PCB的特性阻抗會受到哪一些因素的影響

印刷電路板提供的電路性能必須能夠使信號傳輸過程中不發(fā)生反射現(xiàn)象，信號保持完整，降低傳輸損耗，起到匹配阻抗的作用，這樣才能得到完整、可靠、精確，無干擾、噪音的傳輸信號。本文就實際中常用的表面微帶線結(jié)構(gòu)多層板的特性阻抗控制的問題進行討論。

1 表面微帶線及特性阻抗

表面微帶線的特性阻抗值較高并在實際中廣泛采用，它的外層為控制阻抗的信號線面，它和與之相鄰的基準面之間用絕緣材料隔開。

特性阻抗的計算公式為：

Z0=87/SQRT（εr+1.41）×ln［（5.98h）/（0.8w+t）］ （1）

Z0：印刷導(dǎo)線的特性阻抗：

εr：絕緣材料的介電常數(shù)：

h：印刷導(dǎo)線與基準面之間的介質(zhì)厚度：

w：印刷導(dǎo)線的寬度：

t：印刷導(dǎo)線的厚度。

從公式（1）可以看出，影響特性阻抗的主要因素是：（1）介質(zhì)常數(shù)εr;（2）介質(zhì)厚度h;（3）導(dǎo)線寬度w;（4）導(dǎo)線厚度t等。因而可知，特性阻抗與基板材料（覆銅板材）關(guān)系是非常密切的，故選擇基板材料在PCB設(shè)計中非常重要。

2 材料的介電常數(shù)及其影響

材料的介電常數(shù)是材料的生產(chǎn)廠家在頻率為1 MHz下測量確定的。不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的同種材料由于其樹脂含量不同而不同。本研究以環(huán)氧玻璃布為例．研究了介電常數(shù)與頻率變化的關(guān)系。

介電常數(shù)是隨著頻率的增加而減小，所以在實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)工作頻率確定材料的介電常數(shù)，一般選用平均值即可滿足要求。信號在介質(zhì)材料中傳輸速度將隨著介質(zhì)常數(shù)增加而減小。因此要獲得高的信號傳輸速度必須降低材料的介質(zhì)常數(shù)。同時要獲得高的傳輸速度就必須采用高的特性阻值，而高的特性阻抗必須選用低的介質(zhì)常數(shù)材料。

3 導(dǎo)線寬度及厚度的影響

導(dǎo)線寬度是影響特性阻抗變化的主要參數(shù)之一。

當(dāng)導(dǎo)線寬度改變0.025mm時．就會引起阻抗值相應(yīng)的變化5～6Ω。而在實際生產(chǎn)中如果控制阻抗的信號線面使用18um銅箔，可允許的導(dǎo)線寬度變化公差為±0.015mm。如果控制阻抗的變化公差為35um銅箔，可允許的導(dǎo)線寬度變化公差為±0.003 mm。由此可見．生產(chǎn)中所允許的導(dǎo)線寬度變化會導(dǎo)致阻抗值發(fā)生很大的改變。導(dǎo)線的寬度是設(shè)計者根據(jù)多種設(shè)計要求確定的．它既要滿足導(dǎo)線載流量和溫升的要求．又要得到所期望的阻抗值。這就要求生產(chǎn)者在生產(chǎn)中應(yīng)該保證線寬符合設(shè)計要求，并使其變化在公差范圍內(nèi)．以適應(yīng)阻抗的要求。

導(dǎo)線厚度也是根據(jù)導(dǎo)體所要求的載流量以及允許的溫升確定的。在生產(chǎn)中為了滿足使用要求．鍍層厚度一般平均為25um。導(dǎo)線厚度等于銅箔厚度加上鍍層厚度。需要注意的是電鍍前一度要保證導(dǎo)線表面清潔，不應(yīng)粘有殘余物和修板油黑，而導(dǎo)致電鍍時銅沒有鍍上．使局部導(dǎo)線厚度發(fā)生變化．影響特性阻抗值。另外，在刷板過程中，一定要小心操作，不要因此而改變了導(dǎo)線厚度，導(dǎo)致阻抗值發(fā)生變化。

4 介質(zhì)厚度（h）的影響

從公式（1）中可看出，特性阻抗Z0是與介質(zhì)厚度的自然對數(shù)成正比的，因而可知介質(zhì)厚度越厚，其Z0越大．所以介質(zhì)厚度是影響特性阻值的另一個主要因素。因為導(dǎo)線寬度和材料的介電常數(shù)在生產(chǎn)前就已經(jīng)確定．導(dǎo)線厚度工藝要求也可作為一個定值．所以控制層壓厚度（介質(zhì)厚度）是生產(chǎn)中控制特性阻抗的主要手段。特性阻抗值與介質(zhì)厚度變化之間的關(guān)系。當(dāng)介質(zhì)厚度改變0.025mm時．就會引起阻抗值相應(yīng)的變化+5～8Ω。而在實際生產(chǎn)過程中．所允許的每層層壓厚度變化將導(dǎo)致阻抗值發(fā)生很大的改變。在實際生產(chǎn)中是選用不同型號的半固化片作為絕緣介質(zhì)．根據(jù)半固化片的數(shù)量確定絕緣介質(zhì)的厚度。以表面微帶線為例，確定相應(yīng)工作頻率下絕緣材料的介電常數(shù)，然后利用公式計算出相應(yīng)的Z0，再根據(jù)用戶提出的導(dǎo)線寬度值和計算值Z0，查出相對應(yīng)的介質(zhì)厚度，然后根據(jù)所選用的覆銅板和銅箔的厚度確定半固化片的型號和張數(shù)。

微帶線結(jié)構(gòu)的設(shè)計比起帶狀線設(shè)計時，在相同介質(zhì)厚度和材料下，具有較高的特性阻抗值．一般要大20～40Ω。因此．對高頻和高速數(shù)字信號傳輸大多采用微帶線結(jié)構(gòu)的設(shè)計。同時．特性阻抗值將隨著介質(zhì)厚度的增加而增大。所以．對于特性阻抗值嚴格控制的高頻線路來說．對覆銅板的介質(zhì)厚度的誤差應(yīng)提出嚴格要求，一般來說，其介質(zhì)厚度變化不超過10％。對于多層板來說．介質(zhì)厚度還是個加工因素．特別是與多層層壓加工密切相關(guān)．因此．也應(yīng)嚴密加以控制。

5 結(jié)論

在實際生產(chǎn)中，導(dǎo)線的寬度、厚度、絕緣材料的介電常數(shù)和絕緣介質(zhì)厚度的稍微改變都會引起特性阻抗值發(fā)生變化。另外特性阻抗值還會與其它生產(chǎn)因素有關(guān)，所以，為了實現(xiàn)對特性阻抗的控制，生產(chǎn)者必須了解影響特性阻抗值變化的因素，掌握實際生產(chǎn)條件，根據(jù)設(shè)計者提出的要求，調(diào)整各個工藝參數(shù)，使其變化在所允許的公差范圍內(nèi)，以得到期望的阻抗值。

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