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PCB电路板加工对阻抗控制的影响和解决方法
浏览:2061 发布日期:2023/6/8 19:14:23

1.表面微带线及特性阻抗
表面微带线的特性阻抗值较高并在实际中广泛采用,它的外层为控制阻抗的信号线面,它和与之相邻的基准面之间用绝缘材料隔开,特性阻抗的计算公式为:
a.微带线(microstrip)
Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)]其中,W为线宽,T为走线的铜皮厚度,H为走线到参考平面的距离,Er是PCB板材质的介电常数(dielectric constant)。此公式必须在0.1<(W/H)<2.0及1<(Er)<15的情况才能应用。
b.带状线(stripline)
Z=[60/sqrt(Er)]ln{4H/[0.67π(0.8W+T)]}其中,H为两参考平面的距离,并且走线位于两参考平面的中间。此公式必须在W/H<0.35及T/H<0.25的情况才能应用
从公式可以看出影响特性阻抗的主要因素是(1)介质常数Er,(2)介质厚度H,(3)导线宽度W,(4)导线铜的厚度T,因而可知特性阻抗与基板材料(覆铜板材)关系是非常密切的,故选择基板材料在PCB设计中非常重要。
2.材料的介电常数及其影响
材料的介电常数是材料的生产厂家在频率为1Mhz下测量确定的,不同生产厂家生产的同种材料由于其树脂含量不同而不同。本研究以环氧玻璃布为例,研究了介电常数与频率变化的关系,介电常数是随着频率的增加而减小,所以在实际应用中应根据工作频率确定材料的介电常数,一般选用平均值即可满足要求,信号在介质材料中传输速度将随着介质常数增加而减小,因此要获得高的信号传输速度必须降低材料的介质常数,同时要获得高的传输速度就必须采用高的特性阻值,而高的特性阻值必须选用低的介质常数材料。
3.导线宽度及厚度的影响
导线宽度是影响特性阻抗变化的主要参数之一,图以表面微带线为例,说明阻抗值与导线宽度的关系。从图中可以看到当导线宽度改变0.025mm时就会引起阻抗值相应的变化5-6欧姆,而在实际生产中如果控制阻抗的信号线面使用18μm铜箔,可允许的导线宽度变化公差为±0.015mm,如果控制阻抗的变化公差为35μm铜箔,可允许的导线宽度变化公差为0.025mm,由此可见,生产中所允许的导线宽度变化会导致阻抗值发生很大的改变,导线的宽度是设计者根据多种设计要求确定的,它既要满足导线载流量和温升的要求,又要得到所期望的阻抗值。这就要求生产者在生产中应该保证线宽符合设计要求,并使其变化在公差范围内,以适应阻抗的要求。导线厚度也是根据导体所要求的载流量以及允许的温升确定的。在生产中为了满足使用要求,镀层厚度一般平均为25μm,导线厚度等于铜箔厚度加上镀层厚度。需要注意的是电镀前一度要保证导线表面清洁、不应粘有残余物和修板油黑,而导致电镀时铜没有镀上,使局部导线厚度发生变化影响特性阻抗值。另外在刷板过程中一定要小心操作,不要因此而改变了导线厚度,导致阻抗值发生变化。
4.介质厚度H的影响
从公式中可看出特性阻抗是与介质厚度的自然对数成正比的,因而可知介质厚度越厚其阻抗值越大,所以介质厚度是影响特性阻值的另一个主要因素。因为导线宽度和材料的介电常数在生产前就已经确定,导线厚度工艺要求也可作为一个定值所以控制层压厚度(介质厚度)是生产中控制特性阻抗的主要手段。从图可以得出特性阻抗值与介质厚度变化之间的关系。由图中可以看出当介质厚度改变0.025mm时,就会引起阻抗值相应的变化+5-8欧姆,而在实际生产过程中,所允许的每层层压厚度变化将导致阻抗值发生很大的改变。在实际生产中是选用不同型号的半固化片作为绝缘介质,根据半固化片的数量确定绝缘介质的厚度。以表面微带线为例:生产过程中可以参照图。确定相应工作频率下绝缘材料的介电常数,然后利用公式计算出相应的阻抗值,再根据用户提出的导线宽度值和计算阻抗值,通过图查出相对应的介质厚度,然后根据所选用的覆铜板和铜箔的厚度确定半固化片的型号和张数。