l’utilisation du logiciel EDA, l’impédance du câblage est contrôlée en fonction des exigences d’intégrité du signal.

Différentes méthodes de câblage peuvent être calculées pour obtenir la valeur d’impédance correspondante.

Lignes microruban

• Il se compose d’une bande de fil avec le plan de masse et le diélectrique au milieu. Si la constante diélectrique, la largeur de la ligne et sa distance par rapport au plan de masse sont contrôlables, alors son impédance caractéristique est contrôlable et la précision sera de ± 5%.

Qu’est-ce que le contrôle d’impédance comment effectuer un contrôle d’impédance sur PCB

Stripline

Une ligne ruban est une bande de cuivre au milieu du diélectrique entre deux plans conducteurs. 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%.

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La structure du panneau multicouche :

Afin de bien contrôler l’impédance du PCB, il est nécessaire de comprendre la structure du PCB :

Habituellement, ce que nous appelons un panneau multicouche est composé d’une plaque centrale et d’une feuille semi-solidifiée laminées les unes avec les autres. Le panneau central est une plaque de cuivre dure et spécifique à deux pains, qui est le matériau de base du panneau imprimé. Et la pièce semi-durcie constitue la couche dite d’infiltration, joue le rôle de liaison de la plaque centrale, bien qu’il y ait une certaine épaisseur initiale, mais dans le processus de pressage son épaisseur se produira quelques changements.

Usually the outermost two dielectric layers of a multilayer are wetted layers, and separate copper foil layers are used on the outside of these two layers as the outer copper foil. La spécification d’épaisseur d’origine de la feuille de cuivre externe et de la feuille de cuivre interne est généralement de 0.5 oz, 1 oz, 2 oz (1 oz est d’environ 35 um ou 1.4 mil), mais après une série de traitements de surface, l’épaisseur finale de la feuille de cuivre externe augmentera généralement d’environ 1OZ. La feuille de cuivre intérieure est le revêtement en cuivre des deux côtés de la plaque centrale. L’épaisseur finale diffère peu de l’épaisseur d’origine, mais elle est généralement réduite de plusieurs um du fait de la gravure.

La couche la plus externe du panneau multicouche est la couche de résistance au soudage, ce que nous disons souvent «huile verte», bien sûr, elle peut aussi être jaune ou d’autres couleurs. 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.

When a particular thickness of the printed board is made, on the one hand, reasonable choice of material parameters is required, on the other hand, the final thickness of the semi-cured sheet will be smaller than the initial thickness. Voici une structure laminée typique à 6 couches :

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Paramètres PCB :

Différentes usines de PCB ont de légères différences dans les paramètres de PCB. Grâce à la communication avec le support technique de l’usine de circuits imprimés, nous avons obtenu quelques données de paramètres de l’usine :

Feuille de cuivre de surface :

Il existe trois épaisseurs de feuille de cuivre qui peuvent être utilisées : 12um, 18um et 35um. L’épaisseur finale après finition est d’environ 44um, 50um et 67um.

Plaque de noyau : S1141A, standard FR-4, deux plaques de cuivre panées sont couramment utilisées. Les spécifications optionnelles peuvent être déterminées en contactant le fabricant.

Comprimé semi-durci :

Les spécifications (épaisseur d’origine) sont 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm). L’épaisseur réelle après pressage est généralement inférieure d’environ 10 à 15 µm à la valeur d’origine. Un maximum de 3 comprimés semi-durcis peut être utilisé pour la même couche d’infiltration, et l’épaisseur de 3 comprimés semi-durcis ne peut pas être la même, au moins un comprimé à moitié durci peut être utilisé, mais certains fabricants doivent en utiliser au moins deux . Si l’épaisseur de la pièce semi-durcie n’est pas suffisante, la feuille de cuivre des deux côtés de la plaque centrale peut être gravée, puis la pièce semi-durcie peut être collée des deux côtés, de sorte qu’une couche d’infiltration plus épaisse puisse être atteint.

Couche de soudure par résistance :

L’épaisseur de la couche de réserve de soudure sur la feuille de cuivre est C2≈8-10um. L’épaisseur de la couche de réserve de soudure sur la surface sans feuille de cuivre est C1, qui varie avec l’épaisseur de cuivre sur la surface. Lorsque l’épaisseur de cuivre sur la surface est de 45um, C1≈13-15um, et lorsque l’épaisseur de cuivre sur la surface est de 70um, C1≈17-18um.

Section traversée :

On pourrait penser que la section transversale d’un fil est un rectangle, mais c’est en fait un trapèze. En prenant la couche TOP comme exemple, lorsque l’épaisseur de la feuille de cuivre est de 1OZ, le bord inférieur supérieur du trapèze est 1MIL plus court que le bord inférieur inférieur. Par exemple, si la largeur de ligne est de 5 MIL, alors les côtés supérieur et inférieur sont d’environ 4 MIL et les côtés inférieur et inférieur sont d’environ 5 MIL. La différence entre les bords supérieur et inférieur est liée à l’épaisseur du cuivre. Le tableau suivant montre la relation entre le haut et le bas du trapèze dans différentes conditions.

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Permittivité : La permittivité des feuilles semi-durcies est liée à l’épaisseur. Le tableau suivant montre les paramètres d’épaisseur et de permittivité de différents types de tôles semi-durcies :

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La constante diélectrique de la plaque est liée au matériau de résine utilisé. La constante diélectrique de la plaque FR4 est de 4.2 à 4.7 et diminue avec l’augmentation de la fréquence.

Facteur de perte diélectrique: les matériaux diélectriques sous l’action d’un champ électrique alternatif, dû à la chaleur et à la consommation d’énergie, sont appelés pertes diélectriques, généralement exprimées par le facteur de perte diélectrique Tan δ. La valeur typique pour S1141A est de 0.015.

Minimum line width and line spacing to ensure machining: 4mil/4mil.

Impedance calculation tool introduction:

When we understand the structure of the multilayer board and master the required parameters, we can calculate the impedance through EDA software. You can use Allegro to do this, but I recommend Polar SI9000, which is a good tool for calculating characteristic impedance and is now used by many PCB factories.

When calculating the characteristic impedance of the inner signal of both the differential line and the single terminal line, you will find only a slight difference between Polar SI9000 and Allegro due to some details, such as the shape of the cross section of the wire. However, if it is to calculate the characteristic impedance of the Surface signal, I suggest you choose the Coated model instead of the Surface model, because such models take into account the existence of solder resistance layer, so the results will be more accurate. The following is a partial screenshot of the surface differential line impedance calculated with Polar SI9000 considering the solder resistance layer:

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Since the thickness of the solder resist layer is not easily controlled, an approximate approach can also be used, as recommended by the board manufacturer: subtract a specific value from the Surface model calculation. It is recommended that the differential impedance be minus 8 ohms and the single-end impedance be minus 2 ohms.

Differential PCB requirements for wiring

(1) Determine the wiring mode, parameters and impedance calculation. Il existe deux types de modes de différence pour le routage de ligne : le mode de différence de ligne microruban de couche externe et le mode de différence de ligne de ruban de couche intérieure. L’impédance peut être calculée par un logiciel de calcul d’impédance associé (tel que POLAR-SI9000) ou une formule de calcul d’impédance via un paramétrage raisonnable.

(2) Lignes isométriques parallèles. Déterminez la largeur et l’espacement des lignes et suivez strictement la largeur et l’espacement des lignes calculés lors du routage. L’espacement entre deux lignes doit toujours rester inchangé, c’est-à-dire rester parallèle. Il existe deux manières de parallélisme : l’une est que les deux lignes marchent dans la même couche côte à côte, et l’autre est que les deux lignes marchent dans la couche superposée. Essayez généralement d’éviter d’utiliser le signal de différence entre les couches, notamment parce que dans le traitement réel du PCB dans le processus, en raison de la précision d’alignement stratifié en cascade est beaucoup plus faible que celle fournie entre la précision de gravure et dans le processus de perte diélectrique stratifiée, ne peut pas garantir que l’espacement des lignes de différence est égal à l’épaisseur du diélectrique intercouche, provoquera la différence entre les couches de la différence de changement d’impédance. Il est recommandé d’utiliser autant que possible la différence au sein de la même couche.