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加工和
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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