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ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,特性阻抗控制介绍培训,CharacteristicImpedanceControl,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,内容,一、什么是特性阻抗二、特性阻抗种类三、影响特性阻抗主要因素四、特性阻抗计算软件五、阻抗条&Polar介绍,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,什么是特性阻抗磁场原理,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,特性阻抗:
高频讯号或电磁波在电子机器讯号传输线传输时所受到阻力,即为特性阻抗,它是指电阻、电感和电容三者对交流电流的共同阻碍作用的大小。
其符号为Zo,简称阻抗,英文为CharacteristicImpedance。
阻抗控制:
指客户对板件的特性阻抗控制有要求,并且按照阻抗计算公式计算后必须采取措施控制PCB板上的阻抗位于一定的范围(公差)以内,并控制同一个网格上的阻抗是一个常数。
什么是特性阻抗特性阻抗,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,减少或杜绝高频信号传输过程信号的损失;避免传输信号线之间的杂讯干扰。
当信号在PCB导线中传输时,若导线的长度不小于信号波长的1/7时,此时的导线便成为信号传输线。
对于信号传输线,若线路特性阻抗控制不当,信号(或能量)会反射(或部分反射)回来,使得信号无法传送或受到干扰。
因此,为保持传输信号的完整、可靠、精确、无干扰、无噪音,需要高精度控制特性阻抗。
阻抗控制要求愈趋严格,公司竞争愈趋激烈。
当前阻抗控制公差在10%,甚至5%以内,难度相当高。
什么是特性阻抗信号传输线定义,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,目前在做阻抗板的ICS中,内容最多大部分停留在阻抗确认中,且大多的工程反馈中均体现“满足阻抗要求”而进行线宽,线距的调整。
布线和PCB工厂之间良好的沟通,才能很好的即满足信号传输完成性要求,又有利于PCB工厂品质的稳定.,什么是特性阻抗布线Vs生产,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,阻抗类型:
从四种阻抗类型来看,按其控制难度从难到易依次为:
内层双线差动外层双线差动外层覆阻焊单线阻抗内层单线阻抗。
在计算加工难度最大的内层双线阻抗传输线的时候通常有如下类型:
微带线和带状线,对于他们的区分,最简单的理解是,微带线只有1个参考层,而带状线有2个参考层。
阻抗分类,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,阻抗模型-I,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,阻抗模型II,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,例一:
微带线微带线在实际中广泛采用,其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。
式中:
Z0-导线的特性阻抗r-绝缘材料的介电常数h-导线与基准面之间的介质厚度w-导线的宽度t-导线的厚度,其计算公式:
影响特性阻抗主要因素,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,例二:
带状线带状线是指镶嵌在两个交流地层间的薄细导线,与微带线比较,每层电路与地层的电子耦合更近,电流间的串扰会更低。
式中:
Z0-导线的特性阻抗r-绝缘材料的介电常数h-导线与基准面之间的介质厚度w-导线的宽度t-导线的厚度,其计算公式:
影响特性阻抗主要因素,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,从上述公式及图示可以看出,影响特性阻抗的主要因素有:
众多研究表面:
特性阻抗还受阻焊油墨厚度影响,各因素与阻抗的关系图如下:
影响特性阻抗主要因素总论,介电常数、,介质厚度、,导线宽度、,导线厚度等。
ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,根据阻抗的结构图及各相关因素的公式可计算出各因素的贡献度:
设计前需要选好电路板选用的基板材料、覆铜板材(铜箔厚度)、介质层伙伴固化片的材料(介电常数)、油墨等。
介电常数,油墨厚度,介质厚度,导线宽度,导线厚度,贡献率大小,影响特性阻抗主要因素,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,材料的介电常数是材料在一定频率为(如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。
例一:
环氧玻璃布的介电常数与频率变化关系如下:
图中横坐标为对数刻度,即频率变化范围为0.110000MHz,介电常数是随着频率的增加而减小,影响特性阻抗主要因素,介电常数:
-参考,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,例二:
不同P片介电常数随树脂含量和工作频率变化列表:
:
-参考,影响特性阻抗主要因素,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,不同结构介电常数计算原理,混合材料:
-参考对于目前使用的各种材料,不论是FR-4还是其他的特殊材料,都是由两种以上的材料混合而成的。
而各种材料的相对介电常数不同,对于混合材料,各组份的电性能不能单独体现,其介电常数计算通常按照其体积比加权处理。
表面微带线:
r=(1V1+2V2+.+nVn)/(V1+.+Vn)(其中1、V1为某种组分材料的介电常数及其体积),影响特性阻抗主要因素-介电常数,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,混压材料:
-参考混压材料各组分会保留各自的电性能,此时的总体相对介电常数不可以根据各自的体积比进行计算。
层间微带线及差分线:
r=(1T2+2T1)/(T1+T2)表面微带线及差分线:
r=(T1+T2)12/(2T1+1T2)(其中1、T1为某种组分材料的介电常数及其厚度),影响特性阻抗主要因素,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,原因:
对外层阻抗而言,绿油的介电常数(绿油后)与空气的介电常数(绿油前)不同。
影响特性阻抗主要因素,阻焊油墨:
-参考,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,从公式可以看出:
特性阻抗Z0与介质厚度的自然对数成正比,特性阻抗值Z0会随介质厚度的增加而增加。
对于特性阻抗值严格控制的高频线路来说,对覆铜板的介质厚度的误差应提出严格要求。
在实际生产过程中,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。
影响特性阻抗主要因素,介质厚度:
-参考,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,特性阻抗值随介质厚度的增加而增大,即使在相同介质厚度和材料下,微带线结构的设计比带状线设计具有较高的特性阻抗值,一般大20-40。
因此,对于高频和高速数字信号传输大多采用微带线结构设计。
-参考!
影响特性阻抗主要因素,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,导线厚度依导体所要求的载流量以及允许的温升而确定。
导线厚度等于铜箔厚度加上镀层厚度。
导线厚度主要受以下一些因素的影响:
基板或敷铜箔的厚度。
前处理中的机械刷磨和微蚀刻会使铜厚变薄。
电镀会使铜变厚。
影响特性阻抗主要因素线厚(铜厚),导线厚度,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,导线厚度越大,其特性阻抗就越小,但影响相对较小。
影响特性阻抗主要因素线厚(铜厚),ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,从图中可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。
在实际生产中如果控制阻抗的信号线面使用18um铜箔,可允许的导线宽度变化公差为0.5mm。
在实际生产中如果控制阻抗的变化公差为3um铜箔,可允许的导线宽度变化公差为0.003mm。
影响特性阻抗主要因素线宽,以表面微带线为例,阻抗值与导线宽度的关系如右图:
导线宽度,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,对比导线宽度和导线厚度变化对Z0的影响:
导线宽度变化对Z0的影响更为明显。
如下图:
w=0.15、H=0.2、r=4.6T=0.05、H=0.2、r=4.6,影响特性阻抗主要因素线宽,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,当PCB设计完成之后,介电常数、介质宽度和导线厚度三个参数基本上就相对固定下来。
而导线宽度完全是由PCB生产过程中加工出来的。
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。
改变和控制线宽是控制PCB特性阻抗值和变化范围的最根本途径和方法。
高频信号和高速数字信号传输的精细导线制造技术仍然是当今PCB制造的关键技术之一。
影响特性阻抗主要因素线宽,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,阻抗线与板件纬向关系,阻抗线与板件纬向夹角大小对外层阻抗影响较大,阻抗值随夹角增大先减小后增大,其拐点(极小值)约在10;阻抗线与板件纬向夹角大小对内层阻抗几乎无影响。
影响特性阻抗主要因素其它,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,阻抗计算的2种模式:
POLAR计算软件CITS25以及Si6000,Si8000,CITS25,Si6000,特性阻抗计算软件,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,内层酸蚀线宽的控制:
据批量管制卡要求,每批板件进行首板试蚀,对首板有阻抗要求的线按设计的公差进行测量,合格再批量生产。
尽量保持匀速的蚀刻速率,降低各参数的波动范围,提高蚀刻均匀性和蚀刻因子。
评价蚀刻速率的好坏可以用蚀刻因子来进行评价:
F=W/dF:
蚀刻因子;d:
单边侧蚀量。
W:
铜箔厚度蚀刻因子越大,说明蚀刻液的侧蚀越小,有利于控制精细导线的完整性、均匀性。
ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,控制层压厚度公差,以免影响板厚均匀性和介质层厚度;控制层压流胶,以保证coupon阻抗边条的代表性合理。
必要时,层压后需做切片验证介质层结构、厚度及公差。
室内温湿度控制。
B片切割间:
R.H.50%,Temp:
232冷库:
R.H.50%,Temp:
232叠板间:
R.H.65%,Temp:
232,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,使用测试COUPON有如下好处:
阻抗测试COUPON介绍,它是易于测试控制阻抗的测试方法;它并不与实际线路有关联,但能找出不正确的成品;可采用较短的讯号传输线(一般短于150mm,通常采用86.36mm)做出精确的测试结果。
在设计coupon时需注意:
其蚀刻后之线宽是否与成形区内的线宽一致;其摆放位置是否易因板边流胶而造成介电厚度不足;拼板线路密度是否影响图电均匀性;否则,coupon失去代表性。
阻抗条设计及阻抗测试仪,ServethroughPeopleConnectthroughTechnology,阻抗测试COUPON图形:
阻抗条设计及阻抗测试仪,Servethr
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