როგორ გავაკონტროლოთ PCB წინაღობა?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. საერთო სიგნალებს, როგორიცაა PCI ავტობუსი, PCI-E ავტობუსი, USB, Ethernet, DDR მეხსიერება, LVDS სიგნალი და სხვა, ყველა საჭიროებს წინაღობის კონტროლს. 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.

გაყვანილობის სხვადასხვა მეთოდი შეიძლება გამოითვალოს შესაბამისი წინაღობის მნიშვნელობის მისაღებად.

Microstrip lines

• იგი შედგება მავთულის ზოლისგან, რომელსაც აქვს მიწის სიბრტყე და დიელექტრიკი შუაში. თუ დიელექტრიკული მუდმივა, ხაზის სიგანე და მისი დაშორება მიწის სიბრტყიდან არის კონტროლირებადი, მაშინ მისი დამახასიათებელი წინაღობა კონტროლირებადია და სიზუსტე იქნება ± 5%-ის ფარგლებში.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

სტრიპლაინი

ლენტის ხაზი არის სპილენძის ზოლი დიელექტრიკის შუაგულში ორ გამტარ სიბრტყეს შორის. 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:

PCB წინაღობის კარგად გასაკონტროლებლად, აუცილებელია PCB სტრუქტურის გაგება:

ჩვეულებრივ, რასაც ჩვენ ვეძახით მრავალ ფენის დაფას, შედგება ძირითადი ფირფიტისა და ნახევრად გამყარებული ფურცლისგან, რომელიც ლამინირებულია ერთმანეთთან ერთად. ძირითადი დაფა არის მყარი, სპეციფიკური სისქის, ორი პურის სპილენძის ფირფიტა, რომელიც დაბეჭდილი დაფის ძირითადი მასალაა. 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.

როგორც წესი, მრავალ ფენის გარედან ორი დიელექტრიკული ფენა სველი ფენებია, ხოლო სპილენძის კილიტის ცალკეული ფენები გამოიყენება ამ ორი ფენის გარედან, როგორც გარე სპილენძის კილიტა. გარე სპილენძის კილიტა და შიდა სპილენძის კილიტა თავდაპირველი სისქის სპეციფიკაციაა ზოგადად 0.5oz, 1OZ, 2OZ (1OZ არის დაახლოებით 35um ან 1.4mil), მაგრამ ზედაპირული დამუშავების სერიის შემდეგ, გარე სპილენძის კილიტის საბოლოო სისქე საერთოდ გაიზრდება დაახლოებით 1OZ შიდა სპილენძის კილიტა არის სპილენძის საფარი ძირითადი ფირფიტის ორივე მხარეს. საბოლოო სისქე ოდნავ განსხვავდება თავდაპირველი სისქისაგან, მაგრამ ის, როგორც წესი, მცირდება რამოდენიმე um- ით გრავირების გამო.

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.

როდესაც ნაბეჭდი დაფის კონკრეტული სისქე მზადდება, ერთი მხრივ, საჭიროა მასალის პარამეტრების გონივრული არჩევანი, მეორეს მხრივ, ნახევრად დამუშავებული ფურცლის საბოლოო სისქე უფრო მცირე იქნება ვიდრე თავდაპირველი სისქე. ქვემოთ მოცემულია ტიპიური 6 ფენის ლამინირებული სტრუქტურა:

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:

ზედაპირის სპილენძის კილიტა:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. დასრულების შემდეგ საბოლოო სისქე არის დაახლოებით 44um, 50um და 67um.

ძირითადი ფირფიტა: S1141A, სტანდარტული FR-4, ჩვეულებრივ გამოიყენება ორი პურიანი სპილენძის ფირფიტა. სურვილისამებრ სპეციფიკაციები შეიძლება დადგინდეს მწარმოებელთან დაკავშირების გზით.

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. ერთი და იგივე ინფილტრაციის ფენისთვის შეიძლება გამოყენებულ იქნეს მაქსიმუმ 3 ნახევრად დამუშავებული ტაბლეტი, ხოლო 3 ნახევრად დამუშავებული ტაბლეტის სისქე არ შეიძლება იყოს ერთიდაიგივე, შეიძლება გამოყენებულ იქნას მინიმუმ ნახევრად დამუშავებული ტაბლეტი, მაგრამ ზოგიერთმა მწარმოებელმა უნდა გამოიყენოს მინიმუმ ორი რა თუ ნახევრად დამუშავებული ნაჭრის სისქე არ არის საკმარისი, ძირითადი ფირფიტის ორივე მხარეს სპილენძის კილიტა შეიძლება ამოჭრილი იყოს, შემდეგ კი ნახევრად დამუშავებული ნაჭერი შეკრული იყოს ორივე მხრიდან, ისე რომ უფრო სქელი ინფილტრაციის ფენა იყოს მიღწეული.

წინააღმდეგობის შედუღების ფენა:

სპილენძის კილიტაზე შედუღების წინააღმდეგობის ფენის სისქე არის C2≈8-10um. ზედაპირზე სპილენძის ფოლგის გარეშე ზედაპირზე გამაგრების წინააღმდეგობის ფენა არის C1, რომელიც იცვლება ზედაპირზე სპილენძის სისქესთან ერთად. როდესაც სპილენძის სისქე ზედაპირზე 45um, C1≈13-15um, და როდესაც სპილენძის სისქე ზედაპირზე 70um, C1≈17-18um.

გადაკვეთის განყოფილება:

ჩვენ ვიფიქრებთ, რომ მავთულის განივი მონაკვეთი მართკუთხედია, მაგრამ სინამდვილეში ეს ტრაპეციაა. მაგალითისთვის ავიღოთ TOP ფენა, როდესაც სპილენძის ფოლგის სისქეა 1OZ, ტრაპეციის ზედა ქვედა კიდე 1 მლნ მოკლეა ქვედა ქვედა კიდეზე. მაგალითად, თუ ხაზის სიგანე არის 5 მლნ, მაშინ ზედა და ქვედა მხარეები დაახლოებით 4 მლნ და ქვედა და ქვედა მხარეები დაახლოებით 5 მლნ. 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

გამტარუნარიანობა: ნახევრად გამომშრალი ფურცლების გამტარიანობა დაკავშირებულია სისქესთან. ქვემოთ მოცემულ ცხრილში ნაჩვენებია სხვადასხვა სახის ნახევრად დამუშავებული ფურცლების სისქე და გამტარიანობის პარამეტრები:

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.

დიელექტრიკული დაკარგვის ფაქტორი: დიელექტრიკული მასალები ალტერნატიული ელექტრული ველის მოქმედების ქვეშ, სითბოს და ენერგიის მოხმარების გამო ეწოდება დიელექტრიკული დანაკარგი, ჩვეულებრივ გამოხატულია დიელექტრიკული დაკარგვის ფაქტორით Tan δ. S1141A– ს ტიპიური მნიშვნელობა არის 0.015.

მინიმალური ხაზის სიგანე და ინტერვალი ხაზის დამუშავების უზრუნველსაყოფად: 4 მლ/4 მლ.

წინაღობის გამოთვლის ინსტრუმენტის დანერგვა:

როდესაც ჩვენ გვესმის მრავალშრიანი დაფის სტრუქტურა და ვითვისებთ საჭირო პარამეტრებს, ჩვენ შეგვიძლია გამოვთვალოთ წინაღობა EDA პროგრამული უზრუნველყოფის საშუალებით. თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ Allegro ამისათვის, მაგრამ მე გირჩევთ Polar SI9000, რომელიც არის კარგი ინსტრუმენტი მახასიათებელი წინაღობის გამოსათვლელად და ახლა მას იყენებენ PCB– ს მრავალი ქარხანა.

დიფერენციალური ხაზისა და ერთი ტერმინალური ხაზის შიდა სიგნალის დამახასიათებელი წინაღობის გამოთვლისას თქვენ პოულობთ მხოლოდ მცირე განსხვავებას Polar SI9000- სა და Allegro- ს შორის ზოგიერთი დეტალის გამო, როგორიცაა მავთულის ჯვრის მონაკვეთის ფორმა. თუმცა, ზედაპირული სიგნალის დამახასიათებელი წინაღობის გამოსათვლელად, მე გირჩევთ ზედაპირის მოდელის ნაცვლად აირჩიოთ დაფარული მოდელი, რადგან ასეთი მოდელები ითვალისწინებენ შედუღების წინააღმდეგობის ფენის არსებობას, ამიტომ შედეგები უფრო ზუსტი იქნება. ქვემოთ მოცემულია ზედაპირული დიფერენციალური ხაზის წინაღობის ნაწილობრივი ეკრანის ანაზღაურება Polar SI9000– ით, შედუღების წინააღმდეგობის ფენის გათვალისწინებით:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

ვინაიდან შედუღების წინააღმდეგობის ფენის სისქე არ არის ადვილად კონტროლირებადი, ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას სავარაუდო მიდგომა, დაფის მწარმოებლის რეკომენდაციით: ზედაპირის მოდელის გაანგარიშებიდან გამოაკლოთ კონკრეტული მნიშვნელობა. რეკომენდებულია დიფერენციალური წინაღობა იყოს მინუს 8 Ohms და ერთჯერადი წინაღობა იყოს მინუს 2 ohms.

დიფერენციალური PCB მოთხოვნები გაყვანილობისთვის

(1) განსაზღვრეთ გაყვანილობის რეჟიმი, პარამეტრები და წინაღობის გაანგარიშება. ხაზის მარშრუტიზაციის განსხვავების ორი ტიპი არსებობს: გარე ფენის მიკროსტრიპის ხაზის განსხვავების რეჟიმი და შიდა ფენის ზოლის ხაზის სხვაობის რეჟიმი. წინაღობა შეიძლება გამოითვალოს წინაღობის გამოთვლის შესაბამისი პროგრამული უზრუნველყოფის საშუალებით (როგორიცაა POLAR-SI9000) ან წინაღობის გამოთვლის ფორმულა გონივრული პარამეტრის პარამეტრების საშუალებით.

(2) პარალელური იზომეტრიული ხაზები. განსაზღვრეთ ხაზის სიგანე და ინტერვალი და მკაცრად დაიცავით გამოთვლილი ხაზის სიგანე და ინტერვალი მარშრუტის დროს. ორ ხაზს შორის მანძილი ყოველთვის უცვლელი უნდა დარჩეს, ანუ პარალელურად. 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. ზოგადად შეეცადეთ თავიდან აიცილოთ განსხვავებების სიგნალის გამოყენება ფენებს შორის, კერძოდ იმიტომ, რომ პროცესში PCB– ს ფაქტობრივი დამუშავებისას, კასკადური ლამინირებული განლაგების გამო, სიზუსტე გაცილებით დაბალია, ვიდრე გათვალისწინებულია გრავირების სიზუსტეს შორის და ლამინირებული დიელექტრიკული დაკარგვის პროცესში, არ შეუძლია გარანტიას მისცეს განსხვავება ხაზის ინტერვალი ტოლია დიაპაზონის დიელექტრიკის სისქისა, გამოიწვევს წინაღობის სხვაობის სხვაობის ფენებს შორის სხვაობას. მიზანშეწონილია გამოიყენოთ განსხვავება იმავე ფენაში მაქსიმალურად.