Notizie PCB - L'influenza della tecnologia dei circuiti stampati PCB sul controllo dell'impedenza e sulle sue soluzioni

La Cina si trova in una buona situazione di riforma e apertura centrata sulla costruzione economica. Il tasso di crescita annuale dell'industria elettronica supererà il 20% e la dipendenza dell'industria dei circuiti stampati dall'intera industria elettronica supererà il 20%. La rivoluzione tecnologica dell'industria elettronica mondiale e i cambiamenti nella struttura industriale hanno portato nuove opportunità e sfide allo sviluppo dei circuiti stampati. Con lo sviluppo di miniaturizzazione, digitalizzazione, alta frequenza e multifunzionalità delle apparecchiature elettroniche, i circuiti stampati, come i fili metallici nell'interconnessione elettrica delle apparecchiature elettroniche, non sono solo un problema corrente, ma anche una linea di trasmissione del segnale. Vale a dire, per condurre prove elettriche del segnale ad alta frequenza e della trasmissione del segnale digitale ad alta velocità sul PCB, è necessario non solo misurare se l'on-off e il cortocircuito del circuito soddisfano i requisiti, ma anche misurare se il valore di impedenza caratteristica si trova all'interno della gamma qualificata specificata. Solo se queste due direzioni sono qualificate, il circuito stampato può soddisfare i requisiti.

Le prestazioni del circuito fornite dal circuito stampato devono essere in grado di garantire che non vi sia alcuna riflessione nel processo di trasmissione del segnale, mantenere l'integrità del segnale, ridurre la perdita di trasmissione e svolgere il ruolo di impedenza corrispondente, in modo da ottenere un segnale di trasmissione completo, affidabile, accurato e privo di rumore. Questo articolo discute il controllo caratteristico dell'impedenza della scheda multistrato della struttura microstrip di superficie.

1. Linea microstrip di superficie e impedenza caratteristica

La linea di microstrip superficiale ha un'elevata impedenza caratteristica ed è ampiamente utilizzata nella pratica. Il suo strato esterno è il piano della linea del segnale che controlla l'impedenza. È separato dal piano del dato adiacente da materiale isolante

A. Microstrip

Z={87/[sqrt(ER+1.41)]}ln[5.98h/(0.8W+T)], dove W è la larghezza della linea, T è lo spessore della lamiera di rame, h è la distanza dalla linea al piano di riferimento e ER è la costante dielettrica del materiale PCB. Questa formula può essere applicata solo quando 0,1<(w/h)<2,0 e 1<(ER)<15.

Linea B

Z=[60/Sqt(ER)] Ln {4H/(0.67π(0.8W+T)}}, dove H è la distanza tra i due piani di riferimento e la linea è al centro dei due piani di riferimento. Adatto solo per w/h<0,35 e T/h<0,25

Si può vedere dalla formula che i principali fattori che influenzano l'impedenza caratteristica sono (1) la costante dielettrica Er, (2) lo spessore dielettrico h, (3) la larghezza della linea W e (4) lo spessore del rame T. Pertanto, l'impedenza caratteristica è strettamente correlata al materiale del substrato (laminato rivestito di rame), quindi la scelta del materiale del substrato è molto importante nella progettazione del PCB.

2. La costante dielettrica del materiale e la sua influenza

La costante dielettrica del materiale è determinata dal produttore del materiale e la frequenza è 1MHz. Lo stesso materiale prodotto da diversi produttori differisce per il suo diverso contenuto di resina. Prendendo come esempio un panno di vetro epossidico, è stata studiata la relazione tra costante dielettrica e cambiamento di frequenza. La costante dielettrica diminuisce man mano che la frequenza aumenta, quindi nelle applicazioni pratiche, la costante dielettrica del materiale dovrebbe essere determinata in base alla frequenza di funzionamento. In circostanze normali, il valore medio può soddisfare i requisiti. La velocità di trasmissione del segnale nel materiale dielettrico diminuirà con l'aumento della costante dielettrica. Pertanto, al fine di ottenere una velocità di trasmissione del segnale più elevata, la costante dielettrica del materiale deve essere ridotta e l'alta resistenza caratteristica deve essere utilizzata per ottenere una trasmissione più elevata. Velocita'.

3. L'influenza della larghezza e dello spessore del filo

La larghezza della linea è uno dei parametri principali che influenzano il cambiamento caratteristico dell'impedenza. Prendendo come esempio la linea microstrip superficiale, viene spiegata la relazione tra il valore di impedenza e la larghezza della linea. Si può vedere dalla figura che quando la larghezza del filo cambia di 0,025mm, il valore di impedenza cambierà di 5-6 ohm. Nella produzione effettiva, se 18 ohm è utilizzato per controllare l'impedenza μ del piano della linea di segnale, la tolleranza del cambiamento di larghezza del conduttore è ±0,015mm, se la tolleranza del cambiamento di impedenza è 35μ, si può vedere che il cambiamento ammissibile della larghezza del conduttore nella produzione porterà all'impedenza Grande cambiamento di valore. La larghezza del filo è determinata dal progettista in base ai vari requisiti di progettazione. È necessario soddisfare la capacità di carico corrente e i requisiti di aumento della temperatura del filo, ma anche raggiungere il valore di impedenza previsto. Ciò richiede al fabbricante di assicurarsi che la larghezza della linea soddisfi i requisiti di progettazione durante la produzione e la modifichi entro l'intervallo di tolleranza per soddisfare i requisiti di impedenza. Lo spessore del filo è determinato anche in base alla capacità di carico corrente richiesta del filo e all'aumento di temperatura ammissibile. In produzione, al fine di soddisfare i requisiti di utilizzo, lo spessore medio del rivestimento è 25μm. Lo spessore del filo è uguale allo spessore del foglio di rame più lo spessore del rivestimento. Va notato che prima della galvanizzazione, la superficie del filo deve essere mantenuta pulita e non ci dovrebbero essere residui e olio nero sul bordo di riparazione. Di conseguenza, durante il processo di galvanizzazione, il rame non viene galvanizzato e lo spessore del conduttore locale cambia, influenzando così il valore caratteristico dell'impedenza. Inoltre, nel processo di spazzolatura della scheda, fare attenzione a non cambiare lo spessore del filo per causare cambiamenti nel valore di impedenza.

4. L'influenza di spessore medio H

Si può vedere dalla formula che l'impedenza caratteristica è proporzionale al logaritmo naturale dello spessore dielettrico. Pertanto, più spesso è il dielettrico, maggiore è il valore di impedenza. Pertanto, lo spessore del dielettrico è un altro fattore importante che influisce sul valore della resistenza caratteristica. Poiché la larghezza della linea e la costante dielettrica del materiale sono state determinate prima della produzione, i requisiti del processo di spessore della linea possono essere utilizzati anche come valore fisso, quindi controllare lo spessore del laminato (spessore dielettrico) è il mezzo principale per controllare l'impedenza caratteristica nella produzione. La relazione tra il valore caratteristico dell'impedenza e la variazione dello spessore del mezzo può essere ottenuta dalla figura. Si può vedere dalla figura che quando lo spessore del mezzo cambia di 0,025mm, il valore dell'impedenza cambia di +5-8 ohm. Nel processo di produzione effettivo, il cambiamento nello spessore ammissibile di ogni strato causerà un grande cambiamento nel valore di impedenza. Nella produzione effettiva, diversi tipi di prepreg sono selezionati come mezzo isolante e lo spessore del mezzo isolante è determinato in base al numero di prepreg. Prendiamo ad esempio la linea di microstrip superficiale: nel processo di produzione, è possibile fare riferimento al diagramma per determinare la costante dielettrica del materiale isolante alla frequenza di funzionamento corrispondente, quindi utilizzare la formula per calcolare il valore di impedenza corrispondente. In base al valore di larghezza della linea dell'utente e al valore di impedenza calcolato, trovare lo spessore medio corrispondente attraverso il grafico e quindi determinare il tipo e la quantità del prepreg in base allo spessore del laminato rivestito di rame e della lamina di rame.

Si può vedere dalla figura che quando lo spessore dielettrico e il materiale sono gli stessi, il disegno della struttura della linea microstrip ha un valore di impedenza caratteristico superiore alla struttura della linea di striscia, generalmente 20Ω-40Ω. Pertanto, la struttura del microtrip è principalmente utilizzata per la trasmissione del segnale digitale ad alta frequenza e ad alta velocità. Allo stesso tempo, l'impedenza caratteristica aumenta con l'aumento dello spessore del mezzo. Pertanto, per i circuiti ad alta frequenza con valori di impedenza caratteristica rigorosamente controllati, sono posti requisiti rigorosi sull'errore di spessore dielettrico del laminato rivestito di rame. In generale, lo spessore del mezzo non cambia più del 10%. Per le schede multistrato, lo spessore del supporto è ancora un fattore di elaborazione, particolarmente strettamente correlato al processo di laminazione multistrato, quindi deve essere rigorosamente controllato.

5. Conclusione

Nella produzione effettiva, un leggero cambiamento nella larghezza e nello spessore del filo, la costante dielettrica del materiale isolante e lo spessore del mezzo isolante causerà il cambiamento dell'impedenza caratteristica. Inoltre, il valore di impedenza caratteristica è correlato anche ad altri fattori di produzione. Pertanto, al fine di controllare l'impedenza caratteristica, il produttore di PCB deve comprendere i fattori che influenzano la modifica del valore di impedenza caratteristica in base ai requisiti del progettista, padroneggiare le condizioni di produzione effettive e regolare i parametri di processo all'interno dell'intervallo di tolleranza ammissibile per ottenere il valore di impedenza richiesto.