PCB技術 - フレックススタックを制御可能なインピーダンスで積み上げる方法

インピーダンスは電流の回路によって課される限界の尺度である. それは抵抗器に似ている, しかし、それはまた、インダクタンスおよびキャパシタンスの効果を考慮する. フレキシブルスタックにおけるインピーダンス制御は信号反射を低減し信頼性の高い信号完全性を達成するために必須である.

制御インピーダンス（CI）はプリント基板における伝送路の特性インピーダンスであるおよびその関連平面. 高周波信号が回路基板トレースを伝搬するとき、それは特に必要である.

なぜ我々はインピーダンスを制御する必要があります フレキシブル?

現代では、フレキシブル回路基板は、より小さく、より速く、より複雑になっている。フレックスボードは、RF通信、電気通信、100 MHz以上の信号周波数、高速信号処理、高品質のアナログビデオ、例えばDDR、HDMI、ギガビットイーサネット等のような高周波用途で一般的に使用される。

信号トレースは、信号経路のすべての点でインピーダンスを有する。インピーダンス点が点と異なる場合、信号反射は、2つのインピーダンス間の差に依存する振幅である。この反射は信号に逆方向に伝搬し、反射信号が原信号に重畳されることを意味する。制御されたインピーダンス測定値をよりよく理解するためにはなぜインピーダンス制御が重要か？

PCB基板におけるインピーダンス整合とは何か

フレキシブルなPCB設計に関しては、高速用途にしばしば使用されるため、インピーダンス整合が重要になる。負荷インピーダンスと伝送線路の特性インピーダンスとを整合させることを指す。負荷インピーダンスと特性インピーダンスが等しい場合は、伝送線路の反射をなくす。これにより、本来の信号の受信を減衰させない。

フレキシブル回路基板のインピーダンスに影響する因子

柔軟なインピーダンス制御は、PCB基板トレースの物理的寸法および使用される誘電体材料の特性を変更することによって達成することができる。フレキシブルプリント基板のインピーダンスに影響する要因は以下の通りである。

トレースの物理的な大きさ

痕跡高

トレースの上面の幅

底底幅

トレースの上部とトレースの下部の幅の違い

地面からの痕跡の高さ

誘電材料の誘電特性

添加誘電体の誘電率

トレースと基準面との間の誘電体高さ

半田マスクまたはカバー層の誘電率

フレキシブル基板のインピーダンス制御

フレキシブルボードのインピーダンス制御の最も一般的な構成は以下の通りである。

シングルエンドマイクロストリップ

フレックススタックを制御可能なインピーダンスで積み上げる方法

フレキシブルPCB用シングルエンドマイクロストリップ線路

H 1：トレースと基準面の間の誘電体高さ

w 1 :トレースの底の幅

w 2：トレースの上面の幅

T 1 :トレースの厚さ

トレースと基準面との間の誘電率

この構成は、回路基板スタックの外層上の均一な導体（厚さ及び幅）からなる伝送線路を有する。基準面は、伝送線路上で伝送される信号に対して電流帰還経路を与える。シングルエンドマイクロストリップラインは、柔軟性を高め、全体的なコストを低減する薄型のフレキシブル構造を可能にする。

エッジコート差動マイクロストリップライン

フレキシブルPCB用エッジ結合差動マイクロストリップ線路

H 1：トレースと基準面の間の誘電体高さ

w 1 :トレースの底の幅

w 2：トレースの上面の幅

T 1 :トレースの厚さ

S 1 :差動ペアの2つのトレース間の間隔

C 1、C 2、およびC 3：異なる位置でカバー層の厚さ

カバー層の誘電率

信号とその補数が2つの独立したトレースで伝送されるとき、それは差動信号と呼ばれます。これらのトレースを差動対と呼ぶ。トレースは一定のピッチでルーティングされる。エッジ結合差動対を有する主な利点の1つは、基準平面上のノイズが両方のトレースに共通であることである。これにより、受信端のノイズがキャンセルされる。

シングルエンドリボンライン

フレックススタックを制御可能なインピーダンスで積み上げる方法

フレキシブルPCB用シングルエンドストリップライン

第1の誘電体の高さ

H 2：誘電体の第2の層の高さ

w 1 :トレースの底の幅

w 2：トレースの上面の幅

第1誘電体の誘電率

誘電体の誘電率

T 1 :トレースの厚さ

これは、2つのグランドプレーン間の信号ルーティングを実装します 多層PCB. 高周波信号の戻り経路は、平面上の信号トレースの上下に位置する.

エッジ結合差動ストリップライン

フレックススタックを制御可能なインピーダンスで積み上げる方法

フレキシブルPCB用エッジ結合差動ストリップライン

第1の誘電体の高さ

H 2：誘電体の第2の層の高さ

w 1 :トレースの底の幅

w 2：トレースの上面の幅

第1誘電体の誘電率

誘電体の誘電率

T 1 :トレースの厚さ

S 1 :差動ペアの2つのトレース間の間隔

この構成は、2つの平面間に挟まれた2つの制御されたインピーダンストレースを有する。これは、シングルエンドのリボンラインに似ています。唯一の違いは、それが均一な距離によって、切り離される一対の導体を有するということである。

フレキシブルPCBにおけるクロスハッチ参照平面

交差ハッチングピッチ（hp）に対する交差ハッチングした導体幅（hw）の比は，交差したハッチング平面を特性化する上で重要な役割を果たす。比率が約0.293であれば、50 %の銅の除去を達成することができる。比率が小さいほど、銅の割合が大きくなる。剛性銅平面と比較して、フレキシブル制御インピーダンスの唯一の欠点は、より高い制御インピーダンス値を有する必要性である。

クロスハッチ参照平面は、銅の大部分が平面から除去されたことを意味する。それはフレキシブルPCBにおける制御されたインピーダンスに大きな影響を及ぼす。クロスハッチプレーンは、信号トレースのために100 %のシールドを提供することができません。クロスハッチング基準平面の主な目的は、回路基板の柔軟性を高めることである。

フレキシブル設計におけるインピーダンス制御は，要求されるインピーダンス値を達成するために，標準フレキシブルコアより厚いコアを必要とする。より柔軟なコアは、全体の厚さを増加させ、曲げ性を低下させる。

表面マイクロストリップの構成は、柔軟性の高い柔軟性を提供する、可能な限り薄い柔軟性コアに方法を与える。ストリップライン構成は、トレースの両側で遮蔽を許します。しかしながら、この構成は偏向厚さを著しく増加させ、それによって偏向能力を減少させる。

フレキシブル基板は、通常、ポリイミド基板からなる。硬質材料と比較して，これらの基板はdk値が低い（3〜3.5）。可撓性材料の厚さは常に均一である。これは、彼らを柔軟な制御インピーダンス設計に理想的にします。

ポリイミド材料は接着剤系材料と無接着材料の2種類がある。両方の接着剤フリー接着剤ベースの材料は、柔軟なCIの設計のために使用することができます。しかし、その一貫した結果のために、バインダーフリー材料は、高速用途により適している。

テフロンやテフロンなどの先進材料/ポリイミドハイブリッド材料は高速用途に適している. これらの材料はポリイミド材料より高価である. 標準接着剤フリーポリイミド材料適合デザイン インピーダンスの要件を制御しながら、コストを削減します回路はデュポン材料を使用する フレキシブル.

制御インピーダンスは，pcb基板の信号反射を最小にする重要な因子の一つである。