阻抗简介课件

阻抗控制簡介前言隨著科技的發展,使電路板走向高密度,小體積及單一零件趨勢,導致多層板組裝高速零件時,訊號線之“特性阻抗”(characteristicimpedance)必須控制在一定範圍內,使高頻訊號順利傳遞,以減低線路阻抗,失真,干擾,串音等問題.此種品質要求稱謂“阻抗控制”.阻抗控制介紹(一)A.何謂阻抗:1.直流電路中電流傳送時所遇到的導體的阻力,稱謂電阻(Resistance,符號為R);為了易於分辨起見,有時亦成為歐姆電阻.(OhmicResistance),(Ω).交流電路中電流所遇到的阻力,稱之為阻抗(Impedance,符號為Z),單位仍為歐姆.而高頻信號線中傳播訊號所遇到的阻力,則另稱為“特性阻抗”(CharacteristicImpedance,符號為ZO),單位仍為毆姆阻抗控制介紹(三)B.影響特性阻抗之四個主要因素1.線寬(Tracethickness)2.銅層厚度(Copperthickness)3.絕緣層厚度(Dielectricthickness)4.介質常數(Dielectricconstant)阻抗控制介紹(四)C.影響特性阻抗製程上掌控之要點

1.線寬---工作底片應事先補償,以補償蝕刻所發生的側蝕(undercut),獲得理想線寬.注:線寬每變化1MIL則阻抗變化6Ω,這表示從工作底片,D/F影像轉移解象度及蝕刻速率均須一一控制.阻抗控制介紹(五)2.銅層厚度---針對客戶線路Design及稀疏獨立線路料號於一次銅(Panelplating)及二次銅(Patternplating)制程需監控鍍層厚度均勻性,避免產生線路厚度不均問題,除非改變製程為全板電鍍(Tentingprocess0.

注:鍍層每增加0.1MIL則阻抗變化0.5Ω.阻抗控制介紹(六)3.絕緣層厚度---降低壓合機及壓合條件造成介質層厚度之變異,或用高樹脂含量樹脂(highflowresin)來掌控介質層厚度變異

注:介質層厚度變化1MIL則阻抗變化6Ω阻抗控制介紹(八)D.阻抗之設計

1.印刷電路板阻抗要求須控制線寬,厚度及相關絕緣層厚度,且控制之層數愈多,則難度愈高.理論上阻抗和介質常數,線寬,線路厚度成反比和介電層厚度成正比阻抗控制介紹(十)whtpowerpowersignal阻抗公式:Zo=60/Er1/2Ln[4h/0.512πw(t/w+0.8)]阻抗控制介紹(十二)whtpowersignal阻抗公式:Zo=87/(Er+1.41)1/2Ln[5.98h/(0.8w+t)]阻抗控制介紹(十三)(c)雙層線路結構:(dual-stripline)

此類結構為stripline之衍生增加一層線路以降低可能發生之干擾阻抗公式:Zo=2Z1Z2/(Z1+Z2)Z1=60/Er1/2Ln[4(2h1+t)/0.512πw(t/w+0.8)]Z2=60/Er1/2Ln{4[2(h-h1-t)+t]/0.512πw(t/w+0.8)]}阻抗控制介紹(十四)powerpowersignalwh1tsignalh阻抗控制介紹(十五)(d)覆蓋式(Embeddedmicrostrip)

注:所謂“傳輸線”是指“導線即訊號線”,“絕緣介質層”及大銅面的“接地層”三者所共成的體系,用以傳播高頻信號(Signal)或電磁波的線路系統阻抗控制介紹(十六)whtpowersignalh1阻抗公式:Zo=87/(Er+1.41)1/2Ln[5.98h/(0.8w+t)][1-h1(10)]阻抗控制介紹(十八)F差動阻抗兩線間的阻抗稱謂差動阻抗

兩條線之間得到較低的阻抗.使用50歐姆的測量所得到的阻抗約為80歐姆Z0A阻抗控制介紹(十九)12RdiffZ11I1+ki2Z22I2+ki112Z22Z11I1I2KI2KI1BC阻抗控制介紹(二十一)Eqs1.canbewrittenasV1=Z12*i1+Z12*i2V2=Z22*i2+Z21*i1ONFigC:BalancedsituationZ11=Z22=Z0andi2=-i1V1=Z0*i1*(1-k)V2=-Z0*i1*(1-k)V1=-V2eqs2阻抗控制介紹(二十二)Effective(Oddmode)impedanceTheeffectiveimpedanceofTrace1Zodd=V1/i1=Z0*(1-k)∵Z0=Z11,K=Z/Z1112∴Zodd=Z11-Z12DifferentialimpedanceZdiff=2*Z0*(1-k)=2*(Z11-Z12)阻抗控制介紹(二十四)Zdiff=Z0(1-0.48E-0.96*s/h)

Z0=60/(0.475Er+0.67)½Ln[4h/0.67(0.8W+T)]Zdiff=2Z0(1-0.37e-2.9s/h)Z0=60/Er1/2Ln[4h/0.67π(0.8w+t)]h-t<2wh<4t多層板阻抗控制的關鍵(一)1.注意絕緣板材之介質常數:基板材料應要求Er較低興穩定以作好MLB阻抗控制之基礎,選擇較低之板材將可協助提高訊號線的特性阻抗值。各種板材之介質常數如表1,膠片組成之介質常數如表2。由表2可得知不同結合后的厚度與介質常數變化,其中影響膠片厚度變化的各種因素有:升溫速率,壓力,制程穩定度,膠片穩定度及銅皮粗面釘牙高低等。另膠片之介質常數於其膠含量之關系如表3,欲使MLB阻抗值符合規格範圍則Thincore興prepreg中之樹脂興玻璃組維含量比例亦須加以控制,因玻璃佈在1MHZ下透電率為6.5而雙功能環氧樹脂為3.5。多層板阻抗控制的關鍵(二)表1:各種板材之介質常數興訊號傳播速度材料興板材在1MHZ下所測得之介質常數訊號傳播速度(meter/nanosecond)真空Vacuum1.00.30純氟龍PureTeflon2.10.207GY,CY板材(TeflonGlagg)2.2~2.30.202~0.198GX,GX板材(TeflonGlagg)2.60.188氰酸酯樹脂/玻璃布CyanateEater/Glagg3.2~3.60.188~0.158氰酸酯樹脂/石英布CyanateEater/Quartz2.8~3.40.179~0.163聚亞胺/石英布Polyimide-Quartz3.5~3.80.160~0.154聚亞胺/玻布Polyimide-Glass4.0~4.60.150~0.140環氧樹脂/玻璃Epoxy-Glass(FR-4)4.4~5.20.143~0.132陶瓷填充之氟龍Caramic-FilledTeflon6.0~10.20.122~0.094純水Water70.00.036表1:各種板材之介質常數興訊號傳播速度多層板阻抗控制的關鍵(四)多層板阻抗控制的關鍵(五)2.線寬的控制當訊號線之寬度變細時可提高訊號傳播之特性阻抗進而達到提高速度及與零件阻抗值匹配之目的.要控制生產製程之“影像轉移”及“蝕刻”之製程管制,使用平行嚗光機以減少線路突出,缺口等問題.改善線邊的齊直度,避免阻抗值瞬間改變造成訊號之反射.間距提高則阻抗值增加.當傳輸線之訊號線寬,介質厚度及訊號線厚都固定時,則特性阻抗與線寬成反比.如表4多層板阻抗控制的關鍵(六)microstripstripline多層板阻抗控制的關鍵(七)3.線路厚度:當傳輸線之訊號線寬介質層厚度與介質常數固定時;特性阻抗值與訊號線厚度將呈反比,但效果並不明顯.減薄訊號厚度可提升傳播之特性阻抗值,必要時可運用較薄銅箔對特性阻抗值進行監控或使用低稜線(lowprofile)銅皮克服,如表5多層板阻抗控制的關鍵(八)microstripstripline多層板阻抗控制的關鍵(九)介質層厚度:增加介質層厚度,亦可提升訊號線的特性阻抗值,但此做法並不適宜。因當介質層厚度增加時,必將造成多層板厚度及重量的增加。且當介質層厚度變厚了,也不利於雜訊(Noise)向大地的疏導,致使平行的訊號線中雜訊增多。故采增厚介質層以提升阻抗值的做法,將成為不智之舉。當傳輸線之訊號線寬,介質常數及訊號線厚度皆固定時其特性阻抗質與質層厚度成正比。如表6多層板阻抗控制的關鍵(十)microstripstripline阻抗測試儀(一)阻抗儀簡介阻抗儀由TDR,探頭,傳輸線組成,附件包括電腦主機,列印機等組成.環境要求為溫度22oC+2oC,濕度<55%+5%阻抗測試儀(一)什麼是TDR:TDR:時域反射器(TimeDomainReflectometry),時域反射器(TDR)用來測量信號在通過某類傳輸環境傳導時引起的反射,如電路板軌跡,電纜,連接器等,TDR儀器通過介質發送一個脈沖,把來自“未知”傳輸環境的反射與標準阻抗生成的反射進行比較。圖1是簡化的TDR測量方塊圖。TDR顯示了在沿著一條傳輸線傳播快速階遇到阻抗偏差時產生的反射的組合.阻抗測試儀(二)靜電(一)靜電產生:兩個絕緣體至少有一個絕緣體,摩擦碰撞產生靜電106-8防靜電安全區2秒內離開109-10抗靜電安全區5秒內離開1011-12絕緣體103-5導電需要接地靜電(