Leiterplattentechnisch - Was ist die charakteristische Impedanz?

1. Widerstund

Wenn Wechselstrom durch einen Leiter fließt, wird der Widerstand Impedanz genannt, die Z entspricht, und die Einheit ist Ω.

Der Widerstand zu diesem Zeitpunkt unterscheidet sich von dem des Gleichstroms. Zusätzlich zum Widerstand gibt es Widerstandsprobleme der induktiven Reaktanz (XL) und der kapazitiven Reaktanz (XC).

Um den Widerstand des Gleichstroms zu unterscheiden, wird der Widerstand des Wechselstroms Impedanz (z) genannt.

Z=⚠R2 +： XL -XC：2

2. Impedanz (z)

In den letzten Jahren werden mit der Verbesserung und Anwendung der IC-Integration die Signalübertragungsfrequenz und -geschwindigkeit immer höher. Wenn die Signalübertragung (Übertragung) einen bestimmten Wert erreicht, wird sie daher vom Leiterplattendraht selbst beeinflusst, was zu einer ernsthaften Verzerrung oder einem vollständigen Verlust des Übertragungssignals führt. Dies zeigt, dass das "Ding", das durch Leiterplattendraht fließt, nicht der Strom ist, sondern die Übertragung von Quadratwellensignal oder Impuls in Energie.

3. Charakteristische Impedanzsteuerung (Z0)

Der Widerstand der oben genannten "Signal"-Übertragung, auch bekannt als "charakteristische Impedanz", stellt das Symbol Z0 dar.

Daher reicht es nicht aus, die Probleme "Ein", "Aus" und "Kurzschluss" auf Leiterplattendraht zu lösen, sondern auch die charakteristische Impedanz des Drahtes zu steuern. Mit anderen Worten, die Qualität der Übertragungsleitungen für Hochgeschwindigkeitsübertragung und Hochfrequenzsignale Übertragung ist viel strenger als die der Übertragungsleitungen. Es ist nicht mehr "offen und Kurzschluss" Testpass, oder Kerbe, Grat überschreitet nicht 20% der Leitungsbreite. Es muss erforderlich sein, den charakteristischen Impedanzwert zu messen, und die Impedanz sollte innerhalb der Toleranz gesteuert werden, andernfalls wird sie nur verschrottet und kann nicht nachgearbeitet werden.

Warum sollte PCB characteristic impedance be controlled

1. Wenn die elektronische Ausrüstung (Computer, Kommunikationsmaschine) arbeitet, erreicht das vom Fahrer gesendete Signal den Empfänger durch PCB-Übertragungsleitung. Wenn das Signal in der Signalleitung der Leiterplatte übertragen wird, muss der charakteristische Impedanzwert Z0 mit der "elektronischen Impedanz" der Kopf- und Endkomponenten übereinstimmen, damit die "Energie" im Signal vollständig übertragen werden kann.

2.Sobald die Qualität der Leiterplatte schlecht ist und Z0 die Toleranz überschreitet, hat das übertragene Signal Probleme wie Reflexion, Dispersion, Dämpfung oder Verzögerung. In schweren Fällen wird das falsche Signal übertragen und der Computer stürzt ab.

3. Strenge Auswahl der Platten und Kontrolle des Produktionsprozesses, das Z0 auf der Mehrschichtplatte kann die Spezifikationen erfüllen, die von den Kunden benötigt werden. Je höher die elektronische Impedanz ist, desto schneller ist die Übertragungsgeschwindigkeit. Daher muss das Z0 der Leiterplatte verbessert werden, um die Anforderungen der passenden Komponenten zu erfüllen. Nur wenn Z0 qualifiziert ist, kann es als qualifiziertes Produkt angesehen werden, das von Hochgeschwindigkeits- oder Hochfrequenzsignalen benötigt wird.

Verhältnis zwischen charakteristischer Impedanz Zo von PCB- und PCB-Material und PCB-Prozess

Die Formel der charakteristischen Impedanz Z0 der PCB-Mikrostreifenlinienstruktur: Z0.87.R.1.41 ln5.98h / (0.8W in T)

Wo: ε R-Dielektrizitätskonstante H-Dielektrizitätsstärke W-Endleiterbreite T-Leiterstärke

Je niedriger die Platine ε R, Je einfacher es ist, den Z0-Wert von PCB Schaltung und Übereinstimmung mit dem Ausgangsimpedanzwert von Hochgeschwindigkeitskomponenten.

1. Die charakteristische Impedanz Z0 ist umgekehrt proportional zur ε R der Platte

Z0 nimmt mit der Zunahme der mittleren Dicke zu. Daher ist für Z0 strenge Hochfrequenzschaltung der Fehler der mittleren Dicke des kupferplattierten Laminatsubstrats strikt erforderlich. Im Allgemeinen sollte die Änderung der mittleren Dicke 10%.

2. Einfluss der dielektrischen Dicke auf die charakteristische Impedanz Z0

Mit der Zunahme der Liniendichte verursacht die Zunahme der mittleren Dicke die Zunahme der elektromagnetischen Störungen. Daher sollte mit der Zunahme der Leiterverdrahtungsdichte die Dicke des Mediums verringert werden, um das Streuungssignal oder Übersprechen, das durch elektromagnetische Störungen verursacht wird, zu beseitigen oder zu reduzieren oder den ε R zu reduzieren, um niedriges εr-Substrat auszuwählen.

Entsprechend der charakteristischen Impedanz Z0 der Mikrostreifenlinienstruktur ist die Formel: Z0.87.R.1.41 ln5.98h / (0.8W t)

Die Dicke der Kupferfolie (T) ist ein wichtiger Faktor, der Z0 beeinflusst. Je größer die Drahtdicke, desto kleiner Z0. Aber der Variationsbereich ist relativ klein.

3. Einfluss der Kupferfoliendicke auf die charakteristische Impedanz Z0

Je dünner die Kupferfoliendicke, desto höher ist der Z0-Wert, aber die Dickenänderung trägt wenig zu Z0 bei.

Der Beitrag von dünner Kupferfolie zu Z0 ist genauer als der von dünner Kupferfolie bei der Herstellung von feinen Drähten, um Z0 zu verbessern oder zu steuern.

Nach der Formel:

Z0.87/r +1.41 ln5.98H

Je kleiner die Linienbreite W, desto größer Z0; Die Verringerung der Drahtbreite kann die charakteristische Impedanz verbessern.

Der Einfluss der Linienbreitenänderung auf Z0 ist deutlich offensichtlicher als der der Liniendicke.

4. Einfluss der Leiterbreite auf die charakteristische Impedanz Z0

Z0 nimmt mit der Verengung der Linienbreite W schnell zu. Um Z0 zu steuern, muss daher die Linienbreite streng kontrolliert werden. Derzeit ist die Signalübertragungsleitungsbreite W der meisten Hochfrequenzlinien und Hochgeschwindigkeits-digitalen Linien 0.10 oder 0.13 mm. Traditionell ist die Linienbreitensteuerungsabweichung ± 20%. Für herkömmliche elektronische Produkte ohne Übertragungsleitung kann PCB-Draht (Drahtlänge "1,7 der Signalwellenlänge") die Anforderungen erfüllen, aber für Signalübertragungsleitung mit Z0-Steuerung beträgt die Abweichung der Leiterplattendrahtbreite ± 20%, die die Anforderungen nicht erfüllen kann. Weil der Fehler von Z0 mehr als ± 10%.

PCB Kennimpedanzsteuerung und PCB process control

1. Leiterplattenfilmproduktionsmanagement und -inspektion

Konstante Temperatur und Luftfeuchtigkeit Raum (21 ± 2 ° C, 55 ± 5%) staubdicht, Linienbreitenkompensation.

2. PCB Panel Design

Der Rand der Platte sollte nicht zu schmal sein, die Beschichtung sollte gleichmäßig sein, und die Beschichtung plus falsche Kathode sollte verwendet werden, um den Strom zu verteilen;

Das Standardmuster (Coupon) wurde entwickelt, um Z0 zu testen.

3. Ätzen von Leiterplatten

Strenge Prozessparameter, reduzieren Seitenkorrosion und führen die erste Inspektion durch;

Reduzieren Sie Restkupfer, Kupferschlacke und Kupferschrott an der Drahtkante;

Überprüfen Sie die Linienbreite und steuern Sie sie im erforderlichen Bereich (± 10% oder ± 0,02mm).

4. PCBAoi Prüfung

Für 2GHz Hochgeschwindigkeitssignal, selbst wenn der Abstand 0.05mm ist, muss es verschrottet werden; Der Schlüssel ist, die Linienbreite und Defekte der inneren Schicht zu steuern.

5. PCB Laminierung

Vakuumlaminator, reduzieren Sie den Druck, reduzieren Sie den Fluss des Leims, versuchen Sie, mehr Harz beizubehalten, weil das Harz den ε R beeinflusst, mehr Harzkonservierung, εr r wird niedriger sein. Kontrolle der Schichtdickentoleranz. Da die Plattendicke nicht gleichmäßig ist, bedeutet dies, dass die mittlere Dickenänderung Z0 beeinflusst.

6. PCB-Substrat auswählen

Streng nach den Kundenanforderungen des Plattentyps Blanking. Falsches Modell, falsches ε R, falsche Plattendicke, korrekter Leiterplattenherstellungsprozess, derselbe Schrott. Weil Z0 stark von ε R beeinflusst wird.

7. Leiterplattenlötemaske

In der Theorie sollte die Dicke des Widerstandsschweißen nicht zu dick sein, aber in der Tat ist der Einfluss nicht sehr groß. Die Oberfläche des Kupferleiters ist Luft ausgesetzt (ε r.1), so dass der Messwert von Z0 höher ist. Jedoch sinkt der Wert von Z0 um 1-3 Ω nach dem Schweißwiderstand, weil der ε r des Widerstandsschweißen 4.0 ist, der viel höher als der der Luft ist.

8. Wasseraufnahme von PCB

Die fertige Mehrschichtplatte sollte die Wasseraufnahme so weit wie möglich vermeiden, da das ε r,75 Wasser großen Tropfen und instabilen Effekt auf Z0 bringt.

Es ist die Dicke des Dielektrikums, die die charakteristische Impedanz der Leiterplatte beeinflusst, gefolgt von Dielektrizitätskonstante, Drahtbreite und Drahtdicke. Wenn das Substrat ausgewählt wird, ist die Änderung von ε R und H klein, und t ist leicht zu kontrollieren, aber es ist schwierig, die Linienbreite W innerhalb von ± 10%. Darüber hinaus umfassen die Probleme der Linienbreite Pinhole, Kerbe und Vertiefung auf dem Draht. In gewissem Sinne ist die effektive und wichtige Weise, Z0 zu steuern, die Leiterplattenlinienbreite zu steuern und anzupassen.