PCB阻抗計算的可制造性設計

問(wèn)

什么是阻抗？

答

在具有電阻、電感和電容的電路里，對電路中的電流所起的阻礙作用叫做阻抗。

問(wèn)

什么是阻抗匹配？

答

阻抗匹配是指信號源或者傳輸線(xiàn)跟負載之間達到一種適合的搭配。阻抗匹配主要有兩點(diǎn)作用，調整負載功率和抑制信號反射。

影響阻抗的因素

相對于阻抗變化的關(guān)系（其中一個(gè)參數變化，假設其余條件不變），影響阻抗因素如下：

阻抗線(xiàn)寬

阻抗線(xiàn)寬與阻抗成反比，線(xiàn)寬越細，阻抗越大，線(xiàn)寬越粗，阻抗越低。

介質(zhì)厚度

介質(zhì)厚度與阻抗成正比，介質(zhì)越厚，阻抗越大，介質(zhì)越薄，阻抗越低。

阻抗介電常數

介電常數與阻抗成反比，介電常數越高，阻抗越小，介電常數越低，阻抗越大。

防焊厚度

防焊厚度與阻抗成反比，在一定厚度范圍內，防焊厚度越厚，阻抗越低，防焊厚度越薄，阻抗越大。

銅箔厚度

銅箔厚度與阻抗成反比，銅厚越厚，阻抗越低，銅厚越薄，阻抗越大。

差動(dòng)阻抗

間距與阻抗成正比，間距越大，阻抗越大，其余影響因素則與特性阻抗相同。

共面阻抗

阻抗線(xiàn)距導體的間距與阻抗成正比，間距越大，阻抗越大，其它影響因素則與特性阻抗相同。

阻抗計算神器驗證影響因素

疊層圖制作

這里推薦一款免費的國產(chǎn)工具：華秋DFM軟件，它可以自動(dòng)生成疊層圖，也可以手動(dòng)填寫(xiě)層數、板厚、銅厚，用疊層圖的介質(zhì)厚度匹配阻抗。

如需調整疊層結構，軟件里面有自帶板材、半固化片及銅箔的庫，可根據需要自行選擇。在疊層結構需要更改的參數位置，點(diǎn)擊右鍵添加、替換或刪除。彈出的窗口是軟件自帶的物料庫，芯板、光板、PP、銅箔可供選擇。

介質(zhì)厚度變化對阻抗的影響

疊層結構的參數要保證正確性，半固化片、板材及銅厚參數不可出錯，若板材及半固化片厚度用錯，即便是總板厚能夠達到，疊層結構不對稱(chēng)生產(chǎn)的成品板子，也會(huì )導致板翹無(wú)法使用，計算阻抗時(shí)，介質(zhì)厚度如果跟實(shí)際生產(chǎn)有差異，會(huì )導致阻抗值偏大或者偏小，超出要求的公差。

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銅箔厚度變化對阻抗的影響

疊層結構的銅厚一定選擇準確，如果銅厚錯誤，會(huì )導致差分阻抗相差20ohm左右，單端阻抗相差10ohm左右，因此而達不到實(shí)際設計要求的阻抗值。例如：要求銅厚1oz，制作疊層是0.5oz，生產(chǎn)按照疊層生產(chǎn)板子，會(huì )導致成品銅厚不夠，線(xiàn)寬載流不夠，導致產(chǎn)品燒板報廢。

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參考屏蔽層變化對阻抗的影響

計算阻抗時(shí)，模板不能選錯，需要根據實(shí)際設計選擇模板，比如單端共面阻抗，直接使用單端模板，阻抗會(huì )相差10ohm左右，導致阻抗超公差，如果是隔層參考的，沒(méi)有使用隔層參考的模板，阻抗會(huì )相差幾十個(gè)ohm，導致板子直接報廢。

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阻抗模板參數

以下基于華秋的工藝制造說(shuō)明：

H1：半固化片的介質(zhì)厚度，要填寫(xiě)殘銅留膠后的介質(zhì)厚度。

Erl：華秋的板材常規是4.2，如果是特殊板材要填寫(xiě)板材的介電常數。

W2：線(xiàn)面寬度在線(xiàn)底寬度W1-0.5mil。

T1：內層H/Hoz，銅厚按0.6mil計算，內層1/1oz，銅厚按1.2mil計算，外層成品銅厚1/1oz，銅厚按1.4mil計算，外層成品銅厚2/2oz，銅厚按2.4mil計算。

C1：基材上的阻焊厚度0.8mil。

C2：銅面上的阻焊厚度0.5mil。

C3：差分阻抗線(xiàn)之間的阻焊厚度0.8mil。

CEr：阻焊的介電常數3.5mil。

殘銅率默認是70%，如默認的參數需要調整，可以在參數配置里面填寫(xiě)修改，保存即可。

使用阻抗計算神器高效生產(chǎn)

文件預審

1、接收客戶(hù)文件后，進(jìn)行文件預審。檢查客戶(hù)文件里面的阻抗線(xiàn)對應的阻抗控制要求參數是否一致，如發(fā)現不一致的阻抗異常，需要提出異常給客戶(hù)確認，比如第一層阻抗控制要求6/6/6mil的差分阻抗線(xiàn)，然而在Gerber文件第一層找不到對應的阻抗線(xiàn)，對于此異常需要與客戶(hù)確認，并提出建議：①是否忽略阻抗控制要求；②阻抗線(xiàn)跟控制要求是否有偏差，并說(shuō)明實(shí)際的gerber的阻抗線(xiàn)。

2、核對gerber文件里面的疊層結構，檢查板厚、銅厚、半固化片的參數是否能夠對應華秋DFM里面的物料庫。如疊層結構的芯板厚度在DFM里面找不到，則需要與客戶(hù)確認，建議更改板厚調整疊層結構。

3、預審阻抗線(xiàn)對應的控制要求是否滿(mǎn)足，例如：同層的阻抗線(xiàn)控制要求一樣，介質(zhì)厚度一樣，線(xiàn)寬不一樣，導致兩組阻抗線(xiàn)只能控制一組，此時(shí)需要客戶(hù)確認，阻抗同層、同介質(zhì)厚度的阻抗下是否能夠統一。

阻抗線(xiàn)挑選及調整

1、首先需要按照客戶(hù)提高的阻抗控制要求，去挑選板內對應的阻抗線(xiàn)，挑選阻抗線(xiàn)時(shí)需注意，寧可多選卻不可漏選阻抗線(xiàn)。

2、把挑選的阻抗線(xiàn)移到另外一層，待阻抗計算完畢，按照計算的結果調整阻抗線(xiàn)，阻抗線(xiàn)按照生產(chǎn)制成能力補償后，再移回板內正常制作出生產(chǎn)所需的工具菲林。

匹配疊層結構

1、按照客戶(hù)要求的疊層厚度及所用的物料參數制作疊層圖，計算阻抗線(xiàn)時(shí)，華秋DFM自動(dòng)讀取疊層圖里面的參數，使用疊層圖里面的介質(zhì)厚度，計算線(xiàn)寬線(xiàn)距所需要的介質(zhì)厚度。

2、疊層圖的參數一定要正確，結構要對稱(chēng)，如果參數錯誤，會(huì )導致阻抗偏差很大，疊層不對稱(chēng)會(huì )導致無(wú)法生產(chǎn)。

3、輸入每層的銅面積，華秋DFM可以自動(dòng)計算無(wú)銅區域的填膠量，精確計算阻抗及成品板厚的總厚度。

線(xiàn)寬線(xiàn)距計算阻抗值

選擇阻抗層，找到阻抗對應的模板，再輸入原始線(xiàn)寬線(xiàn)距，如參考層特別，如隔層參考，需要手動(dòng)選擇參考層，參數輸入完畢后，點(diǎn)擊全部計算，計算結果為綠色則計算正確，為紅色則需要調整線(xiàn)寬線(xiàn)距或者介質(zhì)厚度。右上角可以更改單位，mil/mm，左下角則可以添加多組阻抗。

保存阻抗計算參數文檔

保存阻抗計算圖，阻抗計算合格后，“點(diǎn)擊”導出壓合結構/阻抗參數，把計算的壓合結構圖及阻抗計算合格參數保存為PDF檔，方便以后查詢(xún)阻抗計算的結果。

阻抗計算這么多知識點(diǎn)，肯定很多工程師會(huì )覺(jué)得難學(xué)的同時(shí)也記不全吧？所以，強烈推薦使用華秋DFM軟件，可以一鍵計算阻抗，超簡(jiǎn)單實(shí)用，并且還是免費的哦！

在沒(méi)有華秋DFM軟件前，工程師們都是用Polar SI9000計算阻抗，但它不能制作疊層圖，需要先畫(huà)好后，再按照介質(zhì)厚度模擬阻抗，非常的不方便。

但是，用了華秋DFM軟件后，計算阻抗只需幾個(gè)步驟，輸入相關(guān)參數，就能得到想要的結果，直接提升幾倍的工作效率！

審核編輯：湯梓紅