Како контролисати ПЦБ- отпор?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. Common signals, such as PCI bus, PCI-E bus, USB, Ethernet, DDR memory, LVDS signal, etc., all need impedance control. 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.

Different wiring methods can be calculated to get the corresponding impedance value.

Microstrip lines

• Састоји се од траке жице са равном масом и диелектриком у средини. Ако се диелектрична константа, ширина линије и њено растојање од уземљења могу контролисати, онда је карактеристична импеданса контролисана, а тачност ће бити унутар ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Стриплине

Линија врпце је бакарна трака у средини диелектрика између две проводне равни. 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:

Да би се добро контролисала импеданса ПЦБ -а, потребно је разумети структуру ПЦБ -а:

Обично оно што називамо вишеслојна плоча састоји се од језгрене плоче и получврсте плоче међусобно ламиниране. Основна плоча је тврда, специфичне дебљине, две бакарне плоче за хлеб, који је основни материјал штампане плоче. 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.

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. Оригинална спецификација дебљине спољашње бакарне фолије и унутрашње бакарне фолије је генерално 0.5 оз, 1 оз, 2 оз (1 оз је око 35ум или 1.4 мил), али након серије површинске обраде, коначна дебљина спољне бакарне фолије ће се генерално повећати за око 1ОЗ. Унутрашња бакарна фолија је бакарна облога са обе стране плоче језгра. Коначна дебљина се мало разликује од првобитне дебљине, али се генерално смањује за неколико ум због нагризања.

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.

Када се направи одређена дебљина штампане плоче, с једне стране, потребан је разуман избор параметара материјала, с друге стране, коначна дебљина полустврднутог лима бит ће мања од почетне дебљине. The following is a typical 6-layer laminated structure:

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:

Површинска бакарна фолија:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. The final thickness after finishing is about 44um, 50um and 67um.

Core plate: S1141A, standard FR-4, two breaded copper plates are commonly used. The optional specifications can be determined by contacting the manufacturer.

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. За исти инфилтрациони слој могу се користити највише 3 полустврднуте таблете, а дебљина 3 полустврднуте таблете не може бити иста, може се користити најмање једна полустврднута таблета, али неки произвођачи морају користити најмање две . If the thickness of the semi-cured piece is not enough, the copper foil on both sides of the core plate can be etched off, and then the semi-cured piece can be bonded on both sides, so that a thicker infiltration layer can be achieved.

Resistance welding layer:

The thickness of the solder resist layer on the copper foil is C2≈8-10um. The thickness of the solder resist layer on the surface without copper foil is C1, which varies with the thickness of copper on the surface. When the thickness of copper on the surface is 45um, C1≈13-15um, and when the thickness of copper on the surface is 70um, C1≈17-18um.

Traverse section:

Мислили бисмо да је попречни пресек жице правоугаоник, али то је заправо трапез. Taking the TOP layer as an example, when the thickness of copper foil is 1OZ, the upper bottom edge of trapezoid is 1MIL shorter than the lower bottom edge. На пример, ако је ширина линије 5МИЛ, горња и доња страна су око 4МИЛ, а доња и доња страна су око 5МИЛ. 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

Дозвола: Допустност полусушених лимова повезана је с дебљином. У следећој табели приказани су параметри дебљине и пропусности различитих врста полустврднутих лимова:

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.

Dielectric loss factor: dielectric materials under the action of alternating electric field, due to heat and energy consumption is called dielectric loss, usually expressed by dielectric loss factor Tan δ. Типична вредност за С1141А је 0.015.

Минимална ширина линије и размак између редова за обезбеђивање обраде: 4мил/4мил.

Увод у алат за прорачун импедансе:

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:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Будући да се дебљина слоја отпорног на лемљење не може лако контролисати, такође се може користити приближан приступ, према препоруци произвођача плоче: одузмите одређену вредност из прорачуна модела Сурфаце. Препоручује се да диференцијална импеданција буде минус 8 ома, а импеданса са једног краја минус 2 ома.

Диференцијални захтеви за ПЦБ за ожичење

(1) Determine the wiring mode, parameters and impedance calculation. There are two kinds of difference modes for line routing: outer layer microstrip line difference mode and inner layer strip line difference mode. Impedance can be calculated by related impedance calculation software (such as POLAR-SI9000) or impedance calculation formula through reasonable parameter setting.

(2) Паралелне изометријске линије. Одредите ширину линије и размак и строго се придржавајте израчунате ширине линије и размака приликом рутирања. Размак између две линије мора увек остати непромењен, односно да остане паралелан. 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. Уопштено, покушајте да избегнете коришћење сигнала разлике између слојева, наиме зато што је у стварној обради ПЦБ -а у процесу, због каскадног ламинираног поравнања тачност поравнања много нижа него што је предвиђено између прецизности јеткања, и у процесу ламинираног диелектричног губитка, не може гарантовати да је разлика у размаку линија једнака дебљини међуслојног диелектрика, узроковаће разлику између слојева разлике промене импедансе. Препоручује се да се разлика унутар истог слоја користи што је више могуће.