Làm thế nào để kiểm soát PCB trở kháng?

Without impedance control, considerable signal reflection and distortion will be caused, resulting in design failure. Các tín hiệu thông thường, chẳng hạn như bus PCI, bus PCI-E, USB, Ethernet, bộ nhớ DDR, tín hiệu LVDS, v.v., tất cả đều cần kiểm soát trở kháng. Kiểm soát trở kháng cuối cùng cần được thực hiện thông qua thiết kế PCB, điều này cũng đặt ra các yêu cầu cao hơn đối với công nghệ bảng mạch PCB. Sau khi giao tiếp với nhà máy PCB và kết hợp với việc sử dụng phần mềm EDA, trở kháng của hệ thống dây được kiểm soát theo các yêu cầu về tính toàn vẹn của tín hiệu.

Các phương pháp đấu dây khác nhau có thể được tính toán để có được giá trị trở kháng tương ứng.

Microstrip lines

• Nó bao gồm một dải dây với mặt đất và chất điện môi ở giữa. Nếu hằng số điện môi, chiều rộng của đường thẳng và khoảng cách của nó với mặt phẳng có thể điều khiển được, thì trở kháng đặc trưng của nó có thể điều khiển được và độ chính xác sẽ nằm trong khoảng ± 5%.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Dải

Dây ruy-băng là một dải đồng ở giữa chất điện môi giữa hai mặt phẳng dẫn điện. 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:

Để kiểm soát tốt trở kháng PCB, cần hiểu cấu trúc của PCB:

Thông thường những gì chúng ta gọi là bảng nhiều lớp được tạo thành từ tấm lõi và tấm bán rắn được ghép với nhau. Bảng lõi là một tấm đồng cứng, có độ dày cụ thể, hai bánh mì, là vật liệu cơ bản của bảng in. 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.

Thông thường hai lớp điện môi ngoài cùng của đa lớp là các lớp được làm ướt, và các lớp lá đồng riêng biệt được sử dụng ở bên ngoài của hai lớp này làm lá đồng bên ngoài. Đặc điểm kỹ thuật độ dày ban đầu của lá đồng bên ngoài và lá đồng bên trong nói chung là 0.5oz, 1OZ, 2OZ (1OZ là khoảng 35um hoặc 1.4mil), nhưng sau một loạt xử lý bề mặt, độ dày cuối cùng của lá đồng bên ngoài nói chung sẽ tăng khoảng 1 OZ. Lá đồng bên trong là lớp đồng phủ trên cả hai mặt của tấm lõi. Độ dày cuối cùng khác một chút so với độ dày ban đầu, nhưng nó thường giảm đi vài um do quá trình khắc.

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.

Khi thực hiện một độ dày cụ thể của ván in, một mặt, cần lựa chọn hợp lý các thông số vật liệu, mặt khác, độ dày cuối cùng của tấm bán bảo dưỡng sẽ nhỏ hơn độ dày ban đầu. Sau đây là cấu trúc nhiều lớp 6 lớp điển hình:

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:

Lá đồng bề mặt:

There are three thicknesses of copper foil that can be used: 12um, 18um and 35um. Độ dày cuối cùng sau khi hoàn thiện là khoảng 44um, 50um và 67um.

Tấm lõi: S1141A, tiêu chuẩn FR-4, hai tấm đồng tẩm bột thường được sử dụng. Các thông số kỹ thuật tùy chọn có thể được xác định bằng cách liên hệ với nhà sản xuất.

Semi-cured tablet:

Thông số kỹ thuật (độ dày gốc) là 7628 (0.185mm), 2116 (0.105mm), 1080 (0.075mm), 3313 (0.095mm). Độ dày thực tế sau khi ép thường nhỏ hơn giá trị ban đầu khoảng 10-15um. Có thể sử dụng tối đa 3 viên bán đóng rắn cho cùng một lớp thấm và độ dày của 3 viên bán đóng rắn không thể giống nhau, có thể sử dụng ít nhất một viên nửa đóng rắn, nhưng một số nhà sản xuất phải sử dụng ít nhất hai viên. . Nếu độ dày của miếng bán bảo dưỡng không đủ, lá đồng trên cả hai mặt của tấm lõi có thể được ăn mòn, và sau đó miếng bán bảo dưỡng có thể được liên kết ở cả hai mặt, để có thể tạo ra lớp thấm dày hơn. đạt được.

Lớp hàn điện trở:

Chiều dày của lớp điện trở hàn trên lá đồng là C2≈8-10um. Độ dày của lớp điện trở hàn trên bề mặt không có lá đồng là C1, thay đổi theo độ dày của đồng trên bề mặt. Khi độ dày của đồng trên bề mặt là 45um, C1≈13-15um và khi độ dày của đồng trên bề mặt là 70um, C1≈17-18um.

Phần đi ngang:

Chúng ta sẽ nghĩ rằng tiết diện của một sợi dây là một hình chữ nhật, nhưng thực ra nó là một hình thang. Lấy lớp TOP làm ví dụ, khi độ dày của lá đồng là 1OZ, thì cạnh đáy trên của hình thang ngắn hơn cạnh đáy dưới là 1MIL. Ví dụ: nếu chiều rộng dòng là 5MIL, thì các cạnh trên và dưới là khoảng 4MIL và các cạnh dưới cùng và dưới cùng là khoảng 5MIL. Sự khác biệt giữa các cạnh trên và dưới có liên quan đến độ dày của đồng. Bảng sau đây cho thấy mối quan hệ giữa đỉnh và đáy của hình thang trong các điều kiện khác nhau.

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Tính cho phép: Khả năng cho phép của các tấm bán bảo dưỡng có liên quan đến độ dày. Bảng sau đây cho thấy các thông số về độ dày và độ cho phép của các loại tấm bán bảo dưỡng khác nhau:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Hằng số điện môi của tấm có liên quan đến vật liệu nhựa được sử dụng. Hằng số điện môi của tấm FR4 là 4.2 – 4.7, và giảm khi tần số tăng.

Hệ số tổn hao điện môi: vật liệu điện môi dưới tác dụng của điện trường xoay chiều, do nhiệt và tiêu hao năng lượng được gọi là tổn hao điện môi, thường biểu thị bằng hệ số tổn hao điện môi Tan δ. Giá trị điển hình cho S1141A là 0.015.

Chiều rộng dòng và khoảng cách dòng tối thiểu để đảm bảo gia công: 4 triệu / 4 triệu.

Giới thiệu công cụ tính toán trở kháng:

Khi hiểu được cấu trúc của bo mạch đa lớp và nắm vững các thông số cần thiết, chúng ta có thể tính toán trở kháng thông qua phần mềm EDA. Bạn có thể sử dụng Allegro để làm điều này, nhưng tôi khuyên bạn nên dùng Polar SI9000, đây là một công cụ tốt để tính toán trở kháng đặc tính và hiện được nhiều nhà máy PCB sử dụng.

Khi tính toán trở kháng đặc trưng của tín hiệu bên trong của cả đường dây vi sai và đường dây đầu cuối đơn, bạn sẽ chỉ tìm thấy sự khác biệt nhỏ giữa Polar SI9000 và Allegro do một số chi tiết, chẳng hạn như hình dạng của tiết diện của dây. Tuy nhiên, nếu để tính toán trở kháng đặc trưng của tín hiệu Surface, tôi khuyên bạn nên chọn mô hình Coated thay vì mô hình Surface, vì những mô hình như vậy có tính đến sự tồn tại của lớp kháng hàn, do đó kết quả sẽ chính xác hơn. Sau đây là ảnh chụp màn hình một phần của trở kháng dòng vi sai bề mặt được tính bằng Polar SI9000 xem xét lớp điện trở hàn:

What is impedance control how to perform impedance control on PCB

Vì độ dày của lớp điện trở hàn không dễ dàng kiểm soát, nên cũng có thể sử dụng cách tiếp cận gần đúng, theo khuyến nghị của nhà sản xuất bảng: trừ một giá trị cụ thể khỏi tính toán của mô hình Bề mặt. Khuyến nghị rằng trở kháng vi sai là âm 8 ôm và trở kháng một đầu là âm 2 ôm.

Yêu cầu PCB khác nhau đối với hệ thống dây điện

(1) Xác định chế độ đấu dây, các thông số và tính toán trở kháng. Có hai loại chế độ khác biệt để định tuyến đường dây: chế độ chênh lệch dòng microstrip lớp ngoài và chế độ chênh lệch đường dải lớp bên trong. Trở kháng có thể được tính toán bằng phần mềm tính toán trở kháng liên quan (chẳng hạn như POLAR-SI9000) hoặc công thức tính trở kháng thông qua cài đặt thông số hợp lý.

(2) Các đường đẳng tích song song. Xác định độ rộng và khoảng cách dòng, đồng thời tuân thủ nghiêm ngặt độ rộng và khoảng cách dòng được tính toán khi định tuyến. Khoảng cách giữa hai dòng phải luôn không thay đổi, tức là phải song song với nhau. 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. Nói chung cố gắng tránh sử dụng tín hiệu khác biệt giữa các lớp, cụ thể là vì trong quá trình xử lý thực tế của PCB trong quá trình này, do độ chính xác căn chỉnh nhiều lớp thấp hơn nhiều so với độ chính xác được cung cấp giữa độ chính xác khắc và trong quá trình mất điện môi nhiều lớp, không thể đảm bảo khoảng cách dòng chênh lệch bằng độ dày của chất điện môi xen kẽ, sẽ gây ra sự khác biệt giữa các lớp của sự khác biệt của sự thay đổi trở kháng. Bạn nên sử dụng sự khác biệt trong cùng một lớp càng nhiều càng tốt.