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阻抗控制 线路板阻抗控制 优质阻抗控制线路板请上捷多邦

什么是阻抗

阻抗是指在具有电阻、电感和电容的电路里,对交流电所起的阻碍作用。阻抗常用Z表示,单位是欧,是一个复数,实部称为电阻,虚部称为电抗,其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗 ,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗,电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。

阻抗控制

阻抗控制,为提高线路板导体中的各种信号传递的传输速率,就必须提高其频率,线路本身若因蚀刻,叠层厚度,导线宽度等不同因素,将会造成阻抗值得变化,使其信号失真。故在高速线路板上的导体,其阻抗值应控制在某一范围之内,称为“阻抗控制”。

线路板的阻抗控制

PCB 迹线的阻抗将由其感应和电容性电感、电阻和电导系数确定。影响PCB走线的阻抗的因素主要有: 铜线的宽度、铜线的厚度、介质的介电常数、介质的厚度、焊盘的厚度、地线的路径、走线周边的走线等。PCB 阻抗的范围是 25 至120 欧姆。
在实际情况下,PCB 传输线路通常由一个导线迹线、一个或多个参考层和绝缘材质组成。迹线和板层构成了控制阻抗。PCB 将常常采用多层结构,并且控制阻抗也可以采用各种方式来构建。但是,无论使用什么方式,阻抗值都将由其物理结构和绝缘材料的电子特性决定:

  • 信号迹线的宽度和厚度
  • 迹线两侧的内核或预填材质的高度
  • 迹线和板层的配置
  • 内核和预填材质的绝缘常数

PCB传输线主要有两种形式:微带线(Microstrip)与带状线(Stripline)。

微带线(Microstrip)

微带线是一根带状导线,指只有一边存在参考平面的传输线,顶部和侧边都曝置于空气中(也可上敷涂覆层),位于绝缘常数 Er 线路板的表面之上,以电源或接地层为参考。如下图所示:

微带线

注意:在实际的PCB制造中,板厂通常会在PCB板的表面涂覆一层绿油,因此在实际的阻抗计算中,通常对于表面微带线采用下图所示的模型进行计算:

带状线(Stripline)

带状线是置于两个参考平面之间的带状导线,如下图所示,H1和H2代表的电介质的介电常数可以不同。

 带状线

上述两个例子只是微带线和带状线的一个典型示范,具体的微带线和带状线有很多种,如覆膜微带线等,都是跟具体的PCB的叠层结构相关。

实践中的线路板阻抗控制

根据实践证明,不同的印刷板厂PCB线路板的参数会有或多或少的变化差异,经过整理,得出以下结论:

表层铜箔

可以使用的表层铜箔材料厚度有三种:35um、18um和12um。加工完成后的最终厚度大约是44um、50um和67um。芯板:我们常用的板材是S1141A,标准的FR-4,两面包铜,可选用的规格可与厂家联系确定。

半固化片

规格(原始厚度)有7628(0.185mm),2116(0.105mm),1080(0.075mm),3313(0.095mm ),实际压制完成后的厚度通常会比原始值小10-15um左右。同一个浸润层最多可以使用3个半固化片,而且3个半固化片的厚度不能都相同,最少可以只用一个半固化片,但有的厂家要求必须至少使用两个。如果半固化片的厚度不够,可以把芯板两面的铜箔蚀刻掉,再在两面用半固化片粘连,这样可以实现较厚的浸润层。

阻焊层

铜箔上面的阻焊层厚度C2≈8-10um,表面无铜箔区域的阻焊层厚度C1根据表面铜厚的不同而不同,当表面铜厚为45um时C1≈13-15um,当表面铜厚为70um时C1≈17-18um。

导线横截面

一直以为导线的横截面是一个矩形,但实际上却是一个梯形。以TOP层为例,当铜箔厚度为1OZ时,梯形的上底边比下底边短1MIL。比如线宽5MIL,那么其上底边约4MIL,下底边5MIL。
板材的介电常数与其所用的树脂材料有关,FR4板材其介电常数为4.2—4.7,并且随着频率的增加会减小。
介质损耗因数:电介质材料在交变电场作用下,由于发热而消耗的能量称之谓介质损耗,通常以介质损耗因数tanδ表示。S1141A的典型值为0.015。能确保加工的最小线宽和线距:4mil/4mil。

阻抗计算

由于阻焊层的厚度不易控制,所以也可以根据板厂的建议,使用一个近似的办法:在Surface模型计算的结果上减去一个特定的值,建议差分阻抗减去8欧姆,单端阻抗减去2欧姆。