PCB如何阻抗计算详细教程

1.阻抗计算的必要条件

阻抗计算的必要条件有板厚、层数(信号层数、电源层数)、板材、表面工艺、阻抗值、阻抗公差、铜厚。

2.影响阻抗的因素

影响阻抗的因素有介质厚度、介电常数、铜厚、线宽、线距、阻焊厚度,如图10-51所示。

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图10-51  影响阻抗的因素

在图10-51中,H1为介质厚度(PP片或者板材,不包括铜厚);Er1为PP片或者板材的介电常数,多种PP片或者板材压合在一起时取平均值;W1为阻抗线下线宽;W2为阻抗线上线宽;T1为成品铜厚;CEr为绿油的介电常数(3.3);C1为基材的绿油厚度(一般取0.8mil);C2为铜皮或者走线上的绿油厚度(一般取0.5mil)。

一般来说,上、下线宽存在如表10-4所示的关系。

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注:其中W0为设计线宽,S0为设计线距。

3.阻抗计算方法

下面通过一个实例来演示阻抗计算的方法及步骤。

普通的FR-4板材一般有生益、建滔、联茂等板材供应商。生益FR-4及同等材料芯板可以根据板厚来划分。表10-5列出了常见生益FR-4芯板厚度参数及介电常数。

表10-5  常见生益FR-4芯板厚度参数及介电常数

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半固化片(即PP片)一般包括106、1080、2116、7628等。表10-6列出了常见PP片厚度参数及介电常数。

表10-6  常见PP片厚度参数及介电常数

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对于Rogers板材,Rogers4350 0.1mm板材介电常数为3.36,其他Rogers4350板材介电常数为3.48;Rogers4003板材介电常数为3.38;Rogers4403半固化片介电常数为3.17。

我们知道,每个多层板都是由芯板和半固化片通过压合而成的。当计算层叠结构时,通常需要把芯板和PP片叠在一起,组成板子的厚度。例如,一块芯板和两张PP片叠加“芯板+ 106+2116”,那么它的理论厚度就是0.25mm+0.0513mm+0.1185mm=0.4198mm。但需注意以下几点。

(1)一般不允许4张或4张以上PP片叠放在一起,因为压合时容易产生滑板现象。

(2)7628的PP片一般不允许放在外层,因为7628表面比较粗糙,会影响板子的外观。

(3)3张1080也不允许放在外层,因为压合时也容易产生滑板现象。

(4)芯板一般选择大于0.11mm的,6层的一般两块芯板,8层的一般3块芯板。

由于铜厚的原因,理论厚度和实测厚度有一定的差距,具体可以参考图10-52。

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图10-52  理论厚度与实测厚度

从图10-52中可以看出,理论厚度和实测厚度存在铜厚的差额,可以总结出如下公式。

实测厚度=理论厚度-铜厚1(1-X1)-铜厚2(1-X2)

式中,X1、X2表示残铜率,表层取1,光板取0。电源地平面残铜率一般取值为70%,信号层残铜率一般取值为23%。

残铜率是指板平面上有铜的面积和整板面积之比。例如,没有加工的原材料残铜率就是100%,蚀刻成光板时就是0%。

“OZ”表示铜厚单位“盎司”,1OZ=0.035mm。