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1、關於阻抗控制設計方面的一些建議關於阻抗控制設計方面的一些建議 隨著通信科技的不斷提升，必然對隨著通信科技的不斷提升，必然對 PCB 的要求也有了相應的提高，傳統意義上的要求也有了相應的提高，傳統意義上 PCB 已受已受 到嚴峻的挑戰，以往到嚴峻的挑戰，以往 PCB 的最高要求的最高要求 open&short 從目前來看已變成從目前來看已變成 PCB 的最基本要求，的最基本要求， 取而代之的是一些為保證客戶設計意圖的體現而在取而代之的是一些為保證客戶設計意圖的體現而在 PCB 上所體現的性能的要求。如阻抗控上所體現的性能的要求。如阻抗控 制等。制等。 深南電路公司作為中國大陸最早為通信企業提供深
2、南電路公司作為中國大陸最早為通信企業提供 PCB 的廠商，在的廠商，在 1997 年就對該課題進行年就對該課題進行 研究和開發。研究和開發。 到目前為止有到目前為止有“阻抗阻抗”控制的控制的 PCB 已廣泛的應用於：已廣泛的應用於：SDH、GSM、CDMA、PC、大功率無、大功率無 繩電話、手機等同時也為國防科技提供了相當數量的繩電話、手機等同時也為國防科技提供了相當數量的 PCB 隨著隨著“阻抗阻抗”的進一步拓展和延伸，我們作為專業的進一步拓展和延伸，我們作為專業 的的 PCB 廠商，為能向客戶提供合格的產廠商，為能向客戶提供合格的產 品和優質的服務對該類品和優質的服務對該類 PCB 的合作
3、方面做如下建議。的合作方面做如下建議。 就就 PCB 的阻抗控制而言，其所涉及的面是比較廣泛的。但在具體的加工和設計時我們一般的阻抗控制而言，其所涉及的面是比較廣泛的。但在具體的加工和設計時我們一般控制其主要因素，具體而言：控制其主要因素，具體而言： Er-介電常數介電常數 H-介質厚度介質厚度 W-線條寬度線條寬度 t-線條厚度線條厚度 微條線（微條線（Microstrip） Z0= 87/(Er+1.41)Ln5.98h/(0.8w+t) 帶線（帶線（Stripline) Z0= 60/ErLn4h/ 0.67w(0.8+t/w) Er（介電常數）就目前而言通常情況下選用的材料為（介電常數
4、）就目前而言通常情況下選用的材料為 FR-4，該種材料的，該種材料的 Er 特性為隨著載入頻率的不同而變化，一般情況下特性為隨著載入頻率的不同而變化，一般情況下 Er 的分水嶺默認為的分水嶺默認為 1GHZ（高頻）（高頻） 。 目前材料廠商能夠承諾的指標目前材料廠商能夠承諾的指標5.4（1MHz) 根據我們實際加工的經驗，在使用頻率為根據我們實際加工的經驗，在使用頻率為 1GHZ 以下的其以下的其 Er 認為認為 42 左右左右 1.52.0GHZ 的使用頻率其仍有下降的空間。故設計時如有阻抗的要求則須的使用頻率其仍有下降的空間。故設計時如有阻抗的要求則須 考慮該產品的當時的使用頻率。考慮該產
5、品的當時的使用頻率。 我們在長期的加工和研發的過程中針對不同的廠商已經摸索出一定的規律和計算公式。我們在長期的加工和研發的過程中針對不同的廠商已經摸索出一定的規律和計算公式。 7628-4.5（全部為（全部為 1GHz 狀態下狀態下) 2116-4.2 1080-3.6 在不同的層間結構和排列時，其具體的變化是不同的如在不同的層間結構和排列時，其具體的變化是不同的如 7628+2116 時時 Er 是多少，並不是簡是多少，並不是簡 單的算術平均數。單的算術平均數。 各種結構的排列在各種結構的排列在 Microstrip & Stripline 時所表現出的時所表現出的 Er 也是不同的。也是不
6、同的。 FR-4 的材料其本身就存在著這種，隨頻率的變化其的材料其本身就存在著這種，隨頻率的變化其 Er 也變化的特性，因此也變化的特性，因此 一般情況下，大於一般情況下，大於 2GHZ 的使用頻率，同時對阻抗又有很高要求的的使用頻率，同時對阻抗又有很高要求的 PCB 建議建議 使用其他材料。如使用其他材料。如 BT、CE、PTFE.Er 比較穩定的材料。同時我認為在目比較穩定的材料。同時我認為在目 前傳輸類產品上改良的前傳輸類產品上改良的 LOW DK 材料還是能滿足性能要求的，包括寬頻產品。材料還是能滿足性能要求的，包括寬頻產品。 目前國內的廠家也在加緊這方面的研究，但目前至少不是很成熟。
7、目前國內的廠家也在加緊這方面的研究，但目前至少不是很成熟。 國外比較成熟如日本國外比較成熟如日本 HITACHI、美國的、美國的 BI 等，但成本壓力較大。等，但成本壓力較大。 通信產品目前集成化的趨勢也比較明顯，在通信產品目前集成化的趨勢也比較明顯，在 PCB 上就體現出高層數，而為保證信號線的阻上就體現出高層數，而為保證信號線的阻 抗匹配，相應的介質也上來了，板也越來越厚。如抗匹配，相應的介質也上來了，板也越來越厚。如 24 層的背板層的背板 6mm 厚甚至更厚。厚甚至更厚。 （已有客（已有客 戶想在年內突破戶想在年內突破 30 層層 8mm） 為有效的控制板厚低為有效的控制板厚低 Er
8、的材料也孕育而生，且進入比較成熟的階段。的材料也孕育而生，且進入比較成熟的階段。 Low Dk & High Tg 的材料的材料 Er 在在 3.53.8 Tg160180 有效的控制板厚和有效的控制板厚和 Z 方向上的膨脹。方向上的膨脹。 我們目前已經和部分客戶對我們目前已經和部分客戶對 HITACHI 的的 LOW DK 材料進行了認證，為進一步的批量加工材料進行了認證，為進一步的批量加工 做更充分的準備。做更充分的準備。 目前大規模推廣的瓶頸為材料成本的壓力。目前大規模推廣的瓶頸為材料成本的壓力。 PCB 板材介電常數板材介電常數 介介 電電 質質 介電常數介電常數 真真 空空 1.0
9、玻璃纖維玻璃纖維(GLASS) 6.5 環氧樹脂環氧樹脂(Epoxy) 3.5 FR4 4.45.2 聚四氟乙烯聚四氟乙烯(PTFE) 2.1 PTFE / Glass 2.22.6 聚氰酸樹脂聚氰酸樹脂(C.E.) 3.0 C.E. / Glass 3.23.6 C.E. / Quartz 2.83.4 聚亞硫胺聚亞硫胺(Polyimide) 3.2 Polyimide / Glass 4.04.6 Polyimide / Quartz 3.53.8 BismaleimideTriazine (BT) 3.3 BT /Glass 4.0 Alumina9.0 石英石英(Quartz) 3.9
10、 以上資料是在以上資料是在 1MHz 的條件下測得的的條件下測得的 H（介質層厚度）該因素對阻抗控制的影響最大故設計中如對阻抗的寬容度很小的話，則（介質層厚度）該因素對阻抗控制的影響最大故設計中如對阻抗的寬容度很小的話，則 該部分的設計應力求準確該部分的設計應力求準確 ，FR-4 的的 H 的組成是由各種半固化片組合而成的（包括內層芯的組成是由各種半固化片組合而成的（包括內層芯 板）板） ，一般情況下常用的半固化片為：，一般情況下常用的半固化片為： 1080 厚度厚度 0.075MM、 7628 厚度厚度 0.175MM、 2116 厚厚 度度 0.105MM。 . 在多層在多層 PCB 中中
11、 H 一般有兩類：一般有兩類： A 內層芯板中內層芯板中 H 的厚度：雖然材料供應商所提供的板材中的厚度：雖然材料供應商所提供的板材中 H 的厚度也是由以上三種半固化的厚度也是由以上三種半固化 片組合而成，但其在組合的過程中必然會考慮三種材料的特性，而絕非無條片組合而成，但其在組合的過程中必然會考慮三種材料的特性，而絕非無條 件的任意組合，因此板材的厚度就有了一定的規定，形成了一個相應的清單，件的任意組合，因此板材的厚度就有了一定的規定，形成了一個相應的清單， 同時同時 H 也有了一定的限制。也有了一定的限制。 如如 0.17mm 1/1 的芯板為的芯板為 2116*1 如如 0.4mm 1/
12、1 的芯板為的芯板為 1080*2+7628*1 B 多層板中壓合部分的多層板中壓合部分的 H 的厚度：其方法基本上與的厚度：其方法基本上與 A 相同但需注意銅層的損失。相同但需注意銅層的損失。 舉例：如舉例：如 GROUNDGROUND 或或 POWERPOWER 之間用半固化片進行填充，因之間用半固化片進行填充，因GROUND、POWER 在製作內層的過程中銅箔被蝕刻掉的部分很少，則半固化片中樹脂對在製作內層的過程中銅箔被蝕刻掉的部分很少，則半固化片中樹脂對 該區的填充會很少，則半固化片的厚度損失會很少。反之如該區的填充會很少，則半固化片的厚度損失會很少。反之如 SIGNALSIGNAL
13、之間用半固之間用半固 化片進行填充化片進行填充 SIGNAL 在製作內層的過程中銅箔被蝕刻掉的部分較多，則半固化片的厚度在製作內層的過程中銅箔被蝕刻掉的部分較多，則半固化片的厚度 損失會很大。損失會很大。 因此理論上的計算厚度與實際操作過程所形成的實際厚度會有差異。故建議設計時對該因因此理論上的計算厚度與實際操作過程所形成的實際厚度會有差異。故建議設計時對該因 素應予以充分的考慮。素應予以充分的考慮。 同時我們在客戶資料審核的崗位也有專人對此通過軟體進行計算和校對。同時我們在客戶資料審核的崗位也有專人對此通過軟體進行計算和校對。 W（設計線寬）該因素一般情況下是由客戶決定的。（設計線寬）該因素
14、一般情況下是由客戶決定的。 但在設計時請充分考慮線寬對該阻抗值的配合性，即為達到該阻抗值在一定的但在設計時請充分考慮線寬對該阻抗值的配合性，即為達到該阻抗值在一定的 H、Er 和使和使 用頻率等條件下線寬的使用是有一定的限制的。用頻率等條件下線寬的使用是有一定的限制的。 當然阻抗控制不僅僅是上述幾因素，上面所提的只是比較而言影響度較大的幾因素，也是當然阻抗控制不僅僅是上述幾因素，上面所提的只是比較而言影響度較大的幾因素，也是 從從 PCB 的製造廠商的角度來看待該問題的。的製造廠商的角度來看待該問題的。 以下是我們在高多層以下是我們在高多層 PCB 實際生產加工過程中，總結出來的一些高多層實際生產加工過程中，總結出來的一些高多層 PCB 的結構示例，的結構示例， 但
