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關(guān)于PCB設(shè)計(jì)阻抗控制方面的建議(上)

發(fā)布時(shí)間 :2016-12-28 10:05 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計(jì)部
    隨著通信科技的不斷提升,必然對(duì)PCB的要求也有了相應(yīng)的提高,傳統(tǒng)意義上PCB已受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),以往PCB的最高要求open&short從目前來看已變成PCB的最基本要求,取而代之的是一些為保證客戶設(shè)計(jì)意圖的體現(xiàn)而在PCB上所體現(xiàn)的性能的要求。如阻抗控制等。
    到目前為止有“阻抗”控制的PCB已廣泛的應(yīng)用于:SDH、GSM、CDMA、PC、大功率無繩電話、手機(jī)等同時(shí)也為國(guó)防科技提供了相當(dāng)數(shù)量的PCB
    隨著“阻抗”的進(jìn)一步拓展和延伸,我們作為專業(yè)的PCB廠商,為能向客戶提供合格的產(chǎn)品和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)對(duì)該類PCB的合作方面做如下建議。
    就PCB的阻抗控制而言,其所涉及的面是比較廣泛的。但在具體的PCB加工PCB設(shè)計(jì)時(shí)我們一般控制其主要因素,具體而言:
    ? Er--介電常數(shù)
    ? H---介質(zhì)厚度
    ? W---線條寬度
    ? t---線條厚度
    ? 微條線(Microstrip)
    Z0= [87/(Er+1.41)½]Ln5.98h/(0.8w+t)
    ? 帶線(Stripline)
    Z0= [60/Er½]Ln4h/ [0.67w(0.8+t/w) ]
 
    Er(介電常數(shù))就目前而言通常情況下選用的材料為FR-4,該種材料的Er特性會(huì)隨著載入頻率的不同而變化,一般情況下Er的分水嶺默認(rèn)為1GHZ(高頻)。
    目前材料廠商能夠承諾的指標(biāo)<5.4(1MHz)
    根據(jù)我們實(shí)際PCB加工的經(jīng)驗(yàn),在使用頻率為1GHZ以下的其Er認(rèn)為4.2左右
    1.5—2.0GHZ的使用頻率其仍有下降的空間。故PCB設(shè)計(jì)時(shí)如有阻抗的要求則須考慮該產(chǎn)品當(dāng)時(shí)的使用頻率。
    我們?cè)陂L(zhǎng)期的電路板加工和研發(fā)的過程中針對(duì)不同的廠商已經(jīng)摸索出一定的規(guī)律和計(jì)算公式。
    ? 7628----4.5(全部為1GHz狀態(tài)下)
    ? 2116----4.2
    ? 1080----3.6
    在不同的層間結(jié)構(gòu)和排列時(shí),其具體的變化是不同的,如7628+2116時(shí)Er是多少,并不是簡(jiǎn)單的算術(shù)平均數(shù)。
    各種結(jié)構(gòu)的排列在Microstrip & Stripline時(shí)所表現(xiàn)出的Er也是不同的。
    FR-4的材料其本身就存在著這種,隨頻率的變化其Er也變化的特性,因此一般情況下,大于2GHZ的使用頻率,同時(shí)對(duì)阻抗又有很高要求的PCB建議使用其他材料。如BT、CE、PTFE等Er比較穩(wěn)定的材料。同時(shí)我認(rèn)為在目前傳輸類產(chǎn)品上改良的LOW DK材料還是能滿足性能要求的,包括寬頻產(chǎn)品。
    目前國(guó)內(nèi)的廠家也在加緊這方面的研究,但目前至少不是很成熟。
    國(guó)外比較成熟如日本 HITACHI、美國(guó)的BI等,但成本壓力較大。
    通信產(chǎn)品目前集成化的趨勢(shì)也比較明顯,在PCB上就體現(xiàn)出高層數(shù),而為保證信號(hào)線的阻抗匹配,相應(yīng)的介質(zhì)也上來了,板也越來越厚。如24層的背板6mm厚甚至更厚。(已有客戶想在年內(nèi)突破30層8mm)
    為有效的控制板厚低Er的材料也孕育而生,且進(jìn)入比較成熟的階段。
    Low Dk & High Tg的材料Er 在3.5—3.8 Tg160—180有效的控制板厚和Z方向上的膨脹。
    我們目前已經(jīng)和部分客戶對(duì)HITACHI的LOW DK材料進(jìn)行了認(rèn)證,為進(jìn)一步的批量加工做更充分的淮備。
    目前大規(guī)模推廣的瓶頸為材料成本的壓力。
    PCB板材介電常數(shù):
介電質(zhì) 介電常數(shù) 
真  空
1.0
玻璃纖維(GLASS)
6.5
環(huán)氧樹脂(Epoxy) 
3.5
 FR4    
4.4~5.2
聚四氟乙烯(PTFE)
2.1
 PTFE / Glass 
2.2~2.6 
聚氰酸樹脂(C.E.) 
3.0
 C.E. / Glass 
3.2~3.6 
 C.E. / Quartz
2.8~3.4 
聚亞硫胺(Polyimide)
3.2
 Polyimide / Glass  
4.0~4.6
 Polyimide / Quartz  
3.5~3.8 
 BismaleimideTriazine (BT)
3.3
 BT /Glass
4.0
 Alumina 
9.0
石英(Quartz)
3.9 
 以上資料是在1MHz的條件下測(cè)得的
 
    H(介質(zhì)層厚度)該因素對(duì)阻抗控制的影響最大,故PCB設(shè)計(jì)中如對(duì)阻抗的寬容度很小的話,則該部分的設(shè)計(jì)應(yīng)力求淮確 ,F(xiàn)R-4的H的組成是由各種半固化片組合而成的(包括內(nèi)層芯板),一般情況下常用的半固化片為:
    ? 1080 厚度0.075MM;
    ? 7628 厚度0.175MM;
    ? 2116 厚度0.105MM。
    在多層PCB中H一般有兩類:
    A 內(nèi)層芯板中H的厚度:雖然材料供應(yīng)商所提供的板材中H的厚度也是由以上三種半固化片組合而成,但其在組合的過程中必然會(huì)考慮三種材料的特性,而絕非無條件的任意組合,因此板材的厚度就有了一定的規(guī)定,形成了一個(gè)相應(yīng)的清單,同時(shí)H也有了一定的限制。
    如0.17mm 1/1的芯板為 2116*1
    如0.4mm 1/1的芯板為1080*2+7628*1
    ……
    B 多層板中壓合部分的H的厚度:其方法基本上與A相同但需注意銅層的損失。
    舉例:如GROUND~GROUND 或POWER~POWER之間用半固化片進(jìn)行填充,因GROUND、POWER在製作內(nèi)層的過程中銅箔被蝕刻掉的部分很少,則半固化片中樹脂對(duì)該區(qū)的填充會(huì)很少,則半固化片的厚度損失會(huì)很少。反之如SIGNAL~SIGNAL之間用半固化片進(jìn)行填充SIGNAL在制作內(nèi)層的過程中銅箔被蝕刻掉的部分較多,則半固化片的厚度損失會(huì)很大。
    因此理論上的計(jì)算厚度與實(shí)際操作過程所形成的實(shí)際厚度會(huì)有差異。故建議設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)該因素應(yīng)予以充分的考慮。
    同時(shí)我們?cè)诳蛻糍Y料審核的崗位也有專人對(duì)此通過軟體進(jìn)行計(jì)算和校對(duì)。


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