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高周波PCB技術

高周波PCB技術 - PCBを制作する時、インピーダンスに影響を与えるのはなんですか。

高周波PCB技術

高周波PCB技術 - PCBを制作する時、インピーダンスに影響を与えるのはなんですか。

PCBを制作する時、インピーダンスに影響を与えるのはなんですか。
2023-06-05
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Author:ipcb      文章を分かち合う

高速回路、高周波回路、ミリ波にかかわらず、電子製品であれば基本的にPCBに使用する必要があります。PCB板の加工は非常に複雑なシステム工学であり、PCB材料、薬水、加工技術など、さまざまな問題に関連している。この過程では、PCB材料に係る銅箔の厚さ、誘電体の厚さ、誘電率、誘電損失角の影響、加工に係るエッチング因子(Etch)、エッチング薬水の特性、加工安定性など、伝送路のインピーダンスに影響を与える要素が多い。本文はシミュレーションの角度からその中のいくつかの影響因子がインピーダンスに与える影響を分析し、私たちがインピーダンス問題を分析する時に複数の構想ができる。

 

1、伝送路の線幅

 

以前の記事では線幅が信号の完全性に影響することについて多くの内容を紹介しましたが、線幅が伝送線のインピーダンスと損失に直接影響することを知っています。ほとんどのエンジニアは、PCBメーカーにGerberを出荷する際に線幅調整の範囲を定めています。例えば、線幅設計が6.2の場合、インピーダンスは50 ohmです。

 

PCBが製造中にプロセスが不安定になると、線幅が変化します。多くのメーカーと協力した経験から見ると、伝送線の線幅の変化は10%前後になるので、線幅の変化のタイプをGauss分布、std10%に設定し、統計学的な分析を行い、ADS CILDにおけるシミュレーション分析の結果は以下の通りとなる。

 

結果から分析すると、インピーダンスは46 ohmに達し、さらに58 ohmに達した。長い伝送路上に極端な状態が存在する場合は、エコー損失が大きくなり、同様に挿入損失も増加します。

 

2、銅箔/銅めっき厚さ

 

PCB製品の中で、銅厚は基銅厚と銅めっき厚に分けられ、基銅は一般的に比較的に均一である(これは相対的で、実際には完全に均一ではない)が、銅めっきの均一性は工場の安定性によって異なり、差が大きいものもある。銅めっきの厚さが異なると、伝送路のインピーダンスと損失の変化を招くこともあります。銅めっきの変化範囲を10%と仮定し、ADS CILDにおいて統計分析を行い、結果は以下の通りとなる。

 

結果の分析から、インピーダンスは主に49.5から51 ohmの間で変化した。線幅に対して変化区間は小さくなります。

 

3、誘電体厚さ

 

PCB生産において、誘電体厚さの変化は主に基材と生産過程における圧着とゴム充填である。誘電体厚さが変化すると、インピーダンスの変化、損失の変化、深刻な場合は伝送路の大きな損失を招くことがあります。

 

結果から分析すると、インピーダンス変化は44 ohmから54 ohmの間に分布している。インピーダンス変化の範囲は10 ohmに達した。

 

4、エッチング係数

 

導体はいずれも厚さがあるため、製造中にエッチングされた導線は標準的な「矩形」構造ではなく、「台形」に近い構造(実際の状況も完全な台形構造ではない)である。

 

この台形の角度は銅厚の変化に応じて変化します(銅めっきもそうです)、厚さが薄いほど角度は90°に近くなります。この角度の大きさはインピーダンスの大きさに影響します。

 

角度が70°の場合、インピーダンスは約50 ohm、角度が90°の場合、インピーダンスは約48.37 ohmである。

 

その結果から、インピーダンスは主に40 ohmから56 ohmの間で変化することが見られ、これは一般的な50±10%の要求をはるかに超えている。一方、これらのパラメータの変化だけでなく、製造プロセス全体でインピーダンスの変化を引き起こすことがあります。そのため、高速高周波回路の製品、またはハイエンド製品については、PCBの設計と生産過程全体ですべての材料とすべての一環を厳格に制御しなければならない。そうしないと、製品に思わぬ問題が発生する可能性がある。