PCB阻抗培训-

讲师：梁兵PCB阻抗培训扬州依利安达电子有限公司要求阻抗控制的背景电子工作频率不断提高高保真的信号传输集成电路IC与SMT技术的发展电子元器件在PCB上印制电子线路需要具备抗干扰，抗串讯的能力,高稳定的工作能力。阻抗的理论基础从传输线的理论讲,导线上的电阻,电感以及导线相对参考层(参照面)间的漏电电导(漏电电阻的倒数),分布电容等都不可忽略,它们对导线中信号传输的速度,以及传输的能量,都有影响;导线上传输的信号电平不仅是时间t的函数,也是距离”x”的函数.具有传输特性的导线上各点的电流不相同.作为PCB上的导线,通常同一根线的线宽是均匀的,导线与相对参考层间的介质及厚度基本一致,因此PCB导线应视为均匀传输线更为合适.可以用下图(a)分析,整段导线可以视作n个单位长度的传输线段所组成,就有相应的等效电路,见图(b).阻抗的理论基础n个z组成导线长度z(a)i(z,t)R+-LGV(z,t)(b)i(z,t)i(z+z,t)Cz+-V(z+z,t)其中:z:单位长度特性阻抗R:单位长度电阻L:单位长度电感G:单位长度电导C:单位长度电容Zo=V(z,t)/i(z,t)=(R+jwL)/(G+jwC)特性阻抗的定义•何谓特性阻抗（CharacteristicImpedance，Z0）•电子设备传输信号线中，其高频信号在传输线中传播时所遇到的阻力称之为特性阻抗;包括阻抗、容抗、感抗等，已不再只是简单直流电的“欧姆电阻”。•阻抗在显示电子电路，元件和元件材料的特色上是最重要的参数.阻抗(Z)一般定义为：一装置或电路在提供某特定频率的流电时所遭遇的总阻力(阻抗，容抗，感抗）.阻抗的分类•1.按线的多少分为类:•单线阻抗(Single-Ended单端Impedance),它是一条线加上地层组成•差分阻抗(DifferentialImpedance),它是由两条线加地层组成•2.按传播方式分为类:•微带线(Microstrip),是线的一面与地层平行,中间用介质隔离开,另一面与油墨或空气为介质的阻抗线叫微带阻抗线•带状线(Stripline)是线与上下两面都是地层,中间介质隔离开,这样的阻抗线叫带状阻抗线.它与微带线相比,信号不容易受干扰.阻抗的分类阻抗的分类影响阻抗的因素•1、介质层厚度2、线宽/线距•3、线厚4、介电常数（Er）•5、绿油厚度•6、传输信号频率（设计人员考虑）•举例：阻抗的分类102104106108110112114116118120122124123456Zo-HZo-ErZo-WZo-TZoH,Er,W,T各特征参数影响阻抗的曲线图WZ1TZ1HZrZ1阻抗的分类各参数的影响程度阻抗的分类板材介电常数影响与控制•不同板材其介电常数不一样，其与所用的树脂材料有关•FR4板材其介电常数为3.8—4.7,其会随使用的频率增加减小•聚四氟乙烯板材其介电常数为2.9—3.9间•阻抗值随介电常数的减小增大•要获得高的信号传输要求高的阻抗值,从而要低的介电常数阻抗的分类介质层厚度的影响与控制•不同的化片其压合后有不同的胶含量与厚度.其压合后的厚度与压机的平整性、压板的程序有关•对所使用的任何一种板材,要取得其可生产的介质层厚度,利于设计计算•介质层厚度是影响阻抗值的最主要因素其增加，阻抗值增大.其厚度偏差控制在10％的误差内阻抗的分类线宽的影响与控制•线宽减小，阻抗值增大•线宽的控制要求的10％的公差内•信号线的缺口影响整个测试波形，其单点阻抗偏高，使其整个波形不平整,阻抗线不允许补线，其缺口不能超过10％•为保证线宽，根据蚀刻侧蚀量、光绘误差、图形转移误差，对工程底片进行工艺补偿，达到线宽的要求阻抗的分类铜厚的影响与控制•铜厚越厚，其阻抗越小•要获得大的阻抗值，其要采用薄的铜箔•对铜厚的控制要求均匀,对细线、孤立线的板加上分流块，为其平衡电流（针对图电流程），防止线上的铜厚不均，影响阻抗•对cs与ss面铜分布极不均的情况，要对板进行交正反拼板，来达到二面铜厚均匀的目的（此也是针对有图电流程）阻抗值与影响因素的关系•1、介质厚度•增加介质厚度可以提高阻抗，降低介质厚度可以减小阻抗，工程设计、压板控制、来料公差是介质厚度控制的关键。•2、线宽•增加线宽，可减小阻抗，减小线宽可增大阻抗，线宽主要是通过蚀刻控制。•3、介电常数•介电常数主要是通过材料来控制，一般压合好了之后，介电常数也就确定了，所以在设计时，介电常数可以向下选择，不建议向上选择，因设计时，介电常数选用的越大，在其它不变的情况下，其阻值也就越大。（增加介电常数，可减小阻抗，减小介电常数可增大阻抗），•4、线厚•减小线厚可增大阻抗，增大线厚可减小阻抗；线厚可通过图形电镀或选用相应厚度的基材铜箔来控制。•5、阻焊厚度•正常情况下印刷一遍阻焊可使单端下降2欧姆，可使差分下降8欧姆，印刷2遍下降值为一遍时的2倍，当印刷3次以上时，阻抗值不再变化。设计测试条的目的•通过计量测试模上的阻抗值来反映板中线路图形的阻抗特性是否符合客户要求.它可作为生产板的附连板制作;在与生产板同样的制程条件下制得.所以,阻抗测试模的设计是十分重要。阻抗控制的主要类型•1、表层单端控制2、内层单端控制阻抗控制的主要类型•3、外层差分控制4、内层差分控制测量方法•1、TDR时域反射器•时域反射器是一种内部可以产生脉冲波，并具有接收此脉冲和分析功能的特殊示波器。•2、阻抗测试原理•阻抗测试就是在示波器发出一种脉冲波后，同时接收其反射波，然后将此两种脉冲波对比分析，从发射能量的大小得出阻抗值。测量方法•3、测试仪器•PolarCIT500S泰克TDS8200常见阻抗问题及处理方法•1、阻抗值为零或趋于0----阻抗附连片上的阻抗线与屏蔽层短路。•2、阻抗值超大（成百上千欧）----阻抗线开路•3、整体阻抗值与设计值相差几十欧姆-----设计错误，如屏蔽层设计错误,或是测量时信号层与地层测反。•4、外层阻抗值整体偏大----可以通过印刷2次阻焊来达到降低阻抗值的目的，但偏大范围必须是印刷阻焊可以降低的范围内。•5、外层因电镀铜过厚导致阻抗值整体偏小----可通过减薄电镀层使阻抗值升高。•总之引起阻抗偏差的原因，需要通过切片对4大影响因素进行分析，找到真正影响因素，以便达到对症下药的目的。设计注意事项L150ohmL160ohm•阻抗先延伸到测试孔区域•没有地层屏蔽设计注意事项L350ohmL160ohm?mils?mils•确保外层流胶点远离阻抗线上方•保证阻抗线间距设计注意事项•测试线正上方和正下方除参考层铜面外不允许有任何其它铜面，包括我们的蚀刻标记。参考层测试线设计注意事项保证非参考层上的铜面距测试线?mil设计注意事项于线相连的孔在其它所有层上均不允许于铜面相连另一个孔在参考层上一定要通过Thermal于铜面相连设计注意事项设计注意事项(4)加标识(指设计在交货PCB外的阻抗条)，按厂的要求，主要是方便识别及测试用，注意内层的标识要加到外层，如果阻抗线2组以上，还必面编号，并与MI（ERP）保持一致性(5)阻抗条的排版位置,尽量放板中,如果做不到,需要保证阻抗线离板边4CM的距离(6)注意排版时.阻抗线尽量避开V-CUT,如果避不开,请根据实情况,需要按先将阻抗条锣下在V,或是进行跳刀.谢谢