1、阻抗知識講解,2011.12.10,目 錄,1 阻抗相關概念 2 特性阻抗控制的意義及原理 3 特性阻抗的影響因素 4 實測數(shù)據(jù)分析各參數(shù)對阻抗的影響 5 阻抗控制建議,1 相關概念-阻抗,1.1 當直流電流流過一個導體時候會收到一個阻力，我們稱為電阻。 R=U/I 當交流電流通過導體時，同樣會收到一個阻力，此阻力除了電阻的阻力外，還有感抗和容抗的阻力, 此阻力的矢量合我們稱為阻抗。 Z= R+j ( XLXC) 電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡稱容抗及感抗。它們的計量單位與電阻一樣是歐姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。

2、此外電容抗和電感抗還有相位角度的問題，具有向量上的關系式，因此才會說：阻抗是電阻與電抗在向量上的和。 在電子通訊產(chǎn)品中 線路板中傳輸?shù)哪芰浚欠N高低電平構成的脈沖信號，其所受的阻力稱為特性阻抗。,1.2特性阻抗及阻抗匹配概念的詳細解釋,PCB中，當某訊號方波，在傳輸線組合體的訊號當中，以高準位的正壓訊號向前推進時，則在距離最近的參考層（如接地層）中理論上必有被該電場所感應出來的負壓訊號伴隨前行。若將其飛行時間短暫加以凍結，即可想象其所遭受到來自訊號線、介質層與參考層等共同呈現(xiàn)的瞬間阻抗值，此即所謂的特性阻抗值。,阻抗匹配（Impedance matching）在高頻設計中是一個常用的概念，是微

3、波電子學里的一部分，主要用于傳輸線上，來達至所有高頻的微波信號皆能傳至負載點的目的，不會有信號反射回來源點，從而提升能源效益。如果是電路板上的高速信號線的特性阻抗與負載阻抗不匹配時，會產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。,當信號在PCB導線中傳輸時，若導線的長度相當于信號線長度的1/7時(1/10時)此時的導線便作為信號線傳輸。即，低頻不必考慮特性阻抗問題。 訊號的傳輸波長按照：=C/f （C-光速） 傳輸?shù)念l率越高，波長越短，當頻率達GHZ的情況時候， 將在cm或mm單位級長度，此時必須控制導線的特性阻抗. 訊號線的特性阻抗與終端IC的阻抗不匹配，過大或者過小，信號傳輸過程將出現(xiàn)反射，散射，衰弱或延遲的情

4、況，導致噪音以及信號不完整。所以我們要設法讓阻抗板的特性阻抗值與終端IC的阻抗匹配，以利于電路的信號傳輸和能源的節(jié)約。,因此，隨著電子產(chǎn)品小型化、數(shù)字化、高頻化和多功能化等的快速發(fā)展與進步，作為電子產(chǎn)品中電氣的互連件PCB中的導線的作用，已不僅只是電流流通與否的問題，而且是作為“傳輸線”的作用。也就是說，對于高頻信號或高速數(shù)字信號的傳輸用的PCB之電氣測試，不僅要測試線路的“通”、“斷”、“短路”等是否合乎要求，而且還要其“特性阻抗值”是否合乎要求，只有這兩方面都“合格”了，PCB才符合允收性。,2 特性阻抗控制的意義及原理,3 特性阻抗的影響因素,目前阻抗的模塊較多，如線路板廠廣泛應用的英國

5、Polar 公司的SI8000軟件就提供了89種，但實際眾多的模塊最終又可以分為兩大類，即微帶狀Microstripline和帶狀Stripline兩種。微帶狀傳輸帶傳輸線路是由一條安裝在可導接地層的低損耗絕緣體上的控制寬度的可導跡線構成的。該絕緣體通常使用強化玻璃環(huán)氧樹脂制造，例如 G10、FR-4 或 PTFE，用于超高頻應用。帶狀線傳輸線路通常包括夾在兩個參考層和絕緣材質之間的導線跡線。傳輸線路和層構成了控制阻抗。帶狀線與微帶狀傳輸帶的不同之處在于它嵌入到兩個參考層之間的絕緣材質中，帶狀線阻抗參考兩個平面，阻抗跡線在內層，而微波傳輸帶只有一個參考平面，阻抗跡線在PCB板的外層（表層,微帶

6、線阻抗計算公式,帶線阻抗計算公式,由公式可知無論是哪一種模型，影響其大小的主要因素包括：絕緣材料的相對介質常數(shù)Er，線寬W,介質層厚度(H,D)，導線的厚度T。,在實際的制程中，每一項參數(shù)都有其制程的變異，這些變異將影響最終線路的阻抗值。,3.1 介質常數(shù),介質常數(shù)是材料的特性，相同頻率下不同樹脂含量板料的介質常數(shù)是不同的，環(huán)氧樹脂的介質常數(shù)一般是3.5，玻璃纖維布為6.5，樹脂含量越高介質常數(shù)越小.相同的樹脂含量的材料不同的測試頻率情況下介質常數(shù)是不同的，一般FR4基材1MHZ為4.7，1GHZ情況下是4.3，是呈降低趨勢, 一般FR4按照4.3計算。,圖中橫坐標取了對數(shù)刻度也即頻率變化范圍

7、為0.1-10000(MHZ),有圖可知同一種板料，隨著測試頻率的增加介電常數(shù)呈走負趨勢，因而板的特性阻抗由前面的公式可知呈走正趨勢。,附：康莊電路軟板、軟硬結合板常用材料介質常數(shù)參考表,3.2 介質層厚度對阻抗的影響,從之前介紹的公式中可看出，特性阻抗是與介質厚度的自然對數(shù)成正比的，因而可知介質厚度越厚，其阻抗越大，所以介質厚度是影響特性阻值的另一個主要因素。,從上圖中可以看出微帶線結構的設計比起帶狀線設計時在相同介質厚度和材料下具有較高的特性阻抗值一般要大2040歐，因此對高頻和高速數(shù)字信號傳輸大多采用微帶線結構的設計。同時，特性阻抗值將隨著介質厚度的增加而增大，所以對于特性阻抗值嚴格控制

8、的高頻線路來說，對覆銅板的介質厚度的誤差應提出嚴格要求，一般來說，其介質厚度變化最多不超過10。對于多層板來說介質厚度還是個加工因素，特別是與多層層壓加工密切相關因此也應嚴密加以控制。,1mil的介質層厚度引起的阻抗變化為58ohm。 介質層厚度增加引起阻抗變化是走正趨勢。,3.3 導線寬度對阻抗的影響,導線寬度變化所引起的相應阻抗變化是：,1mil的導線寬度引起的阻抗變化為58ohm。 導線寬度增加引起阻抗變化是走負趨勢。,由于導線的寬度是設計者必須根據(jù)多種設計要求來確定的。它既要滿足導線載流量和溫升的要求又要得到所期望的阻抗值。因此對于阻抗設計而言，應該盡可能避免為了一味追求阻抗值的精確而

9、大幅修正線寬線距或銅厚。但對于整個阻抗控制而言，這些變量卻又是PCB生產(chǎn)過程中波動最大的。,因為選定材料和完成PCB設計之后，這意味著： 介電常數(shù)r值、介質厚度H值、導線厚度等基本不變；導線寬度偏差最大，也最難控制，因為制造過程長、影響多。導線較長又是用來傳輸信號的，導線寬度偏差是影響特性阻抗值Z的最大因素。所以，對生產(chǎn)過程而言，控制好蝕刻工序的線寬線距是阻抗控制的關鍵。,3.4 導線厚度對阻抗的影響,導線厚度與特性阻抗的關系,從Z的公式中可看出，Z0的值是隨著導線厚度T的減少而增加著。 在相同的厚度下，微帶線有較大的Z值。 由上表及左圖可知導線厚 度增加引起阻抗變化呈負趨 勢，但對整體影響極

10、小。,Z 導線的特性阻抗值 Er 絕緣材料的相對介質常數(shù) H，D 介質層厚度 W 導線的寬度 T 導線的厚度 由圖列分析和公式更加確定，PCB特性阻抗與H，D成正比與Er、W、T成 反比。,微帶線阻抗計算公式,帶線阻抗計算公式,3.5 特性阻抗影響因素理論再現(xiàn),4.1 以下表格是我們公司所做阻抗板A4E1664的首次評估的10片板的阻抗測試數(shù)據(jù)，有堿性蝕刻后和WF后的對比。,由表格可知，線寬W 越大，板的阻抗值越低，WF綠油后，由于增加了介質層的后度，阻抗也會減少，分析得知綠油后阻抗減少值為103，均與前面的公式推論符合。又由于堿性蝕刻后線寬在0.21MM0.25MM再經(jīng)綠油后894歐姆，能達

11、到該板的阻抗要求909歐姆。所以分析確定堿性蝕刻后線寬的控制范圍為0.230.02MM.,4.實測數(shù)據(jù)分析,4.2 FA A4E1664批量生產(chǎn)板阻抗測試結果(12月9日),經(jīng)分析確定堿性蝕刻后線寬控制在0.215-0.225MM之間的阻抗測試結果都符合品質 要求。而且綠油后阻抗值比堿性蝕刻后所測的阻抗值減少713 歐姆。,根據(jù)以上理論模型及實際測試數(shù)據(jù)分析,結合康莊實際工藝流程及控制情況,我們建議對后續(xù)阻抗產(chǎn)品進行如下控制： 1 設計階段： 參考各種參數(shù)對特性阻抗的影響程度（影響最大的是介質厚度H，其次是介質常數(shù)Er和導線寬度W，影響最小的是導線厚度T。）結合客戶要求選擇最合適的基材（建議用

12、高頻且Er值一定的材料），當基材選好，再考慮合適的線寬度（通常一個比較簡單可參考的控制范圍在20%的表面微帶線是線寬是板厚的兩倍）；以及WF綠油后介質層厚度的增加對特性阻抗的影響。 打樣前，根據(jù)材料特性及工藝流程設計，使用模擬軟板測試大致區(qū)間線寬，并以此為基準進行衍生區(qū)間帶設計，制作相應的阻抗條； 電鍍流程盡量使用電孔以減少整板電不均勻造成的數(shù)據(jù)偏移，對于精度要求高的產(chǎn)品，建議使用TL以保證均勻性和最佳線寬控制。 打樣制作： 無論是制作阻抗測試條還是制作樣板，均要求嚴格按照工藝控制要求，作好全程工藝參數(shù)及設備操作記錄，以備后續(xù)參考；像A4E1664在其它條件不變的情況下，堿性蝕刻后測試條的線寬控制的合適范圍為0.230.02mm。 若使用整板電工藝，需要最大程度上