PCB阻抗制作過程控制

阻抗制作過程控制一、目的：自進入信息時代以來，信號傳輸高頻化和高速數(shù)字化的發(fā)展是極快的，其應用也越來越廣泛，當今的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算，到即將出現(xiàn)的“工業(yè)4.0”（中國版為“中國制造2025”）等的工業(yè)技術和信息技術，都需要信號傳輸（或處理）高頻化或高速數(shù)字化。如何保證各種信號完整性，也就是保證信號質量，成為難題，此時，需要借助傳輸線理論進行分析，控制信號線的阻抗匹配成為關鍵。二、阻抗介紹：1、信號完整性在信號在傳輸過程中，會因為阻抗問題導致?lián)p耗或失真，影響傳輸效果。信號傳輸圖見圖1所示。小昆和IM.in小昆和IM.in信號傳輸投狂失4信號傳輸完蟋旃次圖1信號傳輸眼圖2、阻抗模塊介紹常見的阻抗要求（差分阻抗&特性阻抗），及對應的阻抗線寬、線距、介質層、應用，如表1、表2。

表1差分阻抗要求要求/寬t出n息距加n介質層備注120(110L62032,2542116西信用110D101.6,m.3,J27152.4,—211613941000101.6-315.0主要f10L6.舊小12710—.6.1397主要;101.6,1143.127.139.7C?ff00801iiuii1刖2116網(wǎng)k與時鐘姨率戕95□101^-127主要:101.6113—主要：3032Con?1080008LEliLI南北橋對接箝口101.6-165.1主要：10L&1271KH203.2主要：127,115242116AMDCPU利南橋90KR.X39.4主要j101.6.114.3,【現(xiàn)了12789.2-10668, 主要r101.6.127.13971095,114.3,152,4.177810802116…85QJ01.6-314.9±35：101.6.1143.127.101.t-228.6B9.7主要：101尿1143.127.1397JOeOPC1-E80Q%.5-228.6主更：127、1第幾152?101.6-226.1主要：141s.1g41702儂。75口119.4-5D￡±?;139,7.152.41CH.6-2O3.2主曼：129.11397. 81080DDRJI72￡1165.1.2032234主喔：203.2101.fi；127主嚶：101.6211670￡1165.1-256.5 1QL.6-1J9.7±H：177.8-190.5,203.2.主強：101.6.127.139.7J08U21B迅勵知科技2]5.9表2特性阻抗要求阻抗要求物船叫1介場層備挨阻抗要求線寬加n介質層備注百口96.5-1143主要;1214.134.6.154.91080VGA45011944314127.203210502116DRAM7?？?01.?~1524主要;101.6.144.&.152.4762S心0主要；152d10SQ85盤101.6-264.2主要；IQL6.I09J21161506BGA400B3.4-254主要；160,165.].：177.RJ08060□101.6-218.4主要：101.6,127211637.51芯*<504￡主要；177機19口一只193.S,J996,203.2108056口76.2-2388主嬰:833.91.4.129.510802116370177.&-228.6主暨:190.510聯(lián)5507S.7-289.6主饕：10],6.12710902113211636035。203.2177岳254主要：1915,1999205.2J080IOSO5。口10]6127主典101.6.114.3,127,152.41Q80211632c27.4口241.3,254主要:24133302^482.6土蔓；330.21愉｝'次勵播璃3三、阻抗影響因素及各因子影響度線寬與阻抗關系線寬與阻抗成反比，線寬越大阻抗越小，線寬越小阻抗越大；線距與阻抗成正比，線距越大阻抗越大，線距越小阻抗越小。(1)當外層特性阻抗線寬W<127pm,線寬變化13“m時，阻抗變化4.1。?3。,當線寬W在127pm<W<254|jm時，線寬變化13|jm時，阻抗變化2.7?1.8。；(2)當外層差分阻抗線寬W<152pm,線寬變化13pm時，阻抗變化6.7。?4.3。；當外層差分阻抗線寬在152Pm<W<254pm時，線寬變化13Pm時，阻抗變化3.7。?2.2。;線距S<114pm,線距離變化13pm，阻抗變化4.1。?3.1。,線距114pm<S<152pm,線距離變化13pm，阻抗變化2.5。?2.1。。參考圖3。綜上,當阻抗線寬W<152pm時，線寬偏離中值上限或偏離下限對阻抗影響度較大,如表。圖2外層特性阻抗線寬與阻抗變化關系圖口里學踴歸祖

圖2外層特性阻抗線寬與阻抗變化關系圖口里學踴歸祖介質層厚度與阻抗關系介質層厚度與阻抗成正比，介質層厚度越厚阻抗越大；介質層厚度薄厚阻抗越小。(1)當外層特性阻抗介質厚度HW127|im時，介質厚度變化13|im,阻抗變化4.2Q~3.2Q；當介質厚度127^m<H<229何時，介質厚度變化1Rm,阻抗變化2.9~2.1Q。參考圖4。(2)當外層差分阻抗介質厚度H<127Rm時，介質厚度變化13Rm,阻抗變化8.2Q~4.2Q；當介質厚度127Rm<H<178Rm時，介質厚度變化13Rm,阻抗變化3.5Q~2.3Q。參考圖5。綜上，當介質層厚度H<5Rm時，介質厚度偏離中值上限或偏離下限對阻抗影響度較大，如表4。表4線寬對應阻抗變化銅厚與阻抗關系銅厚T與阻抗成反比，銅厚越厚阻抗越小，銅厚越薄阻抗越大。ER值與阻抗關系材料介質層常數(shù)ER值與阻抗成正比。3.5阻焊油墨厚度與阻抗關系阻焊油墨厚度C與阻抗成反比,油厚越厚阻抗越小,油厚越薄阻抗越大。4、材料Dk值返推探討印制線路板加工廠在進行阻抗控制時,對影響阻抗因素：線寬、線距、銅厚、介層厚度、油墨厚度，均可進行切片量測得出實際數(shù)值，并進行管控，但對材料的Dk在PCB中的實際值均無法測量，只能通過供應商提供原始物料Dk作為參考，往往當阻抗測試機量測阻抗值與實際切片軟件模擬阻抗值存在差異時,我們卻無從找到原因；下面的測試我們可得出部分結果。圖4外層特性阻抗介質厚度與阻抗變化關系介重票交出6376圖介重票交出6376圖10211412T140152LT8I?T豳比『各國翁考平面信號參考平面2113RC58物料使用IT180A翁考平面信號參考平面2113RC58物料使用IT180A21138C58測試板設計阻抗要求及疊構如表5、圖6。表5測試板阻抗設計要求阻抗線層參考層單線『差分阻抗值要求L1L2單線50L3L2/L5單線50L4L2/L5單線50L6L5單線50L1L2差分10013L2/L5差分100L4L2,T5差分L4L去15差分100層別U1.2L3L4L5L6圖6測試板阻抗設計疊構圖阻抗測試抽取30根阻抗條進行測試：分別對阻抗條進行阻抗測試，測試前對設備進行校正；阻抗條設計兩端測試點，取兩端數(shù)據(jù)測量結果平均值；在針對每層阻抗值整體求平均值。測試結果如表6、圖7。

表6阻抗測試結果阻抗要求值FQ吼抗所在層阻抗設計值作測壯得平均俏兇標探偏差Cpk《過程能2與設計值J指盥）差異比例同萬50L149.0947.750781.17-2J7250L349.254S30.731.51-1.9350L449.254&3L082L35?1850L649.78犯730工2.06-2.1J州L490.5692.882..10.972.561D011100.2?102.912.071.112.515100L31M.31103853.65］冽100L410C.311025(52.930.85二，砌到2g綜上測試結果，阻抗線與設計值存在規(guī)律性差異，且單線與差分線也存在規(guī)律性差異。圖7阻抗模塊測量值偏離設計值的差分特性對比圖（上線差分、下線單線）4.3阻抗條切片分析針對阻抗條進行切片分析，每根阻抗條分別取樣兩個位置，阻抗線1/3和2/3位置，阻抗線兩個切片測量數(shù)據(jù)差異1011m判定為異常數(shù)據(jù)，進行剔除處理，后取所有切片測試值平均值，再將整體切片數(shù)據(jù)求平均值。外層特性線與差分線切片數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比分析如表8、表7賣測阻抗值與設計值的差異分析一抗麻在層LIL3L4林鰻與設計值平均差，嬌-2.72-103-1.?？谡峙c設計值平均差;監(jiān)2.653.532.40E線T總分出設計岫小也比例甘比丹i5.375.464,31表后外層特性域與差分城切片政據(jù)統(tǒng)計和比分析［單位：WE)由晚彤喻即抗因素介質底厚-一域案1P工一就中一旭移味材忖旗而阻蟀設計游9156.5139.7/1OP4525L4將拄函抗切片8S.7763.7J-13.949.111733L1岸分印抗⑵片90.15-13.2352.320.42《對比乳抗政響）—犍性與差分差異什原居中鈿混略偏厚斌僚偏小m肉油不潞偏分析差理不大空瑋坡大齊:異不大幅顯異不大表9內展（L3&L4）特性戰(zhàn)與差分線切片地據(jù)統(tǒng)時對比分析f單位：he）主心啦的膽,就醫(yī)14介，，厚1尋戰(zhàn)嗣厚2導鈾銅庫規(guī)境中值偏捺設t+H'l10010P2..730127/<>4內屋特件用抗口J片99a10&73131.5-7.79內是差分機抗四月100.24十1心的a十29.7339特性與裁分方異務新1.2介一唐中懸舁不尢2.53銅陰暗諭混差并較大1.76線究偏小整外不:大3.89T?鬻答翻ri科技事用小大

通過切片數(shù)據(jù)中影響阻抗的所有主要參數(shù)都沒有顯著差異，自然我們想到特性阻抗和差分阻抗的有效Dk反推，看看兩者差異有多大。我們利用切片數(shù)據(jù)的平均值以及阻抗模塊的量測平均值來做計算以預期結果具有統(tǒng)計學意義。Dk值反推L1特性阻抗實測平均值47.7，反推介質有效Dk為4.6；L3/4特性阻抗實測平均值48.3反推混合介質有效Dk為4.5（圖8）。圖8特性阻抗Dk值反推結果外居反推Dk運內圖8特性阻抗Dk值反推結果外居反推Dk運內層反推DkH內?設計?？糄kli（模即等效）L1差分阻抗實測平均值102.9反推介質有效Dk為4.05；L3/4差分阻抗實測平均值103.2反推混合介質有效Dk為4.1（圖9、圖10）。從以上結果可以看出，同一介質環(huán)境下的特性阻抗和差分阻抗的有效Dk存在顯著的差異，使用同一值不可靠；以特性阻抗為參考的Dk