PCB Tecnico - Cos'è l'impedenza caratteristica?

1. Resistenza

Quando la corrente CA scorre attraverso un conduttore, la resistenza è chiamata impedenza, che corrisponde a Z, e l'unità è Ω.

La resistenza in questo momento è diversa da quella della corrente DC. Oltre alla resistenza di resistenza, ci sono problemi di resistenza di reattività induttiva (XL) e reattività capacitiva (XC).

Per distinguere la resistenza della corrente continua, la resistenza incontrata dalla corrente alternata è chiamata impedenza (z).

Z=â Ֆš R2 +(XL -XC)2

2. Impedenza (z)

Negli ultimi anni, con il miglioramento e l'applicazione dell'integrazione IC, la frequenza e la velocità di trasmissione del segnale stanno diventando sempre più alte. Pertanto, quando la trasmissione del segnale (trasmissione) raggiunge un certo valore, sarà influenzata dal cavo PCB stesso, con conseguente grave distorsione o perdita completa del segnale di trasmissione. Ciò mostra che la "cosa" che scorre attraverso il cavo PCB non è la corrente, ma la trasmissione del segnale di onda quadrata o dell'impulso in energia.

3. Controllo dell'impedenza caratteristica (Z0)

La resistenza della trasmissione "segnale" di cui sopra, nota anche come "impedenza caratteristica", rappresenta il simbolo Z0.

Pertanto, non è sufficiente risolvere i problemi di "on", "off" e "cortocircuito" sul filo PCB, ma anche controllare l'impedenza caratteristica del filo. In altre parole, la qualità delle linee di trasmissione per la trasmissione ad alta velocità e la trasmissione del segnale ad alta frequenza è molto più rigorosa di quella dei cavi di trasmissione. Non è più "open / cortocircuito" test pass, o notch, bava non supera il 20% della larghezza della linea. Deve essere richiesto di misurare il valore di impedenza caratteristica e l'impedenza deve essere controllata entro la tolleranza, altrimenti viene solo rottamata e non può essere rielaborata.

Perché dovrebbe essere controllata l'impedenza caratteristica del PCB

1. Quando l'apparecchiatura elettronica (computer, macchina di comunicazione) è in funzione, il segnale inviato dal driver raggiungerà il ricevitore attraverso la linea di trasmissione PCB. Quando il segnale viene trasmesso nella linea di segnale del circuito stampato, il valore caratteristico di impedenza Z0 deve corrispondere all'"impedenza elettronica" dei componenti testa e coda, in modo che l'"energia" nel segnale possa essere trasmessa completamente.

2. una volta che la qualità del circuito stampato è scarsa e Z0 supera la tolleranza, il segnale trasmesso avrà problemi come riflessione, dispersione, attenuazione o ritardo. In casi gravi, il segnale sbagliato verrà trasmesso e il computer si blocca.

3. selezione rigorosa delle piastre e controllo del processo di produzione, lo Z0 sul bordo multistrato può soddisfare le specifiche richieste dai clienti. Più alta è l'impedenza elettronica, più veloce sarà la velocità di trasmissione. Pertanto, lo Z0 del PCB deve essere migliorato per soddisfare i requisiti dei componenti corrispondenti. Solo quando Z0 è qualificato, può essere considerato come il prodotto qualificato richiesto dai segnali ad alta velocità o ad alta frequenza.

Rapporto tra impedenza caratteristica Zo del materiale PCB e PCB e processo PCB

La formula dell'impedenza caratteristica Z0 della struttura della linea microstrip PCB: Z0 = 87 / R + 1.41 ln5.98h / (0.8W + T)

Dove: ε R - costante dielettrica H - spessore dielettrico W - larghezza conduttore T - spessore conduttore

Più basso è l'ε R della scheda, più facile è aumentare il valore Z0 del circuito PCB e corrispondere al valore di impedenza di uscita dei componenti ad alta velocità.

1. L'impedenza caratteristica Z0 è inversamente proporzionale all'ε R della piastra

Z0 aumenta con l'aumento dello spessore medio. Pertanto, per il circuito ad alta frequenza rigoroso Z0, l'errore di spessore medio del substrato laminato rivestito di rame è richiesto rigorosamente. In generale, il cambiamento dello spessore medio non dovrebbe superare il 10%.

2. Influenza dello spessore dielettrico sull'impedenza caratteristica Z0

Con l'aumento della densità della linea, l'aumento dello spessore medio causerà l'aumento delle interferenze elettromagnetiche. Pertanto, con l'aumento della densità di cablaggio del conduttore, lo spessore del mezzo dovrebbe essere ridotto per eliminare o ridurre il segnale randagio o crosstalk causato da interferenze elettromagnetiche, o per ridurre l'ε R, in modo da selezionare basso substrato ε r.

Secondo l'impedenza caratteristica Z0 della struttura di linea microstrip, la formula è: Z0 = 87 / R + 1.41 ln5.98h / (0.8W + T)

Lo spessore del foglio di rame (T) è un fattore importante che influenza Z0. Più grande è lo spessore del filo, più piccolo Z0. Ma la gamma di variazione è relativamente piccola.

3. Influenza dello spessore del foglio di rame sull'impedenza caratteristica Z0

Più sottile è lo spessore della lamina di rame, maggiore è il valore Z0, ma il cambiamento di spessore ha poco contributo a Z0.

Il contributo del foglio sottile di rame a Z0 è più accurato di quello del foglio sottile di rame nella produzione di fili fini per migliorare o controllare Z0.

Secondo la formula:

Z0 = 87/r +1,41 ln5,98H / (0,8W+T)

Più piccola è la larghezza della linea W, più grande Z0; Ridurre la larghezza del filo può migliorare l'impedenza caratteristica.

L'influenza del cambiamento della larghezza della linea su Z0 è molto più evidente di quella dello spessore della linea.

4. Influenza della larghezza del conduttore sull'impedenza caratteristica Z0

Z0 aumenta rapidamente con il restringimento della larghezza della linea W. Pertanto, per controllare Z0, la larghezza della linea deve essere rigorosamente controllata. Attualmente, la larghezza della linea di trasmissione del segnale W della maggior parte delle linee ad alta frequenza e delle linee digitali ad alta velocità è di 0,10 o 0,13 mm. Tradizionalmente, la deviazione del controllo della larghezza della linea è ± 20%. Per i prodotti elettronici convenzionali senza linea di trasmissione, il cavo PCB (lunghezza del cavo "1 / 7 della lunghezza d'onda del segnale") può soddisfare i requisiti, ma per la linea di trasmissione del segnale con controllo Z0, la deviazione della larghezza del cavo PCB è ± 20%, che non può soddisfare i requisiti. Perché l'errore di Z0 è più di ± 10%.

Controllo dell'impedenza caratteristica PCB e controllo del processo PCB

1. Gestione e ispezione della produzione di film PCB

Temperatura costante e umidità ambiente (21 ± 2 ° C, 55 ± 5%), antipolvere, compensazione larghezza linea.

2. Progettazione del pannello PCB

Il bordo del pannello non dovrebbe essere troppo stretto, il rivestimento dovrebbe essere uniforme e la placcatura più falso catodo dovrebbe essere utilizzata per disperdere la corrente;

Il campione standard (coupon) è stato progettato per testare Z0.

3. Incisione PCB

Parametri di processo rigorosi, ridurre la corrosione laterale ed effettuare la prima ispezione;

Ridurre il rame residuo, scorie di rame e rottami di rame al bordo del filo;

Controllare la larghezza della linea e controllarla entro l'intervallo richiesto (± 10% o ± 0,02 mm).

4. Esame PCBAoi

Per il segnale ad alta velocità 2GHz, anche se lo spazio è di 0,05 mm, deve essere eliminato; La chiave è controllare la larghezza della linea e i difetti dello strato interno.

5. Laminazione PCB

Laminatore sottovuoto, ridurre la pressione, ridurre il flusso di colla, cercare di mantenere più resina, perché la resina influenza l'ε R, più conservazione della resina, ε r sarà più basso. Controllare la tolleranza dello spessore della laminazione. Poiché lo spessore della piastra non è uniforme, significa che il cambiamento di spessore medio influenzerà Z0.

6. Selezionare il substrato PCB

Rigorosamente secondo le esigenze del cliente del tipo di blanking della piastra. Modello sbagliato, ε R sbagliato, spessore piatto sbagliato, processo di produzione PCB corretto, stesso scarto. Perché Z0 è fortemente influenzato da ε R.

7. Maschera di saldatura PCB

In teoria, lo spessore della saldatura a resistenza non dovrebbe essere troppo spesso, ma in realtà, l'influenza non è molto grande. La superficie del conduttore di rame è esposta all'aria (ε r = 1), quindi il valore misurato di Z0 è più alto. Tuttavia, il valore di Z0 diminuirà di 1-3 Ω dopo la resistenza di saldatura, perché l'ε r della saldatura di resistenza è 4,0, che è molto più alto di quello dell'aria.

8. Assorbimento dell'acqua del PCB

La scheda multistrato finita dovrebbe evitare l'assorbimento dell'acqua per quanto possibile, perché l'ε r = 75 di acqua porterà grande goccia e effetto instabile a Z0.

È lo spessore del dielettrico che influisce sull'impedenza caratteristica del PCB, seguito dalla costante dielettrica, dalla larghezza del filo e dallo spessore del filo. Quando il substrato è selezionato, il cambiamento di ε R e H è piccolo e t è facile da controllare, ma è difficile controllare la larghezza della linea W entro ± 10%. Inoltre, i problemi di larghezza della linea includono foro, tacca e depressione sul filo. In un certo senso, il modo efficace e importante per controllare Z0 è controllare e regolare la larghezza della linea PCB.