如何控制印制电路板微电阻及特性阻抗精度.doc

如何控制印制电路板微电阻及特性阻抗精度？ 发布日期：2009.07.18 作者：admin 阅读： 67 随着电路信号传输高速化的迅速发展，要求PCB 在高速信号传输中保持信号稳定的要求日趋严格；这就要求所使用PCB 的讯号线的微电阻及特性阻抗控制精度化的提高。这种更为严格的精确化控制是对PCB 厂的极大挑战，为此，本文针对如何精确控制印制电路微电阻及特性阻抗方面进行了探讨，希望能对PCB 制造业同行有所帮助。　　关　键　词:微电阻、特性阻抗、阻抗控制、阻抗控制精度　　一、前言　　为了调节延时、满足系统时序设计要求，PCB 蛇形线设计(部分螺旋线设计)是Layout 中经常使用的一类走线方式。一般而言印制导线的电阻可以不予考虑，但是客户对该类长度相对较长的蛇形走线，特别是在地线回路、大电流回路或某些特殊回路中，常常精确地规定了印制导线的允许电阻； 同时，随着电路信号传输高速化的迅速发展，要求PCB 在高速信号传输中保持信号稳定的要求日趋严格，PCB 中作为信号传输线的金属导线不仅要符合“通、断”等电气流通，更要保持其所需要的传输信号完整性、可靠性、精确性等要求。这些设计要求所使用PCB 讯号线的微电阻及特性阻抗控制精度化的提高。这种更为严格的精确化控制是对PCB 厂的极大挑战，为此，本文在简要介绍印制电路微电阻及特性阻抗的基础上，重点针对如何精确控制印制电路微电阻及特性阻抗方面进行探讨，希望能对PCB 制造业同行抛砖引玉。　　二、印制电路微电阻及特性阻抗概念简介　　印制电路微电阻指印制电路电阻导体对直流电流的阻碍作用，即为平常最为常见的电阻概念，常用符合R 表示，与导体的材料、长度和横截面积有关。可通过简单的欧姆定律R=U/I 进行测量和电阻率公式R=ρ×L/S 计算。在PCB 设计中常以长度相对较长的蛇形走线或螺旋走线设计为载体： 　　印制电路特性阻抗指印制电路电阻导体对交流电流的阻碍作用，包括起共同阻碍作用的电阻、电感和电容三者的矢量和，一般以符号R0 表示，对于PCB 而言，即以多层板传输线(由讯号线、介质层、接地层共同组成）为载体，表现为多种特性阻抗模块，最常用的分类即为微带线和带状线： 　　这里需要强调一点的是，特性阻抗跟我们通常理解的电阻或印制电路微电阻不是一个概念，特性阻抗与传输线的长度无关，也不能通过使用欧姆表来测量。同时，阻抗与特性阻抗也不是完全相同的概念。但对于印制电路板而言：阻抗是特性阻抗的简称，阻抗即为特性阻抗。　　三、印制电路微电阻及特性阻抗精度控制分析　　3.1 印制电路微电阻精度控制分析　　3.1.1 目前需求　　我司某些客户板件印制电路微电阻控制要求已从最开始的≤200、25-200、5-100发展到目前的35-85、40+/-5、1.0-5.0,其控制精度要求逐渐严格。　　3.1.2 组成因素分解及分析　　对于常见的印制电路线路： 　　根据电阻公式R=ρ×L/S 进行推算PCB 线路中微电阻控制公式有：　　1) R=1.62×10-2×L×25400×2/[T×(W+W1)]＝822.96×L//[T×(W+W1)] 上式中线长单位：inch；T/W 单位：um；　　2) R=1.62×10-2×1000×L/[12.7×T×(W+W1)]=16.2×L/[12.7×T×(W+W1)] 上式中线长单位：inch；T/W 单位：mil 。　　对于内层线路而言，在T、L 固定的情况，考虑线宽(如棕黑化)对不同设计参数的蛇形线微电阻控制影响：　　假设W1-W=A ，对上述公式(2) 进行微分如下：　　△R= -(8.1×L/12.7T)×[△W/(W-2A)2]　　在不考虑棕化对线路铜厚的影响时，如采取0.5OZ 铜箔T=0.5mil，1.0OZ 铜箔T=1.1mil，2OZ铜箔T＝2.45mil 进行计算，则：　　0.5OZ：△R= -1.28L×[△W/(W-2A)2]　　1.0OZ：△R= -0.58L×[△W/(W-2A)2]　　2.0OZ：△R= -0.26L×[△W/(W-2A)2]　　从上式可以看到：　　相对于1OZ 以上基铜蚀刻，在同样线宽和线宽公差控制下，≤0.5OZ 基铜的微电阻控制，其蛇形线路长度将更为明显地影响微电阻控制精度。　　3.2 印制电路特性阻抗精度控制分析　　3.2.1 目前需求　　目前特性阻抗控制公差已从±15%、±10%发展到±8%、±5%要求，差动阻抗呈现出低设计值阻抗控制要求、高设计值阻抗控制要求两个方向。　　3.2.2 组成因素分解及分析　　不少研究表明，印制电路特性阻抗受材料的介电常数、导线宽度及厚度、介质厚度、铜箔厚度、阻抗设计、生产控制、测试方法影响；根据阻抗的结构图、各相