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 finalement être réalisé grâce à la conception de circuits imprimés, qui met également en avant des exigences plus élevées pour PCB bord La technologie. 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%.

Comment contrôler l’impédance du câblage PCB

Stripline

Une ligne ruban est une bande de cuivre au milieu du diélectrique entre deux plans conducteurs. Si l’épaisseur et la largeur de la ligne, la constante diélectrique du milieu et la distance entre les plans de masse des deux couches sont contrôlables, l’impédance caractéristique de la ligne est contrôlable et la précision est de moins de 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.

Habituellement, les deux couches diélectriques les plus externes d’une multicouche sont des couches mouillées, et des couches de feuille de cuivre séparées sont utilisées à l’extérieur de ces deux couches en tant que feuille de cuivre externe. 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. L’épaisseur de la couche de résistance de soudure n’est généralement pas facile à déterminer avec précision. La zone sans feuille de cuivre sur la surface est légèrement plus épaisse que la zone avec une feuille de cuivre, mais en raison du manque d’épaisseur de la feuille de cuivre, la feuille de cuivre est encore plus importante lorsque nous touchons la surface du tableau imprimé avec nos doigts.

Lorsqu’une épaisseur particulière de la carte imprimée est réalisée, d’une part, un choix raisonnable des paramètres de matériau est requis, d’autre part, l’épaisseur finale de la feuille semi-durcie sera inférieure à l’épaisseur initiale. 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.

Comment contrôler l’impédance du câblage PCB

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 :

Comment contrôler l’impédance du câblage PCB

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.

Largeur de ligne et espacement de ligne minimum pour assurer l’usinage : 4 mil/4 mil.

Présentation de l’outil de calcul d’impédance :

Lorsque nous comprenons la structure de la carte multicouche et maîtrisons les paramètres requis, nous pouvons calculer l’impédance grâce au logiciel EDA. Vous pouvez utiliser Allegro pour ce faire, mais je recommande Polar SI9000, qui est un bon outil pour calculer l’impédance caractéristique et est maintenant utilisé par de nombreuses usines de PCB.

Lors du calcul de l’impédance caractéristique du signal interne de la ligne différentielle et de la ligne à borne unique, vous ne trouverez qu’une légère différence entre Polar SI9000 et Allegro en raison de certains détails, tels que la forme de la section transversale du fil. Cependant, si c’est pour calculer l’impédance caractéristique du signal Surface, je vous suggère de choisir le modèle Coated au lieu du modèle Surface, car de tels modèles prennent en compte l’existence de couche de résistance de soudure, donc les résultats seront plus précis. Ce qui suit est une capture d’écran partielle de l’impédance de ligne différentielle de surface calculée avec Polar SI9000 en tenant compte de la couche de résistance de soudure :

Comment contrôler l’impédance du câblage PCB

Étant donné que l’épaisseur de la couche de réserve de soudure n’est pas facilement contrôlée, une approche approximative peut également être utilisée, comme recommandé par le fabricant de la carte : soustraire une valeur spécifique du calcul du modèle de surface. Il est recommandé que l’impédance différentielle soit de moins 8 ohms et que l’impédance à une extrémité soit de moins 2 ohms.

Exigences différentielles de PCB pour le câblage

(1) Déterminer le mode de câblage, les paramètres et le calcul de l’impédance. 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.