PCB科技 - 如何建立阻抗可控的柔性疊層

阻抗是衡量電路對電流施加的限制的名額. 它類似於電阻器, 但它也考慮了電感和電容的影響. 柔性堆棧中的阻抗控制對於减少訊號反射和實現可靠的信號完整性至關重要.

Controlled impedance (CI) is the characteristic impedance of the transmission line in the PCB導線 及其相關基準面. 當高頻訊號通過電路板跡線傳播時，尤其需要它.

為什麼我們需要控制 柔性PCB?

在現代，柔性電路板變得更小、更快、更複雜。 撓性板通常用於高頻應用，如射頻通信、電信、使用100MHz以上訊號頻率的計算、高速信號處理和高品質類比視頻，如DDR、HDMI、千兆乙太網等。

訊號軌跡在訊號路徑中的每個點都有阻抗。 如果阻抗點與該點不同，則會出現訊號反射，反射的幅度取決於兩個阻抗之間的差异。 這種反射將以與訊號相反的方向傳播，這意味著反射訊號將疊加在原始訊號上。 為了更好地理解受控阻抗讀數，為什麼受控阻抗真的很重要？

什麼是PCB中的阻抗匹配？

當涉及到靈活的PCB設計時，阻抗匹配變得至關重要，因為它們通常用於高速應用。 它是指將負載阻抗與傳輸線的特性阻抗相匹配。 如果負載阻抗和特性阻抗相等，將消除傳輸線中的反射。 這確保了原始訊號的接收不會衰减。

影響柔性電路板阻抗的因素

通過改變PCB跡線的物理尺寸和所用電介質資料的特性，可以實現靈活的阻抗控制。 以下是影響柔性PCB阻抗的因素。

軌跡的物理大小

軌跡高度

軌跡頂面的寬度

痕迹底部寬度

軌跡頂部和底部之間的寬度差

軌跡距地平面的高度

所用電介質資料的介電效能

添加的介電材料的介電常數

軌跡和基準面之間的介電高度

焊接掩模或覆蓋層的介電常數

柔性板的受控阻抗配寘

柔性板阻抗控制的最常見配寘是：

單端微帶

如何建立阻抗可控的柔性疊層

用於柔性PCB的單端微帶線

H1：軌跡和基準面之間的介電高度

W1：軌跡底部的寬度

W2：軌跡頂面的寬度

T1：軌跡的厚度

Er1：軌跡和基準面之間的介電常數

這種配寘在電路板堆棧的外層具有由均勻導體（厚度和寬度）製成的傳輸線。 基準面為傳輸線上傳輸的訊號提供電流返回路徑。 單端微帶線允許更薄的柔性結構，這也新增了靈活性並降低了總體成本。

邊緣塗覆差分微帶線

用於柔性PCB的邊緣耦合差分微帶線

H1：軌跡和基準面之間的介電高度

W1：軌跡底部的寬度

W2：軌跡頂面的寬度

T1：軌跡的厚度

S1：差分對的兩條記錄道之間的間隔

C1、C2和C3：不同位置的覆蓋層厚度

CEr：覆蓋層的介電常數

當訊號及其補數在兩個獨立的記錄道上傳輸時，稱為差分訊號。 這些軌跡稱為差分對。 軌跡以恒定間距佈線。 具有邊緣耦合差分對的主要優點之一是，基準面上的雜訊對於兩條記錄道都是公共的。 這抵消了接收端的雜訊。

單端帶狀線

如何建立阻抗可控的柔性疊層

柔性PCB的單端帶狀線

H1：第一個電介質的高度

H2：第二層電介質的高度

W1：軌跡底部的寬度

W2：軌跡頂面的寬度

Er1：第一個電介質的介電常數

Er2：第二電介質的介電常數

T1：軌跡的厚度

它在一個網絡中的兩個接地層之間實現訊號路由 多層PCB. 高頻訊號的返回路徑位於平面上訊號軌跡的上方和下方.

邊緣耦合差分帶線

如何建立阻抗可控的柔性疊層

用於柔性PCB的邊緣耦合差分帶線

H1：第一個電介質的高度

H2：第二層電介質的高度

W1：軌跡底部的寬度

W2：軌跡頂面的寬度

Er1：第一個電介質的介電常數

Er2：第二電介質的介電常數

T1：軌跡的厚度

S1：差分對的兩條記錄道之間的間隔

這種配寘有兩個夾在兩個平面之間的受控阻抗軌跡。 它類似於單端帶狀線。 唯一的區別是，它有一對由均勻距離分隔的導體。

柔性PCB中的交叉陰影基準面

交叉影線導體寬度（HW）與交叉影線間距（HP）的比值在表徵交叉影線平面中起著重要作用。 如果比率約為0.293，則可以實現50%的銅去除。 比率越小，銅的去除率越高。 與剛性銅平面相比，柔性控制阻抗的唯一缺點是需要有更高的控制阻抗值。

交叉陰影基準面意味著已從該平面上去除了很大比例的銅。 它對柔性PCB中的受控阻抗有重大影響。 交叉陰影平面不能為訊號跡線提供100%遮罩。 交叉影線基準面的主要目的是新增電路板的靈活性。

柔性設計中的阻抗控制需要比標準柔性芯更厚的柔性芯，以達到所需的阻抗值。 較厚的柔性芯新增了總厚度並降低了可彎曲性。

表面微帶配寘讓位於盡可能薄的柔性芯，提供了最高程度的靈活性。 帶狀線配寘允許在軌跡的任一側進行遮罩。 然而，這種配寘顯著增加了偏轉厚度，從而降低了偏轉能力。

柔性板通常由聚醯亞胺基材製成。 與剛性資料相比，這些基材的Dk值較低（3至3.5）。 柔性資料的厚度始終均勻。 這使其成為靈活控制阻抗設計的理想選擇。

聚醯亞胺資料有兩種類型：粘合劑基資料和無粘合劑資料。 無粘合劑和基於粘合劑的資料均可用於柔性CI設計。 然而，由於其一致的結果，無粘結劑資料更適合於高速應用。

特氟隆和特氟隆等先進資料/Polyimide hybrid 材料 are suitable 對於 high-speed applications. 這些資料比聚醯亞胺資料更昂貴. Standard adhesive-free polyimide 材料 meet the 設計 requirements of controlled impedance while reducing costs. Sierra Circuits使用杜邦資料 柔性PCB.

控制阻抗是最小化PCB中訊號反射的關鍵因素之一。