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华秋干货铺 | PCB阻抗计算的可制造性设计

2023-04-28 11:10
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什么是阻抗?

在具有电阻、电感和电容的电路里,对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。

什么是阻抗匹配?

阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间达到一种适合的搭配。阻抗匹配主要有两点作用,调整负载功率和抑制信号反射。

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影响阻抗的因素

相对于阻抗变化的关系(其中一个参数变化,假设其余条件不变),影响阻抗因素如下:

阻抗线宽

阻抗线宽与阻抗成反比,线宽越细,阻抗越大,线宽越粗,阻抗越低。

介质厚度

介质厚度与阻抗成正比,介质越厚,阻抗越大,介质越薄,阻抗越低。

阻抗介电常数

介电常数与阻抗成反比,介电常数越高,阻抗越小,介电常数越低,阻抗越大。

防焊厚度

防焊厚度与阻抗成反比,在一定厚度范围内,防焊厚度越厚,阻抗越低,防焊厚度越薄,阻抗越大。

铜箔厚度

铜箔厚度与阻抗成反比,铜厚越厚,阻抗越低,铜厚越薄,阻抗越大。

差动阻抗

间距与阻抗成正比,间距越大,阻抗越大,其余影响因素则与特性阻抗相同。

共面阻抗

阻抗线距导体的间距与阻抗成正比,间距越大,阻抗越大,其它影响因素则与特性阻抗相同。

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阻抗计算神器验证影响因素

叠层图制作

这里推荐一款免费的国产工具:华秋DFM软件,它可以自动生成叠层图,也可以手动填写层数、板厚、铜厚,用叠层图的介质厚度匹配阻抗。

如需调整叠层结构,软件里面有自带板材、半固化片及铜箔的库,可根据需要自行选择。在叠层结构需要更改的参数位置,点击右键添加、替换或删除。弹出的窗口是软件自带的物料库,芯板、光板、PP、铜箔可供选择。

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介质厚度变化对阻抗的影响

叠层结构的参数要保证正确性,半固化片、板材及铜厚参数不可出错,若板材及半固化片厚度用错,即便是总板厚能够达到,叠层结构不对称生产的成品板子,也会导致板翘无法使用,计算阻抗时,介质厚度如果跟实际生产有差异,会导致阻抗值偏大或者偏小,超出要求的公差。

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铜箔厚度变化对阻抗的影响

叠层结构的铜厚一定选择准确,如果铜厚错误,会导致差分阻抗相差20ohm左右,单端阻抗相差10ohm左右,因此而达不到实际设计要求的阻抗值。例如:要求铜厚1oz,制作叠层是0.5oz,生产按照叠层生产板子,会导致成品铜厚不够,线宽载流不够,导致产品烧板报废。

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参考屏蔽层变化对阻抗的影响

计算阻抗时,模板不能选错,需要根据实际设计选择模板,比如单端共面阻抗,直接使用单端模板,阻抗会相差10ohm左右,导致阻抗超公差,如果是隔层参考的,没有使用隔层参考的模板,阻抗会相差几十个ohm,导致板子直接报废。

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阻抗模板参数

以下基于华秋的工艺制造说明:

H1:半固化片的介质厚度,要填写残铜留胶后的介质厚度。

Erl:华秋的板材常规是4.2,如果是特殊板材要填写板材的介电常数。

W2:线面宽度在线底宽度W1-0.5mil。

T1:内层H/Hoz,铜厚按0.6mil计算,内层1/1oz,铜厚按1.2mil计算,外层成品铜厚1/1oz,铜厚按1.4mil计算,外层成品铜厚2/2oz,铜厚按2.4mil计算。

C1:基材上的阻焊厚度0.8mil。

C2:铜面上的阻焊厚度0.5mil。

C3:差分阻抗线之间的阻焊厚度0.8mil。

CEr:阻焊的介电常数3.5mil。

残铜率默认是70%,如默认的参数需要调整,可以在参数配置里面填写修改,保存即可。

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使用阻抗计算神器高效生产

文件预审

1、接收客户文件后,进行文件预审。检查客户文件里面的阻抗线对应的阻抗控制要求参数是否一致,如发现不一致的阻抗异常,需要提出异常给客户确认,比如第一层阻抗控制要求6/6/6mil的差分阻抗线,然而在Gerber文件第一层找不到对应的阻抗线,对于此异常需要与客户确认,并提出建议:①是否忽略阻抗控制要求;②阻抗线跟控制要求是否有偏差,并说明实际的gerber的阻抗线。

2、核对gerber文件里面的叠层结构,检查板厚、铜厚、半固化片的参数是否能够对应华秋DFM里面的物料库。如叠层结构的芯板厚度在DFM里面找不到,则需要与客户确认,建议更改板厚调整叠层结构。

3、预审阻抗线对应的控制要求是否满足,例如:同层的阻抗线控制要求一样,介质厚度一样,线宽不一样,导致两组阻抗线只能控制一组,此时需要客户确认,阻抗同层、同介质厚度的阻抗下是否能够统一。

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阻抗线挑选及调整

1、首先需要按照客户提高的阻抗控制要求,去挑选板内对应的阻抗线,挑选阻抗线时需注意,宁可多选却不可漏选阻抗线。

2、把挑选的阻抗线移到另外一层,待阻抗计算完毕,按照计算的结果调整阻抗线,阻抗线按照生产制成能力补偿后,再移回板内正常制作出生产所需的工具菲林。

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匹配叠层结构

1、按照客户要求的叠层厚度及所用的物料参数制作叠层图,计算阻抗线时,华秋DFM自动读取叠层图里面的参数,使用叠层图里面的介质厚度,计算线宽线距所需要的介质厚度。

2、叠层图的参数一定要正确,结构要对称,如果参数错误,会导致阻抗偏差很大,叠层不对称会导致无法生产。

3、输入每层的铜面积,华秋DFM可以自动计算无铜区域的填胶量,精确计算阻抗及成品板厚的总厚度。

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线宽线距计算阻抗值

选择阻抗层,找到阻抗对应的模板,再输入原始线宽线距,如参考层特别,如隔层参考,需要手动选择参考层,参数输入完毕后,点击全部计算,计算结果为绿色则计算正确,为红色则需要调整线宽线距或者介质厚度。右上角可以更改单位,mil/mm,左下角则可以添加多组阻抗。

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保存阻抗计算参数文档

保存阻抗计算图,阻抗计算合格后,“点击”导出压合结构/阻抗参数,把计算的压合结构图及阻抗计算合格参数保存为PDF档,方便以后查询阻抗计算的结果。

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阻抗计算这么多知识点,肯定很多工程师会觉得难学的同时也记不全吧?所以,强烈推荐使用华秋DFM软件,可以一键计算阻抗,超简单实用,并且还是免费的哦!

在没有华秋DFM软件前,工程师们都是用Polar SI9000计算阻抗,但它不能制作叠层图,需要先画好后,再按照介质厚度模拟阻抗,非常的不方便。

但是,用了华秋DFM软件后,计算阻抗只需几个步骤,输入相关参数,就能得到想要的结果,直接提升几倍的工作效率!


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