プロの高周波基板、高速基板、ICパッケージ基板、半導体テスト基板、HDI基板、リジットフレッキ基板、PCB設計とPCB メーカー
iPcb会社-信頼できるPCBメーカー! お問い合わせ
0
PCB技術

PCB技術

PCB技術

PCB技術

特性インピーダンスとは?
2020-10-04
View:335
Author:Dag      Share

1.抵抗


AC電流が導体を流れるとき、抵抗はインピーダンスと呼ばれ、Zに対応し、単位はΩです。


このときの抵抗は直流電流とは異なります。抵抗の抵抗に加えて、誘導性リアクタンス(XL)と容量性リアクタンス(XC)の抵抗の問題があります。


直流の抵抗を区別するために、交流が遭遇する抵抗をインピーダンス(z)と呼びます。


Z =√R2+(XL -XC)2


2.インピーダンス(z)


近年、IC集積の改良と応用により、信号の伝送周波数と速度はますます高くなっています。そのため、信号の伝送(伝送)が一定の値に達すると、PCBワイヤ自体の影響を受け、深刻な歪みや伝送信号の完全な損失が発生します。これは、PCBワイヤを流れる「もの」が電流ではなく、方形波信号またはエネルギーのパルスの送信であることを示しています。


3.特性インピーダンス制御(Z0)


上記の「信号」伝送の抵抗は、「特性インピーダンス」とも呼ばれ、記号Z0を表します。


したがって、PCBワイヤの「オン」、「オフ」、「短絡」の問題を解決するだけでなく、ワイヤの特性インピーダンスを制御するだけでは不十分です。言い換えれば、高速伝送および高周波信号伝送用の伝送ラインの品質は、伝送ワイヤの品質よりもはるかに厳しいものです。それはもはや「開/短絡」テストパス、またはノッチではなく、バリは線幅の20%を超えません。特性インピーダンス値を測定する必要があり、インピーダンスは許容範囲内に制御する必要があります。そうしないと、廃棄されるだけで、再加工できません。




pcbインピーダンス制御




PCBの特性インピーダンスを制御する必要があるのはなぜですか


1.電子機器(コンピューター、通信機)が動作しているとき、ドライバーから送信された信号は、PCB伝送ラインを介して受信機に到達します。信号がプリント回路基板の信号線で送信される場合、信号の「エネルギー」を完全に送信できるように、特性インピーダンス値Z0はヘッドコンポーネントとテールコンポーネントの「電子インピーダンス」と一致する必要があります。


2.プリント基板の品質が悪く、Z0が許容値を超えると、送信信号に反射、分散、減衰、遅延などの問題が発生します。深刻なケースでは、間違った信号が送信され、コンピュータがクラッシュします。


3.プレートの厳密な選択と製造プロセスの制御により、多層基板上のZ0は、お客様が要求する仕様を満たすことができます。電子インピーダンスが高いほど、伝送速度は速くなります。したがって、PCBのZ0は、一致するコンポーネントの要件を満たすように改善する必要があります。Z0が認定されている場合にのみ、高速または高周波信号に必要な認定製品と見なすことができます。


PCBおよびPCB材料の特性インピーダンスZoとPCBプロセスの関係


PCBマイクロストリップライン構造の特性インピーダンスZ0の式:Z0 = 87 / R + 1.41 ln5.98h /(0.8W + T)


ここで、εR-誘電率H-誘電体の厚さW-導体の幅T-導体の厚さ




ボードのεRが低いほど、PCB回路のZ0値を大きくし、高速コンポーネントの出力インピーダンス値と一致させるのが容易になります。


1.特性インピーダンスZ0はプレートのεRに反比例します


Z0は、中程度の厚さの増加とともに増加します。したがって、Z0の厳密な高周波回路では、中程度の厚さの銅張積層基板の誤差が厳密に要求されます。一般に、中程度の厚さの変化は10%を超えてはなりません。


2.誘電体の厚さが特性インピーダンスZ0に及ぼす影響


線密度の増加に伴い、中程度の太さの増加は電磁干渉の増加を引き起こします。したがって、導体配線密度の増加に伴い、媒体の厚さを薄くして、電磁干渉によって引き起こされる漂遊信号またはクロストークを排除または低減するか、またはεRを低減して、低εr基板を選択する必要があります。


マイクロストリップライン構造の特性インピーダンスZ0によると、式は次のようになります。Z0= 87 / R + 1.41 ln5.98h /(0.8W + T)


銅箔の厚さ(T)は、Z0に影響を与える重要な要素です。線の太さが大きいほど、Z0は小さくなります。しかし、変動の範囲は比較的小さいです。


3.特性インピーダンスZ0に対する銅箔の厚さの影響


銅箔の厚さが薄いほど高いZ0値が得られますが、厚さの変化はZ0にほとんど影響しません。


Z0を改善または制御するための細いワイヤの製造において、Z0への薄い銅箔の寄与は薄い銅箔の寄与よりも正確です。


式によると:


Z0 = 87 / r +1.41 ln5.98H /(0.8W + T)


線幅Wが小さいほど、Z0は大きくなります。線幅を狭くすると、特性インピーダンスが向上します。


Z0に対する線幅の変化の影響は、線の太さの影響よりもはるかに明白です。


4.特性インピーダンスZ0に対する導体幅の影響


Z0は線幅Wが狭くなると急激に増加します。したがって、Z0を制御するには、線幅を厳密に制御する必要があります。現在、ほとんどの高周波線と高速デジタル線の信号伝送線幅Wは0.10または0.13mmです。従来、線幅制御偏差は±20%です。伝送線路のない従来の電子製品の場合、PCB線(線長「信号波長の1/7」)は要件を満たすことができますが、Z0制御の信号伝送線路の場合、PCB線幅の偏差は±20%であり、これはできません。要件を満たします。Z0の誤差が±10%以上だからです。




PCB特性インピーダンス制御とPCBプロセス制御


1.PCBフィルムの製造管理と検査


一定の温度と湿度の部屋(21±2°C、55±5%)、防塵、線幅補正。


2.PCBパネルの設計


パネルの端が狭すぎないようにし、コーティングを均一にし、メッキと偽陰極を使用して電流を分散させる必要があります。


標準サンプル(クーポン)は、Z0をテストするために設計されました。


3.PCBエッチング


厳格なプロセスパラメータ、側面腐食を低減し、最初の検査を実行します。


ワイヤーエッジでの残留銅、銅スラグ、銅スクラップを減らします。


線幅を確認し、必要な範囲(±10%または±0.02mm)で制御してください。


4.Pcbaoi試験


2GHzの高速信号の場合、ギャップが0.05mmであっても、廃棄する必要があります。重要なのは、内層の線幅と欠陥を制御することです。


5. PCBのラミネーション


真空ラミネーター、圧力を下げ、接着剤の流れを減らし、より多くの樹脂を維持しようとします。樹脂がεRに影響を与えるため、樹脂の保存が多くなり、εrが低くなります。ラミネートの厚さの公差を制御します。板厚が均一ではないため、中程度の厚さの変化がZ0に影響を与えることを意味します。


6.PCB基板を選択します


プレートタイプのブランキングの顧客の要求に厳密に従ってください。間違ったモデル、間違ったεR、間違ったプレートの厚さ、正しいPCB製造プロセス、同じスクラップ。Z0はεRの影響を大きく受けるためです。


7.PCBはんだマスク


理論的には、抵抗溶接の厚さは厚すぎてはいけませんが、実際には、影響はそれほど大きくありません。銅導体の表面は空気にさらされているため(εr= 1)、Z0の測定値は高くなります。ただし、抵抗溶接のεrは空気よりもはるかに高い4.0であるため、Z0の値は溶接抵抗後に1〜3Ω減少します。


8.吸水率PCB


完成した多層基板は、水のεr= 75がZ0に大きな落下と不安定な影響をもたらすため、可能な限り吸水を回避する必要があります。


PCBの特性インピーダンスに影響を与えるのは誘電体の厚さであり、次に誘電率、線幅、線の太さが続きます。基板を選択した場合、εRとHの変化は小さく、tは制御しやすいが、線幅Wを±10%以内に制御することは難しい。さらに、線幅の問題には、ピンホール、ノッチ、およびワイヤのくぼみが含まれます。ある意味で、Z0を制御するための効果的かつ重要な方法は、PCBの線幅を制御および調整することです。