阻抗控制規(guī)范簡析

定義

4.1 阻抗：阻抗就是電阻+電抗，一般阻抗分特性和差分兩種結(jié)構(gòu)。

4.2 特性阻抗：在電路（含有組裝的元件）兩點間的傳輸波中的電壓與電流的比值，即傳輸線的任一點對傳輸波產(chǎn)生的阻力，它由電阻和電抗（電抗=感抗和容抗）所組成。

4.3 差分阻抗：在印制板中導(dǎo)線平行于接地面，中間由介質(zhì)隔開的一種傳輸線結(jié)構(gòu)。

4.4 阻抗匹配：在電子電路中的信號傳輸，由電源輸出起，希望在無能量損失條件下傳輸?shù)浇邮芏?，而中間不發(fā)生任何信號反射，因此要求印制板中的阻抗(ZL)和電源端的阻抗(Z0)相等，即稱之阻抗匹配。如阻抗不匹配,則收到的信號失真。

4.5 阻抗控制：按客戶的阻抗疊層結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，過程中精確控制線寬、銅厚即可。（無須設(shè)計阻抗測試條，成品無須阻抗測試）

4.6 阻抗測試：按客戶的阻抗要求進行線寬、銅厚及疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計，并在PCB工作邊上設(shè)計同等的阻抗測試條，過程中精確控制線寬、銅厚，成品需阻抗測試儀檢測合格方可出貨。

實施要點

6.1 阻抗-設(shè)計簡介

6.1.1阻抗設(shè)計目的

阻抗設(shè)計用于減少電子反射和能量衰減，確保信號在 PCB 線路和內(nèi)部連接之間的轉(zhuǎn)換正確無誤，對產(chǎn)品的性能提供更好地控制和保障（阻抗匹配）。

6.1.2阻抗常用領(lǐng)域

1、 高頻電路板 （發(fā)射系統(tǒng)）

2、 通信系統(tǒng)工程 （手機，計算機及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）

6.1.3特性阻抗原理

什么樣的線路才被定義為傳輸線？在國際標(biāo)準(zhǔn)IPC-2141 3.4.4說明其原由：當(dāng)信號在導(dǎo)線中傳輸時，若該導(dǎo)線長度大于信號波長的1/7，則該導(dǎo)線應(yīng)被視做傳輸線。例如當(dāng)某電磁波信號以時鐘頻率為900M HZ（GSM手機傳輸頻率）在導(dǎo)線中傳播時，則如果線路的長度大于1/7波長=1C/7F=4.76cm時，該線路就被定義為傳輸線。

6.1.4阻抗計算公式

眾所周知，直流電路中電流傳輸時遇到的阻力叫電阻，交流電路中電流遇到的阻力叫阻抗，而高頻（>400M HZ）電路中傳輸信號所遇到的阻力叫特性阻抗，在高頻情況下，印制板上的傳輸信號銅導(dǎo)線可以被視為由一串等效電阻及一并連電感所組合而成的傳導(dǎo)線路，而此等效電阻在高頻分析時小到可以忽略不計；因此，在對一個印制板的信號傳輸進行高頻分析時，則只需考慮雜散分布之串聯(lián)電感及并聯(lián)電容的效應(yīng)，簡化可以得到以下公式：

** Z0=R+√L/C √≈√L/C （ Z0為特性阻抗值）**

6.1.5阻抗設(shè)計原則

1、在數(shù)字信號傳輸時，印制板線路的阻抗值必須與頭尾元件的電子阻抗相匹配，如果不匹配的話，所傳送的信號能量將出現(xiàn)反射、散失、衰減或延誤等現(xiàn)象，從而產(chǎn)生雜信；

2、由于電子元件的電子阻抗越高時，其傳輸速率才越快，因而電路板的特性阻抗值也要隨之提高，才能與之匹配；

3、射頻通信用的PCB，除強調(diào) Z0外，有時更加強調(diào)板材本身具有低的 Er值（介質(zhì)常數(shù)）及低的Df值（介質(zhì)損耗因子）。高頻信號在介質(zhì)中的傳輸速度為C/ Er，由此可知：Er越小，傳輸速度越快，這也是為何高頻要用低介質(zhì)常數(shù)的高頻材料（ Df影響著信號在介質(zhì)傳輸過程中的失真，Df越小，失真越?。?/p>

6.1.6阻抗的常見結(jié)構(gòu)形式

在線路板的設(shè)計中，傳輸信號最常見的有以下2種特性和2種差分布線方式：

常見特性阻抗設(shè)計結(jié)構(gòu)

常見差分阻抗設(shè)計結(jié)構(gòu)

6.1.7特性阻抗計算方法

⊙ 以上公式中：

Er-----印制板基材的介質(zhì)常數(shù)

W-----印這制板傳輸導(dǎo)線寬度

T------印制板傳輸導(dǎo)線厚度

H------印制板介質(zhì)厚度

（上述公式未考慮外層阻焊，一般印阻焊后阻抗值會下降，特性約下降2-4歐姆，差分下降 5-10歐姆）。

6.1.8影響阻抗的因素

1、 阻抗與板材介質(zhì)常數(shù)Er的關(guān)系—成反比 Z。和 Er的平方根成反比，其影響程度相對較??；但是，對與高頻線路來說，Er是非常重要的，從電磁波理論中的馬克斯威爾公式可知，正玄波信號在介質(zhì)中的傳輸速率（VS）與光速成正比，而與傳輸介質(zhì)成反比，即：

**Vs=C / Er **

由公式可知，要提高信號的傳輸速度，必須降低材料的介質(zhì)常數(shù)，同時，要獲得高的傳輸就必須采用高的特性阻抗值，而高的特性阻抗就必須選用低的介質(zhì)常數(shù)，這也就是為什么高頻線路板為何多采用PTFE、BT、PI等材料，因這些料具有低的Er值。以下為幾種常用板料的 Er值：

2、 阻抗與板材介質(zhì)厚度的關(guān)系—成正比

介質(zhì)層的厚度和 Z。成正比，是影響阻抗的一個重要因素，因此對于阻抗要求高的板，介質(zhì)層厚度的均勻性是保證成功設(shè)計和制作阻抗線路板的關(guān)鍵一步，在設(shè)計中，應(yīng)注意的是：隨著導(dǎo)體走線密度的增加，其介質(zhì)厚度的增加會引起電磁干擾的增加。因此，對于高頻線路和高數(shù)字線路的信號傳輸隨著導(dǎo)體布線的增加，應(yīng)減少介質(zhì)厚度以消除或降低電磁干擾。

（電磁干擾帶來的雜信或串?dāng)_問題，其出路只有降低 Er，才能有利于采用較薄的介質(zhì)厚度）

3、 阻抗與線路銅厚的關(guān)系—成反比銅箔厚度也是影響阻抗值的一個重要因素，銅箔越厚，其阻抗值越??；同時，銅箔厚度對線路蝕刻也會帶來影響（厚度增加時，精細(xì)線路難以制作）。

4、 阻抗與線寬（W）的關(guān)系—成反比(差分阻抗與線距還有關(guān)系）由公式可以看出，導(dǎo)線寬度越小，Z。越大，與之成反比；導(dǎo)線寬度變化所導(dǎo)致的Z。值變化比導(dǎo)線厚度對Z。的影響程度要大得多，因此，改變和控制線寬是控制特性阻抗值最根本的途徑和方法。（制造細(xì)線路也是提高高頻線路和高效數(shù)字線路Z。的一個重要方法）

5、 其次，對于外層阻抗，阻焊厚度對阻抗值也有影響—成反比（印阻焊后阻抗值會降低，一般特性影響約2-4歐姆，差分影響5-10歐姆）。

6.1.9 阻抗模擬計算

阻抗設(shè)計時，一般會先用專業(yè)軟件（Polar）進行模擬計算，再根據(jù)實際結(jié)構(gòu)進行微調(diào)。

6.2 阻抗-設(shè)計規(guī)范

6.2 阻抗-設(shè)計規(guī)范

6.4阻抗-生產(chǎn)制作規(guī)范

6.4.1下料工序

6.4.1.1 使用的板料類型、板料厚度、銅箔厚度必須按MI要求生產(chǎn)。

6.4.1.2 阻抗板不接受自壓芯板的方式以及銅面加厚減薄的方式進行制作。（壓合厚度及銅面加厚偏差較大，無法完全受控）。

6.4.2內(nèi)層線路

6.4.2.1 內(nèi)層前處理微蝕：允許返工1次,不允許返工第2次（銅厚偏薄會導(dǎo)致阻抗偏高）。

6.4.2.2 對位曝光前測量菲林線寬、線距，對菲林進行全面檢查，避免定位問題出現(xiàn)。

6.4.2.3 對位曝光時必須先做首板，QA用百位鏡測量阻抗線寬/線距，合格才可批量生產(chǎn)。

6.4.2.4 曝光生產(chǎn)過程中，每生產(chǎn)1-2PNL或1框板用粘塵轆清潔菲林及麥拉一次；每生產(chǎn)3-5框板用酒精對曝光玻璃、麥拉擦洗一次，每套菲林生產(chǎn)25PNL進行一次全檢。

6.4.2.5 阻抗板盡量避免返工。（不要采用阻抗板做曝光尺，生產(chǎn)時可采用其它板來做）

6.4.2.6 顯影放板時必須將有阻抗線控制那一面朝下放板；如兩面都有阻抗線，則阻抗線較

多或線路較密的一面朝下放板生產(chǎn)。

6.4.2.7 阻抗板QA抽檢時按AQL0.40 進行抽檢,并嚴(yán)格按0收1退執(zhí)行。

6.4.3內(nèi)層蝕刻

6.4.3.1 內(nèi)層負(fù)片均采用酸蝕工藝，必須按要求做首件確認(rèn)，滿足要求后才能批量生產(chǎn)。

6.4.3.2 阻抗線寬（阻抗條及板內(nèi)阻抗線）盡可能控制在要求值的中、上限。例如：阻抗線寬要求：0.20mm,公差+/-10%，那么蝕刻后要求阻抗線寬控制在0.20mm--0.22mm之間。（因內(nèi)層棕化時有微蝕或返工，對線寬及銅厚有一定影響）

6.4.3.2 蝕刻放板時需將有阻抗線控制那一面朝下放板，如兩面都有阻抗線的板，則阻抗線較多或線路較密的一面朝下放板。

6.4.3.4 阻抗板批量生產(chǎn)過程中必須加嚴(yán)檢測頻率，每生產(chǎn)30PNL做一次線寬檢測，發(fā)現(xiàn)異常及時知會相關(guān)人員跟進改善。

6.4.4 AOI/內(nèi)蝕檢

6.4.4.1 所有阻抗板必須安排AOI檢測，板內(nèi)阻抗線如有開路，不允許補線；缺口可以進行邦線處理，但需保證邦線后的阻抗線寬及結(jié)合力滿足要求。

6.4.4.2 阻抗條上如有開路及缺口，同樣必須邦線，其在后序的阻抗檢測中，檢測阻抗條的結(jié)果同樣可以代表生產(chǎn)板的阻抗情況。

6.4.5棕化

6.4.5.1 必須先做首板確認(rèn)，OK后才能批量生產(chǎn)。

6.4.5.2 阻抗板內(nèi)層銅厚≤HOZ的，棕化不允許返工；內(nèi)層銅厚≥1OZ的，最多允許返工一次。（因棕化會咬銅，返工次數(shù)過多，會造成銅厚偏薄、線幼，影響阻抗控制精度）。

6.4.6壓合

6.4.6.1 使用的銅箔、PP片及層壓結(jié)構(gòu)必須按MI要求生產(chǎn)。

6.4.6.2 注意疊板方式及壓板參數(shù)的控制，盡可能保證板厚的一致性。

6.4.6.3 阻抗板批量生產(chǎn)時，需先做2-4PNL首板進行確認(rèn)，重點檢查板面有無層壓凹坑，板厚測量是否符合品質(zhì)要求；如有異常，及時反饋品質(zhì)/工藝處理。

6.4.7外層線路

6.4.7.1 對位曝光前測量菲林線寬、線距，對菲林進行全面檢查，避免定位問題出現(xiàn)。

6.4.7.2 對位曝光時必須先做首板，QA用百位鏡測量阻抗線寬/線距，合格才可批量生產(chǎn)。

6.4.7.3 曝光生產(chǎn)過程中，每生產(chǎn)1-2PNL或1框板用粘塵轆清潔曝光玻璃及麥拉一次；每生產(chǎn)3-5框板用酒精對曝光玻璃、麥拉擦洗一次，每套菲林生產(chǎn)25PNL進行一次全檢。

6.4.7.4 顯影放板時必須將有阻抗線控制那一面朝下放板，如兩面都有阻抗線，則阻抗線較多或線路較密的一面朝下放板。

6.4.7.5 阻抗板線檢時，QA按AQL0.40 進行抽檢,并嚴(yán)格按0收1退執(zhí)行。

6.4.8圖形電鍍

6.4.8.1 注意夾板方式及電鍍參數(shù)的控制，盡可能保證板面銅厚均勻一致；阻抗板圖電時靠缸壁兩側(cè)必須夾分流條。

6.4.8.2 批量生產(chǎn)需做首槽板確認(rèn)，按要求參數(shù)做一飛巴板后，隨機抽取1PNL送物理室打切片確認(rèn)孔銅、面銅、錫厚是否合格；合格后隨機抽取1-2PNL板進行蝕刻，蝕刻時確保線寬/線距符合要求,并送物理室進行阻抗檢測，檢測合格才可批量生產(chǎn)；如有異常，及時反饋品質(zhì)/工藝處理。

6.4.9外層蝕刻

6.4.9.1 每批阻抗板蝕刻時需做1-2PNL首板送物理室檢測阻抗值，首板生產(chǎn)時操作員需記錄生產(chǎn)的參數(shù)，依據(jù)阻抗儀檢測的結(jié)果來調(diào)整蝕刻參數(shù)及線寬的大小。

6.4.9.2 生產(chǎn)過程中停機、未連續(xù)生產(chǎn)同一型號的阻抗板達(dá)2小時以上時，需按4.9.1要求重做首板，阻抗值確認(rèn)OK后才能批量生產(chǎn)。

6.4.9.3 蝕刻工序生產(chǎn)時，阻抗值控制在要求的中上限，例如：特性阻抗要求50 ?±10%，阻抗值控制在50-55?之間；差分阻抗值要求100?±10%，阻抗值控制在100-110?之間。（因阻焊工序后,特性阻抗會減少阻值2-4?，差分阻抗會減少阻值5-10?）

6.4.9.4 蝕刻放板時需將有阻抗線控制那一面朝下放板，如兩面都有阻抗線，則阻抗線較多或線路較密的一面朝下放板生產(chǎn)。

6.4.9.5 如果在阻抗合格的情況下，線寬偏差太大，則需通知品質(zhì)及工藝共同跟進處理。

6.4.9.6 每批阻抗板在蝕檢工序檢驗時，必須安排AOI掃描， 如發(fā)現(xiàn)殘銅或缺口等異常，需及時通知相關(guān)人員跟進處理。

6.4.10 阻焊

6.4.10.1 正常阻抗板生產(chǎn)時按正常生產(chǎn)參數(shù)和流程生產(chǎn)。

6.4.10.2 對于蝕刻工序檢測外層阻抗超出最大上限的板，允許阻焊加印處理，以適當(dāng)降低阻抗偏差值。

6.4.11 其它

上述6.4.1—6.4.10中未設(shè)計到的其它工序，按本廠的相關(guān)要求正常生產(chǎn)控制即可。

6.5.阻抗檢測

由工序送阻抗板到物理室，在泰克阻抗測量儀上進行阻抗檢測，測試頻率界定如下

備注：

①內(nèi)層及外層阻抗無阻焊印刷的板，阻抗標(biāo)準(zhǔn)按±10%控制。

②對于外層阻抗有阻焊印刷的板，蝕刻工段阻抗可按中、上限控制，允許超出上限公差5%（因阻焊工序后特性阻抗會減少阻值2--4?，差分阻抗會減少阻值5--10?），但需品質(zhì)簽字放行。

③實驗室人員規(guī)范阻抗測試操作，發(fā)現(xiàn)阻抗不合格的板要多次測試確認(rèn)（≥2次）,排除人為測量誤差（品質(zhì)需備用一套新測試線放置現(xiàn)場）

6.6阻抗異常分析

對于阻抗不符的板,實驗室第一時間打切片進行確認(rèn)，主要對線寬、線距、銅厚、介質(zhì)厚度做簡單對比分析；如原因仍舊不明,可開單給工程查詢或反饋工藝協(xié)助分析處理。