阻抗设计原理课件

1、阻抗设计原理课件阻抗设计原理课件2一、前言：二、阻抗設計目的三、適用范圍四、名詞解釋五、阻抗測量操作步驟六、設計阻抗基本原理七、設計重點分析八、作業流程九、1. 防焊前後阻抗對比2.各因素增大對阻抗之影響十、結論 十一、阻抗NG之影響 阻抗設計原理9/14/20224一、前言：阻抗設計原理9/10/20223 任何物質或物體處於某個空間內都會遭受到某些阻 力，例如人處於空氣之中即受到空氣及風力的阻力 ，處於水中即受到水的壓力，而PCB電路板在空板 時，本身就含有一些基本的電氣特性，例如電容(C) 所造成的電容效應、電阻(R)所造成的電阻效應及 電感(L)所造成的電感效應.等等，由於PC內部運

2、作速度越來越快，其工作頻率由原本8HZ、66HZ、 133HZ、266HZ 、300HZ、400HZ、800HZ一直篡 昇到今日的P4 1GMHZ或是更快速的CPU，而當在工作 頻率越高時，這些基本的特性就變得極為重要，因 此，最基本的一環如果控制得不好，則板子基本上 就無法運作了。我們知道電路板的功能是在達成電 氣上兩元件間一條低電阻的通路，即為PC板上之線 路，就大部份的要求而言不外乎機構準確度，金或一、前言： 9/14/20225 任何物質或物體處於某個空間內都會遭受到某些4一、前言： 鎳的均勻性、吃錫的良好等等，而出貨前作OPEN / SHORT TEST，而這些美好的時光，已漸漸在元

3、件轉 換速度加快的情況下消失了，就物理的特性而言， 當傳送的訊號其波長與傳送所經過的途徑長度相接 近時，傳送的導體就不再是簡單的短路線，因為當 客戶越來越要求其主機板產品訊號的穩定性時，無 論是主機板在空板時，或是其所組裝之零件或是其 所組裝之AGP card or PCI card or DIMM(MEMORY 存儲器)card or ISA card (網卡）.等等，都會越 來越要求其訊號的穩定性時，故現今的電路板製作 者，要有這方面的體認，這些與PC工作快慢互為影 響的電氣特性，我們通稱為特性阻抗。9/14/20226一、前言：9/10/20225在於設計及分析客戶阻抗需求，以生產 線生

4、產條件及搭配工程設計，何者為最佳且 容易達到客戶阻抗需求。三、範圍： 本公司生產之阻抗控制均適用。 二、目的9/14/20227在於設計及分析客戶阻抗需求，以生產 二、目的96 1.電阻：電流在直流線路系統中流動，其 所遭遇的阻力，稱為“電阻”，單位， 倒數為“電導”。公式如下: V=電壓 (Voltage) I=電流 (Current) L=長度 (Length) A=截面積 (Cross Section) =材料導電係數 (Resistively)四、名詞解釋及計算公式：V L AR=I9/14/20228 1.電阻：電流在直流線路系統中流動，其四、名詞解7 2.阻抗: 電流在交流線路系統

5、中流動，其 所遭遇的阻力稱為“阻抗” (Impedance)， 單位，倒數為“導納”。 公式如下: R=交流下之電阻(Resistance) Xc =交流下之容抗(Capacitance) XL =交流下之感抗(Inductance)四、名詞解釋及計算公式： Z = R2 + (XL - XC)2 9/14/20229 2.阻抗: 電流在交流線路系統中流動，其四、名詞解83.特性阻抗：傳輸線中流通的是一種高頻訊號能量的傳輸， 而非“電流”，其電磁波傳播時，其所遭 遇的阻力，則稱為“特性阻抗” Z0 ，有時亦 簡稱為“阻抗”，單位。 C =高頻訊號下之容抗(Capacitance) L =高頻訊

6、號下之感抗(Inductance四、名詞解釋及計算公式： Z0 LC =9/14/2022103.特性阻抗：傳輸線中流通的是一種高頻訊號能量的傳輸，9傳輸線之組成：是由訊號線，接地層及其間的介 質層三者共同組成，三者之任何 變化都會影響到特性阻抗值。 四、名詞解釋：9/14/202211傳輸線之組成：是由訊號線，接地層及其間的介四、名詞解釋：10四、名詞解釋：特性阻抗,英文 Impedance。Z阻抗值，單位。r 介質(電)常數，取決於材質。 1、HP.P厚度。 2、W訊號線之線寬。 3、T訊號線之銅厚。 4、H1防焊厚度 9/14/202212四、名詞解釋：特性阻抗,英文 Impedance

7、。9/11五、阻抗測量操作步驟 5.1、量測儀器：阻抗測試儀，如下圖： 5.2、操作步驟： 5.2.1、打開機台電源開關，電源指示燈顯示為紅色;通道一(Ch1)通道二(Ch2)電源指示燈9/14/202213五、阻抗測量操作步驟 5.1、量測儀器：阻抗測試儀125.2.2、開機後等機台預熱半小時後，開啟Impedence測量 軟體快捷圖標，如下圖：五、阻抗測量操作步驟9/14/2022145.2.2、開機後等機台預熱半小時後，開啟Impeden135.2.3、打開文檔後點擊File(文件夾），出現下拉菜單，選擇New創建新檔，選擇Open開啟舊檔。五、阻抗測量操作步驟9/14/2022155.

8、2.3、打開文檔後點擊File(文件夾），出現下拉菜145.2.4、跳出對話框，編輯新測試檔案 ，如下圖五、阻抗測量操作步驟輸入客戶名輸入板材類型輸入廠內料號輸入料號版本9/14/2022165.2.4、跳出對話框，編輯新測試檔案 ，如下圖五、阻抗155.2.5、點擊Board出現下拉菜單，選擇Insert（插入）測試點五、阻抗測量操作步驟9/14/2022175.2.5、點擊Board出現下拉菜單，選擇Insert165.2.5.1、輸入阻抗規格及量測層次並選擇阻抗類型，編輯完成後點擊“OK”。五、阻抗測量操作步驟量測層次阻抗規格阻抗中值特性阻抗差動阻抗9/14/2022185.2.5.1、

9、輸入阻抗規格及量測層次並選擇阻抗類型，編175.2.6、點擊File出現下拉菜單，選擇Save AS(另存新檔） 選擇Save保存新檔。五、阻抗測量操作步驟9/14/2022195.2.6、點擊File出現下拉菜單，選擇Save AS185.2.7、點擊Datelog出現下拉菜單，選擇Autolog設置測試自 動記錄方式.五、阻抗測量操作步驟9/14/2022205.2.7、點擊Datelog出現下拉菜單，選擇Auto19五、阻抗測量操作步驟5.2.7.1、點擊Datelog出現下拉菜單，選擇Auto Advance再 選擇After Test設定測試後數據都記錄。9/14/202221五、阻

10、抗測量操作步驟5.2.7.1、點擊Datelog出20五、阻抗測量操作步驟5.2.8、點擊View出現下拉菜單，選中Cursors(標尺）開啟 區間選擇標尺功能。9/14/202222五、阻抗測量操作步驟5.2.8、點擊View出現下拉菜單21五、阻抗測量操作步驟5.2.9、按住鼠標左鍵拖動兩條白線至波形線的兩端轉折點處。 白色區間線白色區間線9/14/202223五、阻抗測量操作步驟5.2.9、按住鼠標左鍵拖動兩條白線22五、阻抗測量操作步驟5.2.9.1、點擊鼠標右鍵，調整測試區間百分比（如下圖中的選項）。 9/14/202224五、阻抗測量操作步驟5.2.9.1、點擊鼠標右鍵，調整測23

11、五、阻抗測量操作步驟5.2.9.2、跳出對話框，在對話框中輸入白色波形線區間百分比。9/14/202225五、阻抗測量操作步驟5.2.9.2、跳出對話框，在對話框24五、阻抗測量操作步驟5.2.9.3、點擊View選擇Select testlist Columns(開啟測試欄目錄選擇 對話框)。 9/14/202226五、阻抗測量操作步驟5.2.9.3、點擊View選擇Se25五、阻抗測量操作步驟5.2.9.4、跳出對話框，選擇左框中項目點擊Add即可添加到右框 中，選擇右框中項目點擊Remove即可刪除右框中的項目. 9/14/202227五、阻抗測量操作步驟5.2.9.4、跳出對話框，選擇

12、左框26五、阻抗測量操作步驟5.2.10、阻抗測試儀校証方法5.2.10.1、特性(單端)阻抗測試驗証。 將一個二極棒與阻抗儀連接，編輯一個新的測試檔案。 如下圖，在Impedance(阻抗)框內填入驗証二極棒的實際 值，在Probe Length(探針長度)框填入值38.00，選擇 Single-Ended Test(特性阻抗測試)項和需要驗証的通道 (Ch1)，點OK退出。利用該新編輯檔案點擊回車進行測試， 看測試結果是Pass&Fail。 9/14/202228五、阻抗測量操作步驟5.2.10、阻抗測試儀校証方法9/27五、阻抗測量操作步驟5.2.10.1、特性(單端)阻抗測試校証。探針

13、長度特性阻抗測試第一個通道(CH1)規格及公差9/14/202229五、阻抗測量操作步驟5.2.10.1、特性(單端)阻抗測28五、阻抗測量操作步驟5.2.10.1、特性(單端)阻抗測試校証。二極棒9/14/202230五、阻抗測量操作步驟5.2.10.1、特性(單端)阻抗測29五、阻抗測量操作步驟5.2.10.2、差動阻抗測試校証。 將兩個二極棒連接阻抗測試儀，編輯一個新的測試檔案。 如下圖，在Impedance框填入兩根驗証二極棒實際值的總 和，在Probe Length(探針長度)框輸入值38.00，選擇 Differential Test(差動阻抗測試) 和需要驗証的通道 (CH1&C

14、h2)，點OK退出。利用該新編輯檔案測試，看測試 結果是Pass&Fail。9/14/202231五、阻抗測量操作步驟5.2.10.2、差動阻抗測試校証。30五、阻抗測量操作步驟5.2.10.2、差動(單端)阻抗測試校証。探針長度差動阻抗測試第二個通道(CH1&CH2)規格及公差9/14/202232五、阻抗測量操作步驟5.2.10.2、差動(單端)阻抗測31五、阻抗測量操作步驟5.2.11、注意事項：5.2.11.1、特性阻抗量測時，必須選擇第一個通道 (Ch1)， 差動阻抗量測時，必須選擇第二個通道 (CH1&Ch2)。 接線時選擇通道必須與儀器端口一一對應。5.2.11.2、開機後需先預

15、熱半小時。5.2.11.3、測量時必須戴靜電手環(如下圖)，以防靜電燒壞儀器。防靜電手環9/14/202233五、阻抗測量操作步驟5.2.11、注意事項：防靜電手環932五、阻抗測量操作步驟5.2.11.3、 Polar 需使用電腦搭配,無法獨立使用觀察波形及量 測數據。9/14/202234五、阻抗測量操作步驟5.2.11.3、 Polar 需使33五、阻抗測量操作步驟5.2.12、 阻抗測試常見問題點： 錯誤信息一：提示：CITS與電腦的232通訊異常。檢查：1、CITS與電腦連接的232通訊線是否連接好。2、查看CITS主機電源開關是否打開。3、查看軟件中通訊COM端口（串口）設置是否正

16、確。9/14/202235五、阻抗測量操作步驟5.2.12、 阻抗測試常見問題點：34五、阻抗測量操作步驟5.2.12、 阻抗測試常見問題點： 錯誤信息二： 提示：DGL (軟件解密狗)異常。（包含錯誤信息一的含意）檢查：1、DGL(連接電腦打印機接口)是否連接好。與錯誤信息一檢查方法雷同。 9/14/202236五、阻抗測量操作步驟5.2.12、 阻抗測試常見問題點：35五、阻抗測量操作步驟5.2.12、 阻抗測試常見問題點： 錯誤信息三：提示：差動測試過程中兩根信號線的水平傳輸時間不匹配。 （大於75ps）檢查：進行一次Cable水平傳輸時差檢查和修正操作即可。 9/14/202237五、

17、阻抗測量操作步驟5.2.12、 阻抗測試常見問題點：36五、阻抗測量操作步驟5.2.12、 阻抗測試常見問題點： 錯誤信息四：提示：不能更新保存。檢查：1. 重新進行一次保存新檔案操作即可。 9/14/202238五、阻抗測量操作步驟5.2.12、 阻抗測試常見問題點：37 關於阻抗目前公司所接觸到的有 (1)impedance單端式即為一條訊號線(見圖一) (2)Differential差動式即為兩條訊號線(見圖二)六、設計阻抗基本原理圖一：特性阻抗圖二：差動阻抗9/14/202239 關於阻抗目前公司所接觸到的有六、設計阻抗基本原理38 通常阻抗控制的傳輸線可分 (一)、IMPEDANCE

18、（特性阻抗） 1、外傳輸線 2、內傳輸線 (二)、DIFFERENTIAL（差動阻抗） 1、外傳輸線 2、內傳輸線六、設計阻抗基本原理9/14/202240 通常阻抗控制的傳輸線可分六、設計阻抗基本原理39外傳輸線(一) IMPEDANCE(特性阻抗計算）1.1.1、Surface Microstrip （防焊前阻抗計算） power plane P.P 介質層signal plane 9/14/202241外傳輸線power plane P.P 介質層signa401.1.2、Coated Microstrip 防焊後阻抗計算 9/14/2022421.1.2、Coated Microstr

19、ip 防焊後阻411.1.3、Embedded Microstrip（內層阻抗線）9/14/2022431.1.3、Embedded Microstrip（內層42內傳輸線1.2.1、Symmetrical stripline（內層對稱阻抗線）9/14/202244內傳輸線9/10/202243外傳輸線(二)、 DIFFERENTIAL（差动阻抗计算） 2.1.1、Edge-coupled surface Microstrip (蝕刻後防焊前差動阻抗計算)9/14/202245外傳輸線9/10/202244外傳輸線2.1.2、Edge-coupled coated Microstrip (防焊

20、後差動阻抗計算)9/14/202246外傳輸線9/10/202245內傳輸線1.2.2、Offset stripline9/14/202247內傳輸線9/10/2022462.1.3、Edge-coupled Embedded Microstrip 第二個線路層差動阻抗計算9/14/2022482.1.3、Edge-coupled Embedded 47(二)內傳輸線 2.2.1、Edge-coupled symmetrical Stripline9/14/202249(二)內傳輸線9/10/2022482.2.2、Edge-coupled Offset stripline9/14/20225

21、02.2.2、Edge-coupled Offset st49 7.1、 工程設計： 工程OP設計人員於接收資料時須先分析客戶阻抗需求 及客戶Gerber設計，並藉由Impedance polar試算軟 體試算出以何種疊構搭配線寬需求最符合客戶阻抗需 求，若現場製程或客戶Gerber設計無法達到客戶 Impedance需求時，須與客戶或內部相關人員溝通。 7.2、相關資料： 藉由Impedance polar試算軟體試算出所有現場製程 能力及現場相關條件所產生的所有預估值，並決定疊 構及工作片線寬及現場作業規格 相關附件工單七、設計重點分析：9/14/202251 7.1、 工程設計：七、設計

22、重點分析：9/10/2507-3 設計重點分析： 7.3.1、客戶gerber Impedance 位置分析 根據我司阻抗測試探頭規格,廠內設計： (1)、孔的直徑為：1mm(40mil) (2)、孔到孔中心距離為：0.1inch(100mil)9/14/2022527-3 設計重點分析：9/10/202251 7-3 設計重點分析： 7.3.2、生產排版圖Impedance 位置分析 Impedance coupon位於最板邊，屬壓合高流膠 區，PP偏下限 Impedance coupon位於板中央，屬壓合低流 膠區，PP偏上限 Impedance coupon位於最板邊，屬電鍍高電流 區，

23、銅厚偏上限 Impedance coupon位於最板中央，屬電鍍低電 流區，銅厚偏下限 Impedance coupon位於線路空曠區，屬蝕銅較 快區，線寬偏下限 Impedance coupon位於線路密集區，屬蝕銅較 慢區，線寬偏上限 9/14/202253 7-3 設計重點分析：9/10/202527.3.3、藉由Impedance polar計算軟體及實際切片分析得知 1. 介電層厚度影響性 : the influence of dielectric thickne 介電層厚度愈厚,阻抗愈高;(PP偏上限 Impedance上限) 介電層厚度愈薄,阻抗愈低;(PP偏下限 Impedan

24、ce下限) ( dielectric thickness thick impedance upper ; dielectric thickness thin impedance down ) 即PP與阻抗成正比2. 影響因素 : influenced factor 介電層材料選用 ( Material selection ; prepreg or core ) 壓合厚度控制 ( Laminated thickness control ) 樹脂膠含量 ( Prepreg resin content percentage ) 銅箔厚度選用 ( Copper foil selection )9/14

25、/2022547.3.3、藉由Impedance polar計算軟體及537.3.3、藉由Impedance polar試算軟體及實際切片分析得知 線寬影響性 : the influence of line width 線寬愈粗,阻抗愈低;(線寬偏上限 Impedance下限) 線寬愈細,阻抗愈高.(線寬偏下限 Impedance上限) ( Line width wider impedance down ; Line width string impedance upper ) 即：線寬與阻抗成反比2. 影響因素 : influenced factor 銅箔厚度選用 ( Copper foil

26、 selection ) 底片線寬控制 ( Artwork line width control ) 影像轉移線寬管控 ( Image transfer ) 鍍層厚度品質管控 ( Plating thickness control ) 蝕刻線寬控制 ( Etch parameter control )9/14/2022557.3.3、藉由Impedance polar試算軟體及547.3.3、藉由Impedance polar試算軟體及實際切片分析得知 1. 線路銅厚影響性 : the influence of line thickness 線路銅厚愈厚,阻抗愈低;(銅厚偏上限 Impedan

27、ce下限) 線路銅厚愈薄,阻抗愈高.(銅厚偏下限 Impedance上限) ( Line thickness thick impedance down ; Line thickness thin impedance upper 即：銅厚與阻抗成反比 2. 影響因素 : influenced factor 銅箔厚度選用 ( Copper foil selection ) 鍍層厚度控制 ( Plating Thickness Control on O/L) 微蝕前處理管控 ( Micro-etch pre-treatment process )9/14/2022567.3.3、藉由Impedanc

28、e polar試算軟體及557.3.3、藉由Impedance polar試算軟體及實際切片分析得知1、防焊綠漆影響性 : the influence of solder mask 防焊綠漆愈厚,阻抗愈低;(防焊偏上限 Impedance下限) 防焊綠漆愈薄,阻抗愈高。(防焊偏下限 Impedance上限) (solder mask thickness thick impedance down; solder mask thickness thin impedance upper ) 防焊厚度與阻抗成反比 2. 影響因素 : influenced factor 材料種類選用 ( Materia

29、l type selection ) (油墨的粘度及添加稀釋劑量) 覆蓋厚度控制 ( S/M cover thickness control ) (刮刀的角度、刮刀的壓力、網版的張力、網版的目數 線路接觸面積 ( Trace surface contact area ) (接觸面積越大，防焊覆蓋越厚)9/14/2022577.3.3、藉由Impedance polar試算軟體及56 8.1、OP設計人員 OP設計人員製作工單，內容包括 1.阻抗要求、原稿線寬、工作線寬、成品線寬要求 (含公差)等等 2.測試點及內容線位置圖面 製作完成之Impedance 設計單，須列印出一份提供 於生管，制程

30、中生產時，品管及品保以此份圖紙及 工單進行行管控線寬及阻抗。 8.2 CAM設計人員 CAM設計人員須依OP設計人員所規定之線寬製作工作片.八、作業流程9/14/202258 8.1、OP設計人員八、作業流程9/10/202257 8.3、工程底片檢查人員 工程底片檢查人員須依工單上之規定，量測工作稿線 寬，檢驗時工作底片之線寬須管控於上線，若不符合 標準，要求CAM設計人員重新處理。 8.4、內/外層線路QC 內/外層線路QC於線路曝光後，須以工單上之工作 片線寬,檢驗線路曝光後板面線寬是否符合標準，若 不符，則需檢查底片線寬及調整曝光能量。 8.5、壓合人員 壓合人員於壓合後，須檢驗壓合厚

31、度是否符合標準， 若不符，則需做切片分析是何種因素造成。 8.6、電鍍IPQC PCB電鍍後,電鍍IPQC需取樣送至儀器室，制作切片 進行量測及分析其孔、面銅厚及均勻性是否符 合工單要求，若不符則須調整電流強度。9/14/202259 8.3、工程底片檢查人員9/10/588.7、蝕刻人員 8.7.1、內層線路蝕刻IPQC 內層線路蝕刻IPQC,須針對內層首件工單上之 線寬要求，以50X、100X放大鏡量測線寬，看 線寬是否符合客戶原稿標準，若不符則須調整 蝕刻速度，直到符合線寬標準。 8.7.2、外層蝕刻IPQC 外層線路蝕刻人員，須針對工單上成品線寬要 求，以50X、100X放大鏡量測線寬

32、，看否符合 標準，若不符則須調整蝕刻速度，以達線寬標 準。另阻抗板蝕刻首件線寬OK後，蝕刻IPQC需 取樣3WPNL送至儀器室進行阻抗首件量測，看 阻抗量測是否符合要求。9/14/2022608.7、蝕刻人員9/10/2022598.8、防焊IPQC 防焊IPQC須於首件檢驗OK後，送樣1WPNL至儀器室， 根據工單上防焊厚度要求，打板內切片量測防焊厚度是 否符合工單要求。8.9、成品阻抗量測 出貨前阻抗量測，由出貨報告人員負責取樣量測阻抗， 看阻抗是否符合工單上之客戶要求，並將阻抗測量之 數據存檔，若成品阻抗值呈現較不穩定時須及時提報 並反饋。 量產：一般取樣3WPNL進行量測 樣品：OK板100%量測阻抗9/14/2022618.8、防焊IPQC9/10/202260九、防焊前後阻抗對比1.1、防焊前特性阻抗對比（01U104）說明：L1層特性50 ，防焊後阻抗相比防焊前，平均減少了4.2 。9/14/202262九、防焊前後阻抗對比1.1、防焊前特性阻抗對比（611.2、防焊前後差動阻抗對比（01U104）說明：L1層差動100 ，防焊後相比防焊前，平均減少了8.5 。9/14/2022631.2、防焊前後