|
隨著高頻高速電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，信號傳輸過程更容易出現(xiàn)反射、串?dāng)_等信號完整性問題，且頻率越高、傳輸速率越快，信號損耗越嚴(yán)重，如何降低信號在傳輸過程中的損耗、保證信號完整性是高頻高速PCB發(fā)展中的巨大挑戰(zhàn)。 在高速PCB設(shè)計中，阻抗匹配顯得尤為重要，為減少在高速信號傳輸過程中的反射現(xiàn)象，必須在信號源、接收端以及傳輸線上保持阻抗的匹配。 一般而言，單端信號線的阻抗取決于它的線寬以及與參考平面之間的相對位置。特性阻抗要求的差分對間的線寬/線距則取決于選擇的PCB疊層結(jié)構(gòu)。 由于最小線寬和最小線距是取決于PCB類型以及成本要求，受此限制，選擇的PCB疊層結(jié)構(gòu)必須能實(shí)現(xiàn)板上的所有阻抗需求，包括內(nèi)層和外層、單端和差分線等。對于PCB工廠而言，有阻抗線的板我們俗稱為阻抗板。 阻抗影響因素 在高速PCB的設(shè)計中，有經(jīng)驗(yàn)的工程師，對PCB材料及工藝制程有一定的了解，知道影響阻抗的相關(guān)參數(shù)，會提前通過阻抗軟件，如Si9000或華秋DFM，選擇相應(yīng)的阻抗模型進(jìn)行阻抗計，從而得出PCB的阻抗匹配。但是真正要做到預(yù)計的特性阻抗或?qū)嶋H控制在預(yù)計的特性阻抗值的范圍內(nèi)（常規(guī)是±10%以內(nèi)），只有通過PCB生產(chǎn)加工過程的管理與控制才能達(dá)到。 從PCB制造的角度來講，影響阻抗的關(guān)鍵因素主要有： 影響 關(guān)鍵因素 介質(zhì)厚度（ h ）： 增加介質(zhì)厚度可以提高阻抗，降低介質(zhì)厚度可以減小阻抗；對多層板而言，介質(zhì)厚度取決于PP片及芯板的厚度。 線寬（ w ） ： 阻抗與線寬成反比，線寬越大，阻抗越小。一般而言，阻抗線在生產(chǎn)過程中線寬公差要控制到5%-10% 銅厚（ t ） ： 減小線厚可增大阻抗，增大線厚可減小阻抗，線的完成銅厚，跟選用的基材銅箔及電鍍過程有關(guān)。 介電常數(shù)（ Er ） ： 不同的板材，介電常數(shù)會有區(qū)別。增加介電常數(shù)，可減小阻抗，減小介電常數(shù)可增大阻抗。 阻焊厚度（ c ） ： 印上阻焊會使外層阻抗減少。正常情況下印刷一遍阻焊可使單端下降2歐姆，可使差分下降8歐姆，印刷2遍下降值為一遍時的2倍，當(dāng)印刷3次以上時，阻抗值不再變化。 從以上因素可以看出，受限于電子產(chǎn)品的外觀、線路導(dǎo)通、信號穩(wěn)定性及散熱性能等影響，一般而言，工程師設(shè)計出的PCB，層數(shù)、板厚、銅厚、尺寸相對是固定的，從而可看出生產(chǎn)出的PCB阻抗要與設(shè)計的阻抗匹配，并控制公差在±10以內(nèi)，可調(diào)整的參數(shù)主要是線寬、芯板銅箔厚度、PP片介電常數(shù)、及疊層結(jié)構(gòu)。 疊層設(shè)計基本原則 對于PCB板廠，一般會跟2-3家材料品牌廠家合作，選擇幾種類型的PP，及芯板銅箔做為PCB的原材料，根據(jù)工廠的制程能力、生產(chǎn)工藝來做疊層設(shè)計，并匹配相應(yīng)阻抗。通常而言，不同的疊層結(jié)構(gòu)，可做多種阻抗匹配，最終選用哪種阻抗匹配，取決于PCB布線是否合理、信號之間干擾大小等等，也受限于最終的PCB成本，線寬過小，埋盲孔等都會影響最終的成本。這里疊層設(shè)計有一些基本原則： 疊層具有對稱性 阻抗連續(xù)性 元件下面為地層（第2層或者是倒數(shù)第2層） 電源跟地緊耦合 信號層靠近參考層 相鄰信號層拉大間距 信號層夾在電源層與地層之間時，信號層靠近地層 差分間距≤2倍線寬 線寬調(diào)整在4-6mil范圍內(nèi) 板層間半固化片（PP）≤3張 次外層至少有一張7628或3313或2116 半固化片使用順序7628→2116→3313→1080→106 這里要提到一款PCB可制造行分析和PCBA裝配分析神器——華秋DFM，它是華秋電子自主研發(fā)的PCB可制造性分析軟件，作為一款免費(fèi)的國產(chǎn)軟件，它可以自動生成疊層圖，也可以手動填寫層數(shù)、板厚、銅厚，用疊層圖的介質(zhì)厚度匹配阻抗。便于工程師從更優(yōu)化的PCB設(shè)計去獲取更多的系統(tǒng)裕量，以抵抗加工誤差，也可以提前預(yù)測生產(chǎn)成本。 阻抗板是否高可靠，華秋有話說 PCB設(shè)計好后，驗(yàn)證方案是否可行，產(chǎn)品是否可靠，最終還是要生產(chǎn)出來才知道，對于帶有阻抗的PCB，華秋是怎么做的呢？通常有以下兩種情況 第一種，客戶提供PCB文件，已明確阻抗要求，及疊層結(jié)構(gòu)，可允許小范圍內(nèi)調(diào)整。 針對這種情況，工程設(shè)計一般會檢查制程能力是否能滿足，疊層設(shè)計是否可實(shí)現(xiàn)，如完全匹配則可按文件進(jìn)行后續(xù)的步驟；如需要小范圍調(diào)整，工程設(shè)計則會根據(jù)自有板材類型，PP類型，制程能力范圍的線寬、及生產(chǎn)工藝來調(diào)整阻抗的設(shè)計，以滿足客戶的需求。 第二種，客戶提供PCB文件，對阻抗有要求，但未明確疊層結(jié)構(gòu)。 針對這種情況，工程設(shè)計一般會優(yōu)先選擇推薦的疊層結(jié)構(gòu)，匹配相應(yīng)的阻抗。 為何優(yōu)選推薦疊層結(jié)構(gòu)？原因有二： 一是華秋推薦的疊層結(jié)構(gòu)，是經(jīng)過10多年成熟的生產(chǎn)驗(yàn)證，板材性能、生產(chǎn)工藝、過程控制，這都是經(jīng)得起考驗(yàn)的，從而保證了產(chǎn)品的高可靠。據(jù)了解90%的客戶都會選擇華秋推薦的疊層結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品也獲得了廣大客戶的認(rèn)可。 二是采用華秋推薦的疊層結(jié)構(gòu)，能最大化利用板材，提供板材利用率，從而降低生產(chǎn)成本，也可保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。了解過華秋的朋友都知道，華秋PCB以打樣和中小批量為主，對于這種柔性化生產(chǎn)的PCB板廠，一般會選用拼板方式將多種PCB合拼在一起，顯而易見板材利用率提高了，對客戶而言就是降低了成本；另一方面，合拼的PCB板，如采用相對一致的疊層結(jié)構(gòu)，在壓合工序可提高產(chǎn)品質(zhì)量。 下圖是華秋推薦疊層結(jié)構(gòu)其中之一，更多的疊層設(shè)計可參考華秋DFM阻抗計算，也可參考華秋PCB官網(wǎng)推薦疊層。 PCB確定好疊層結(jié)構(gòu)及阻抗匹配后，最后的環(huán)節(jié)就是要將PCB生產(chǎn)出來；在PCB生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，華秋具備全面的質(zhì)量管理體系，以確保產(chǎn)品的高可靠。
|
