你的位置:首頁(yè) > 測(cè)試測(cè)量 > 正文
探討PCB特性阻抗控制精度
發(fā)布時(shí)間:2019-12-16 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】隨著電子整機(jī)產(chǎn)品的高速化發(fā)展,這就要求所使用PCB的特性阻抗控制要求達(dá)到高精度化。以計(jì)算機(jī)高速化進(jìn)展為例,就可以說(shuō)明這一需求的發(fā)展趨勢(shì)。
最初對(duì)PCB確立±10%的控制精度要求是由電路中800MHz頻率信號(hào)的Direc Rambus 型的DRAM模塊(RIMM)應(yīng)用所提出的,這是為了保證計(jì)算機(jī)主機(jī)和交換機(jī)的內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)更高速的動(dòng)作。不僅搭載RIMM的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品,而且很多的電子產(chǎn)品也需要基板上的電路能很好地與之匹配,一些客戶相應(yīng)使用的PCB板件的特性阻抗控制精度不在局限于原來(lái)的±15%或±10%,有的阻抗控制精度要求提高到±8%甚至±5%,這對(duì)PCB制造廠來(lái)說(shuō)確實(shí)是很大的挑戰(zhàn)。本文主要針對(duì)如何滿足客戶嚴(yán)格的阻抗控制精度要求方面進(jìn)行闡述,希望能對(duì)PCB制造業(yè)同行有所幫助。
阻抗控制精度分析
一般多層板的傳輸線系統(tǒng)要達(dá)到60±10%Ω還算容易,但要達(dá)到75±5%Ω,甚至50±5%Ω時(shí)就會(huì)有點(diǎn)難度,誤差5%即使對(duì)于技術(shù)規(guī)格要求較高的應(yīng)用而言也是不常見(jiàn)的,但還是有一些客戶對(duì)阻抗控制精度提出了±5%的要求,現(xiàn)舉例來(lái)說(shuō)明。
以下是我司生產(chǎn)的一種板件,該板的要求:4層板,完成板厚1.0±0.10mm,板材采用FR4,客戶有指定的疊層結(jié)構(gòu),見(jiàn)下圖
其中TOP層有單線阻抗要求,參考層為第2層,其中單線阻抗線寬W1要求12.0MIL,阻抗要求50±5%Ω(50±2.5Ω),其結(jié)構(gòu)如下:
對(duì)于客戶如此嚴(yán)格的阻抗控制精度要求,如何去滿足?下面來(lái)談?wù)勎覀児臼侨绾稳ミM(jìn)行控制的。
PCB特性阻抗的模擬計(jì)算
對(duì)于有阻抗控制要求的板,目前,PCB工廠比較常見(jiàn)的做法就是在PCB的生產(chǎn)拼版板邊適當(dāng)位置設(shè)計(jì)一些阻抗試樣,這些阻抗試樣具有與PCB相同的分層和阻抗線構(gòu)造。在設(shè)計(jì)阻抗試樣前會(huì)預(yù)先采用一些阻抗計(jì)算軟件對(duì)阻抗進(jìn)行模擬計(jì)算,以便對(duì)阻抗進(jìn)行預(yù)測(cè)。其中英國(guó)POLAR公司開(kāi)發(fā)的CITS測(cè)試系統(tǒng)及計(jì)算軟件自1991年起已經(jīng)為許多PCB制造商所使用,而且操作簡(jiǎn)單、具有強(qiáng)大的功能計(jì)算能力。但不管該系統(tǒng)功能有多強(qiáng)大,其計(jì)算能力及計(jì)算阻抗的場(chǎng)求解工具都依賴于使用“理想的”材質(zhì),模擬計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際測(cè)量的阻抗結(jié)果之間總會(huì)存在一定的偏差。因此,對(duì)于客戶阻抗控制精度要求±5%的情況下,采用計(jì)算精度比較高的軟件進(jìn)行較為準(zhǔn)確的模擬預(yù)測(cè)就顯得尤為重要了。為此,我們采用英國(guó)POLAR公司開(kāi)發(fā)的最新計(jì)算軟件Polar SI8000K 控制阻抗快速解算器進(jìn)行模擬預(yù)測(cè),由于客戶要求:為了滿足50±5%Ω的阻抗允許PCB廠可對(duì)疊層結(jié)構(gòu)做適當(dāng)調(diào)整,而阻抗線寬不可調(diào)整,為此,模擬結(jié)果如下:
根據(jù)上面的模擬結(jié)果可看出,為了滿足客戶50Ω阻抗要求,需將客戶原有TOP層到第2層的介質(zhì)層厚度9mil調(diào)整為7mil,同時(shí),為了滿足客戶完成板厚,需將芯板厚度也做相應(yīng)調(diào)整。結(jié)合內(nèi)層線路的布線密度,調(diào)整為如下疊層結(jié)構(gòu):
PCB的生產(chǎn)過(guò)程控制
采用平行光曝光機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)
因?yàn)榉瞧叫泄馐菍儆邳c(diǎn)光源,發(fā)射的光是散射的光,因此,這些光線透過(guò)菲林底片進(jìn)入感光干膜或其他液態(tài)抗蝕刻劑膜等是呈各種各樣角度曝光的,經(jīng)過(guò)曝光顯影出來(lái)的圖形與底片上的圖形會(huì)有一定的偏差,而平行光是以垂直方向照射到感光干膜或其他液態(tài)抗蝕刻劑膜進(jìn)行曝光的,因此,感光層上曝光出來(lái)的導(dǎo)線寬度會(huì)十分接近菲林底片上的導(dǎo)線寬度,這樣,可以得到更為準(zhǔn)確的導(dǎo)線寬度,從而減少這種偏差對(duì)阻抗帶來(lái)的影響。
外層基銅選用薄銅箔
由于精細(xì)線路的迅速發(fā)展,薄銅箔已得到大量的發(fā)展并被全面使用,銅箔厚度已由早些年的1OZ走向1/2OZ為主,而且早也開(kāi)發(fā)出1/3OZ和 1/4OZ,甚至更薄的如1/7OZ銅箔。因?yàn)檩^薄的銅箔厚度有利于制造和控制導(dǎo)線寬度及導(dǎo)線的完整性,從而有利于保證阻抗控制精度。由于客戶對(duì)外層銅厚要求為1OZ, 因此,對(duì)于該四層板壓合時(shí)外層我們選用了1/3OZ 銅箔進(jìn)行壓合,再經(jīng)過(guò)后面的電鍍后即可達(dá)到客戶表面銅厚1OZ的銅厚要求,這樣既滿足了客戶表面完成銅厚的要求,又有利于蝕刻時(shí)對(duì)導(dǎo)線寬度均勻性的控制。
采用銅箔通電加熱壓機(jī)層壓
層壓機(jī)的加熱方式有電加熱和蒸汽加熱兩種,而我公司所使用的是意大利CEDAL公司采用ADARA技術(shù)生產(chǎn)的多層真空壓機(jī),該系統(tǒng)利用成卷的銅箔環(huán)繞著半固化片及內(nèi)層板的疊層一層一層疊板,在層壓機(jī)內(nèi)對(duì)銅箔通電,達(dá)到加熱的效果,溫度分布,整個(gè)疊板的溫度分布可到達(dá)177±2°C,由于加熱快,溫度分布均勻,壓合過(guò)程中樹(shù)脂流動(dòng)性比較均勻,層壓出來(lái)的板的板厚平整度可達(dá)到±0.025mm,層間介質(zhì)層的厚度比較均勻。
采用整板電鍍進(jìn)行生產(chǎn)
為了獲得比較 均勻厚度及寬度的導(dǎo)線以保證阻抗在規(guī)定的公差范圍內(nèi),PCB在經(jīng)過(guò)孔化后是直接采用全板電鍍生產(chǎn)的,其中電流密度進(jìn)行適當(dāng)降低.由于PCB 在經(jīng)過(guò)孔化后直接進(jìn)入全板電鍍,在一定的鍍液條件下,整板的制板面上接受的是均勻的電流密度,因而整個(gè)板面及孔內(nèi)的銅厚是比較均勻的,這樣有利于控制面銅厚度及導(dǎo)線寬度的均勻度(因?yàn)椴痪鶆虻你~厚度會(huì)對(duì)蝕刻均勻性方面帶來(lái)不利),從而有利于對(duì)PCB特性阻抗的控制及減少其的波動(dòng)性。
其他方面
當(dāng)然,為了滿足客戶50±5%Ω(50±2.5Ω)的阻抗控制要求在蝕刻線路,絲印綠油等方面也應(yīng)加以控制,以確保導(dǎo)線寬度及導(dǎo)線表面綠油層厚度的均勻性。
PCB的阻抗測(cè)量
阻抗測(cè)量通常使用時(shí)域反射計(jì) (TDR) 來(lái)完成,TDR(時(shí)域反射計(jì))已成為測(cè)量印刷電路板上的特性阻抗的既定技術(shù)。對(duì)于測(cè)量阻抗要求精度為±5%的特性阻抗來(lái)說(shuō)阻抗測(cè)量也是非常重要的,一定要確保測(cè)量的正確性,否則會(huì)導(dǎo)致阻抗合格的板件誤測(cè)為不合格。
測(cè)量前采用可跟蹤的阻抗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校正
因?yàn)橛糜谧杩箿y(cè)量的 TDR 是高精度的 RF 測(cè)量工具,在測(cè)量過(guò)程中,TDR測(cè)量要求在跡線前端與后端DC條件相同的環(huán)境下進(jìn)行的,由于大多數(shù)的阻抗COUPON都未端接,因而最好采用經(jīng)過(guò)可跟蹤標(biāo)準(zhǔn)校正的參考空氣管路。使用高精度負(fù)載電阻校準(zhǔn)TDR可以將阻抗測(cè)量誤差減少。
測(cè)量時(shí)切不可將手放在阻抗COUPON上
將手或手指放在阻抗COUPON上時(shí)其表面的阻抗結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,其結(jié)果導(dǎo)致測(cè)量的阻抗下降,為此,測(cè)試人員在進(jìn)行測(cè)試過(guò)程中不可將手或手指放在阻抗COUPON上。
測(cè)試時(shí)采用固定的測(cè)試夾具將阻抗COUPON固定測(cè)試
一般測(cè)試阻抗時(shí)常的做法是將阻抗COUPON直接放置在工作臺(tái)面上進(jìn)行測(cè)試,這都會(huì)影響測(cè)量的結(jié)果,因?yàn)楣ぷ髋_(tái)面具有它本身的絕緣常數(shù),阻抗 COUPON如果與工作臺(tái)面直接接觸,得到的阻抗測(cè)試結(jié)果都會(huì)偏低,當(dāng)然,對(duì)于阻抗控制精度要求不是很嚴(yán)的情況下尚可,而對(duì)于測(cè)試類似測(cè)量阻抗要求精度為 ±5%的特性阻抗時(shí)就應(yīng)該采用固定的測(cè)試夾具將阻抗COUPON固定測(cè)試。
測(cè)量時(shí)檢查RF線纜和探針磨損
RF 線纜和探針的使用壽命有限,用戶在使用過(guò)程中會(huì)磨損,一旦RF線纜和探針破損都會(huì)影響阻抗測(cè)量結(jié)果,因此, 測(cè)量時(shí)檢查RF線纜和探針磨損,以保證確保測(cè)量的正確性.
其他方面
當(dāng)然,為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性,在測(cè)量過(guò)程中要求測(cè)試區(qū)域附近的移動(dòng)電話關(guān)閉,在測(cè)量中要求TDR阻抗測(cè)試探針與阻抗測(cè)試COUPON接觸保證良好等。
結(jié)果與討論
以下是采用TDR測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試該板的阻抗測(cè)試結(jié)果,從結(jié)果可看出該板所測(cè)試的阻抗都在47.5∽52.5Ω之間,即完全滿足客戶50±5%Ω(50± 2.5Ω)的阻抗要求. 因此,可看出對(duì)于客戶±8%甚至±5%的阻抗控制精度要求只要在生產(chǎn)前采用計(jì)算精度比較高的軟件進(jìn)行較為準(zhǔn)確的模擬預(yù)測(cè),結(jié)合模擬預(yù)測(cè)的結(jié)果對(duì)相應(yīng)的一些參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整,在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)重點(diǎn)工序加以特別的控制,同時(shí),測(cè)量時(shí)確保測(cè)量的正確性,還是可以達(dá)到的。
參考文獻(xiàn)
(1)英國(guó)POLAR 公司 CITS500s 測(cè)試儀
(2)英國(guó)POLAR 公司 CITS25 阻抗計(jì)算軟件
(3)Si8000K 軟件,Polar Instruments。
(4)林金堵,PCB的特性阻抗與電磁干擾(Ⅱ),《印制電路信息》,2000.10
推薦閱讀:
特別推薦
- 利用自動(dòng)化技術(shù)賦能中國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化
- 三極管電路輸入電壓阻抗
- 晶振怎么用,你真的知道嗎?
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車載PoC電感器LQW32FT_8H系列
- 思特威推出超星光級(jí)系列4MP圖像傳感器SC485SL
- HOLTEK新推出HT32F59045脈搏血氧儀MCU
技術(shù)文章更多>>
- “扒開(kāi)”超級(jí)電容的“外衣”,看看超級(jí)電容“超級(jí)”在哪兒
- DigiKey 誠(chéng)邀各位參會(huì)者蒞臨SPS 2024?展會(huì)參觀交流,體驗(yàn)最新自動(dòng)化產(chǎn)品
- 提前圍觀第104屆中國(guó)電子展高端元器件展區(qū)
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動(dòng)器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個(gè)新物料
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
濾波電感
濾波器
路由器設(shè)置
鋁電解電容
鋁殼電阻
邏輯IC
馬達(dá)控制
麥克風(fēng)
脈沖變壓器
鉚接設(shè)備
夢(mèng)想電子
模擬鎖相環(huán)
耐壓測(cè)試儀
逆變器
逆導(dǎo)可控硅
鎳鎘電池
鎳氫電池
紐扣電池
歐勝
耦合技術(shù)
排電阻
排母連接器
排針連接器
片狀電感
偏光片
偏轉(zhuǎn)線圈
頻率測(cè)量?jī)x
頻率器件
頻譜測(cè)試儀
平板電腦