nasıl kontrol edilir PCB iç direnç?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. PCI veri yolu, PCI-E veri yolu, USB, Ethernet, DDR bellek, LVDS sinyali vb. gibi genel sinyallerin tümü empedans kontrolüne ihtiyaç duyar. Empedans kontrolünün nihayetinde PCB tasarımı yoluyla gerçekleştirilmesi gerekir, bu da PCB kartı teknolojisi için daha yüksek gereksinimleri ortaya koyar. PCB fabrikası ile iletişim kurulduktan ve EDA yazılımının kullanımıyla birleştirildikten sonra, kablolamanın empedansı, sinyal bütünlüğü gereksinimlerine göre kontrol edilir.

Karşılık gelen empedans değerini elde etmek için farklı kablolama yöntemleri hesaplanabilir.

Microstrip lines

• Ortasında toprak düzlemi ve dielektrik olan bir tel şeridinden oluşur. Dielektrik sabiti, hattın genişliği ve yer düzleminden uzaklığı kontrol edilebilirse, karakteristik empedansı kontrol edilebilir ve doğruluk ± %5 içinde olacaktır.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Şerit hat

Bir şerit hattı, iki iletken düzlem arasındaki dielektrik ortasında bir bakır şerittir. Hattın kalınlığı ve genişliği, ortamın dielektrik sabiti ve iki katmanın yer düzlemleri arasındaki mesafe kontrol edilebilirse, hattın karakteristik empedansı kontrol edilebilir ve doğruluk %10 içindedir.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

The structure of multi-layer board:

PCB empedansını iyi kontrol etmek için PCB’nin yapısını anlamak gerekir:

Genellikle çok katmanlı levha dediğimiz şey, birbiriyle lamine edilmiş çekirdek plaka ve yarı katı levhadan oluşur. Çekirdek levha, baskılı levhanın temel malzemesi olan sert, belirli kalınlıkta, iki ekmeklik bakır levhadır. 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.

Genellikle bir çok tabakanın en dıştaki iki dielektrik tabakası ıslak tabakalardır ve bu iki tabakanın dışında dış bakır folyo olarak ayrı bakır folyo tabakaları kullanılır. Dış bakır folyonun ve iç bakır folyonun orijinal kalınlık özelliği genellikle 0.5oz, 1OZ, 2OZ’dir (1OZ yaklaşık 35um veya 1.4mil’dir), ancak bir dizi yüzey işleminden sonra, dış bakır folyonun nihai kalınlığı genellikle yaklaşık olarak artacaktır. 1 OZ. İç bakır folyo, çekirdek plakanın her iki tarafındaki bakır kaplamadır. Nihai kalınlık orijinal kalınlıktan çok az farklıdır, ancak aşındırma nedeniyle genellikle birkaç um azalır.

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.

Basılı levhanın belirli bir kalınlığı yapıldığında, bir yandan makul malzeme parametreleri seçimi gerekir, diğer yandan yarı sertleştirilmiş levhanın son kalınlığı ilk kalınlıktan daha küçük olacaktır. Aşağıdaki tipik bir 6 katmanlı lamine yapıdır:

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:

Yüzey bakır folyo:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Bitirdikten sonraki son kalınlık yaklaşık 44um, 50um ve 67um’dur.

Çekirdek plaka: S1141A, standart FR-4, yaygın olarak iki panelenmiş bakır plaka kullanılır. İsteğe bağlı özellikler, üretici ile iletişime geçilerek belirlenebilir.

Semi-cured tablet:

Özellikler (orijinal kalınlık) 7628 (0.185 mm), 2116 (0.105 mm), 1080 (0.075 mm), 3313 (0.095 mm) şeklindedir. Preslemeden sonraki gerçek kalınlık, genellikle orijinal değerden yaklaşık 10-15um daha azdır. Aynı infiltrasyon tabakası için maksimum 3 yarı kürlenmiş tablet kullanılabilir ve 3 yarı kürlenmiş tabletin kalınlığı aynı olamaz, en az bir yarım kürlenmiş tablet kullanılabilir, ancak bazı üreticiler en az iki tablet kullanmalıdır. . Yarı sertleştirilmiş parçanın kalınlığı yeterli değilse, çekirdek plakanın her iki tarafındaki bakır folyo kazınarak çıkarılabilir ve daha sonra yarı sertleştirilmiş parça her iki tarafa yapıştırılabilir, böylece daha kalın bir infiltrasyon tabakası olabilir. elde edildi.

Direnç kaynak katmanı:

Bakır folyo üzerindeki lehim direnci tabakasının kalınlığı C2≈8-10um’dur. Bakır folyo olmadan yüzeydeki lehim direnci tabakasının kalınlığı, yüzeydeki bakırın kalınlığına göre değişen C1’dir. Yüzeydeki bakır kalınlığı 45um olduğunda C1≈13-15um, yüzeydeki bakır kalınlığı 70um olduğunda C1≈17-18um olur.

Travers bölümü:

Bir telin kesitinin bir dikdörtgen olduğunu düşünürdük, ama aslında bir yamuktur. ÜST tabakayı örnek olarak alırsak, bakır folyonun kalınlığı 1 OZ olduğunda, yamuğun üst alt kenarı, alt alt kenardan 1MIL daha kısadır. Örneğin, çizgi genişliği 5MIL ise, üst ve alt taraflar yaklaşık 4MIL ve alt ve alt taraflar yaklaşık 5MIL’dir. Üst ve alt kenarlar arasındaki fark bakır kalınlığı ile ilgilidir. Aşağıdaki tablo, farklı koşullar altında yamuğun üstü ve altı arasındaki ilişkiyi göstermektedir.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Geçirgenlik: Yarı kürlenmiş levhaların geçirgenliği kalınlıkla ilgilidir. Aşağıdaki tablo, farklı tipteki yarı kürlenmiş sacların kalınlık ve geçirgenlik parametrelerini göstermektedir:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Plakanın dielektrik sabiti, kullanılan reçine malzemesi ile ilgilidir. FR4 plakasının dielektrik sabiti 4.2 – 4.7’dir ve frekansın artmasıyla azalır.

Dielektrik kayıp faktörü: ısı ve enerji tüketimi nedeniyle alternatif elektrik alanının etkisi altındaki dielektrik malzemelere dielektrik kaybı denir ve genellikle dielektrik kayıp faktörü Tan δ ile ifade edilir. S1141A için tipik değer 0.015’tir.

İşlemeyi sağlamak için minimum satır genişliği ve satır aralığı: 4mil/4mil.

Empedans hesaplama aracı tanıtımı:

Çok katmanlı kartın yapısını anladığımızda ve gerekli parametrelere hakim olduğumuzda, EDA yazılımı aracılığıyla empedansı hesaplayabiliriz. Bunu yapmak için Allegro’yu kullanabilirsiniz, ancak karakteristik empedansı hesaplamak için iyi bir araç olan ve şu anda birçok PCB fabrikası tarafından kullanılan Polar SI9000’i öneririm.

Hem diferansiyel hattının hem de tek terminal hattının iç sinyalinin karakteristik empedansını hesaplarken, telin kesit şekli gibi bazı ayrıntılar nedeniyle Polar SI9000 ve Allegro arasında yalnızca küçük bir fark bulacaksınız. Ancak Yüzey sinyalinin karakteristik empedansını hesaplamak isteniyorsa Yüzey modeli yerine Kaplamalı modeli tercih etmenizi öneririm çünkü bu tür modeller lehim direnç tabakasının varlığını hesaba katar, bu nedenle sonuçlar daha doğru olacaktır. Aşağıda, lehim direnci katmanı dikkate alınarak Polar SI9000 ile hesaplanan yüzey diferansiyel hat empedansının kısmi ekran görüntüsü verilmiştir:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Lehim direnci tabakasının kalınlığı kolayca kontrol edilemediğinden, kart üreticisi tarafından tavsiye edildiği gibi yaklaşık bir yaklaşım da kullanılabilir: Yüzey modeli hesaplamasından belirli bir değeri çıkarın. Diferansiyel empedansın eksi 8 ohm ve tek uçlu empedansın eksi 2 ohm olması önerilir.

Kablolama için diferansiyel PCB gereksinimleri

(1) Kablolama modunu, parametreleri ve empedans hesaplamasını belirleyin. Hat yönlendirme için iki tür fark modu vardır: dış katman mikro şerit çizgi farkı modu ve iç katman şerit çizgi farkı modu. Empedans, ilgili empedans hesaplama yazılımı (POLAR-SI9000 gibi) veya makul parametre ayarı yoluyla empedans hesaplama formülü ile hesaplanabilir.

(2) Paralel izometrik çizgiler. Çizgi genişliğini ve aralığını belirleyin ve rotalama sırasında hesaplanan çizgi genişliğine ve aralığına kesinlikle uyun. İki çizgi arasındaki boşluk her zaman değişmeden kalmalıdır, yani paralel kalmalıdır. 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. Genel olarak, katmanlar arasındaki fark sinyalini kullanmaktan kaçınmaya çalışın, yani süreçte PCB’nin gerçek işlenmesinde, basamaklı lamine hizalama doğruluğu nedeniyle aşındırma hassasiyeti arasında sağlanandan çok daha düşüktür ve lamine dielektrik kaybı sürecinde, fark çizgi aralığının ara katman dielektrik kalınlığına eşit olduğunu garanti edemez, empedans değişikliği farkının katmanları arasındaki farka neden olur. Farkı mümkün olduğunca aynı katman içinde kullanmanız önerilir.