阻抗知识讲解

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高性能印刷電路板之要求
傳輸速度增快 降低高頻下之信號損耗 控制阻抗(Control Impedance)與串音 (Cross Talk) 控制阻抗 與串音 耐熱性, 耐熱性 抗化性佳 吸水性低 尺寸安定性( 尺寸安定性 Dimensional Stability)佳 佳 Z-Axis CTE低 低 操作性(Processability)佳 佳 操作性 提昇細線, 與多層板( 以上) 提昇細線 小 孔, 與多層板 6L 以上 良率 (Yield) 線路與絕緣層厚度控制
資料接收
( Data come-in)
阻抗控制設பைடு நூலகம் 製作規範填寫 底片設計
( Impedance Control)
Micro-strip-line Strip-line Dual-strip-line Embeded micro-strip-line
( Run-Card Issue)
( A/W Design)
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LAMINATE CONSTRUCTIONS
Board Thickness Board Thickness
(mm) 0.75 0.10 0.11 0.13 0.15 0.16 0.18 0.20 0.21 0.25 0.26 0.30 0.35 0.38 0.45 (mil) 3 4 4 5 6 6 7 8 8 10 10 12 14 15 18
Zo =√L / C L:電感 C:電容
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名 詞 定 義 : 何謂 “ 微條線 ” ( Microstrip ) ?
意指PCB之外層Trace,經一介電物質鄰接一整片平面 (solid plane).Microstrip方式提供PCB上之RF壓制, 同時也可容許比 stripline較快之clock及邏輯訊號. 此較快之clock及邏輯訊號是因為較小之耦合電容及 較低之空載傳輸延遲.Microstrip的缺點是此PCB外 部信號層會幅射RF能量進入環境,除非在此層之上下 加入金屬屏蔽.
共模阻抗 (Common Mode Impedance)
(“將兩導線連接在一起時,導線對大地之間的阻抗關係 將兩導線連接在一起時,
奇模阻抗 (Odd Mode Impedance)
(“當兩導線做差動使用時,任一導線對大地之間的阻抗") 當兩導線做差動使用時,任一導線對大地之間的阻抗") 1/2倍 特性阻抗;= 1/2倍 差動阻抗) (= 1/2倍 特性阻抗;= 1/2倍 差動阻抗)
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二 . 阻抗之類別 :
特性阻抗 (Characteristic Impedance)
("當二導體與其大地絕緣後,彼此之間的阻抗") ("當二導體與其大地絕緣後,彼此之間的阻抗") 當二導體與其大地絕緣後
差動阻抗 (Differential Impedance)
("二導線間的量測阻抗") ("二導線間的量測阻抗") 二導線間的量測阻抗
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高性能基板材料之要求
低介質常數 (Dielectric Constant) 低分散係數 (Dissipation Factor) 高 Tg 銅面外觀佳(pnd < 30) 銅面外觀佳 基板厚度均勻性佳 X , Y 軸尺寸脹縮值穩定 軸尺寸脹縮值穩定(Predictable & Consistent) 板彎板翹(Warp & Twist)低 板彎板翹 低 膠片膠含量 (Resin Content) 與膠流量 (Resin Flow) 穩 定
(Plating Thickness Control)
(Line Width Etching Control)
( Impedance Measurement)
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名 詞 定 義 : 何謂“特性阻抗值” 何謂“特性阻抗值” ( Characteristic Impedance, ZO) ?
電子機器傳輸訊號線中, 電子機器傳輸訊號線中,其高頻訊號或電磁波傳播 時所遭遇的阻力稱之為特性阻抗 特性阻抗. 時所遭遇的阻力稱之為特性阻抗. 所用單位為歐姆 所用單位為歐姆 ( ohm ; Ω ) . 與其電感及電容都有關係, 與其電感及電容都有關係,即
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阻抗控制知識講解
W POWER/GROUND
SIGNAL
T D
A A
W
SIGNAL
A POWER/GROUND
T
POWER/GROUND
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在磁場區裡之條線 (STRIPLINE )
磁場 靜電場
*注意: 當電流流動時其磁場就產生. 注意: 當電流流動時其磁場就產生. 當有電壓時其靜電場就產生. 當有電壓時其靜電場就產生.
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名 詞 定 義 :
時域反射器” )? (簡稱 何謂 “時域反射器”(Time Domain Reflectometry )? (簡稱 TDR ) 利用將入射波發出後,使所產生反射波的大小,與時間之關係,對 不同長度的未知導體(包括一般的電纜線,電路板內的訊號線或 是任何具特性阻抗的導線),量測其阻抗變化的一種裝置. 自主機延著所引出的傳輸線中,發射出一種“電壓“式的階梯波. 該纜線係阻抗值為50Ω的精密同軸傳輸線,將以兩探針式的接 點與PCB板邊測樣(COUPON)之特定通孔接觸,分別連接訊號層 與接地層,對其訊號線進行“特性阻抗”值的量測.一旦訊號線 中 存在任何“缺陷”(如線路中的缺口,突出,針孔,壓痕…),導致 特 性阻抗值變化時,均將產生反射,而在波形上出現不穩之起伏, 於是可測到阻抗值變化,及接收此階梯波並有顯示和分析功能 的示波器.
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阻抗控制需求決定條件
工作頻率(影響rise 工作頻率(影響rise time)
造成propagation 傳輸線之長度 ( 造成propagation delay )
所以工作頻率越高,傳輸線過長需考慮作阻 所以工作頻率越高, 所以工作頻率越高,傳輸線過長需考慮作阻 工作頻率越高 抗控制. 抗控制.
基板, 基板,膠片管制( Material,Preperg Control) 壓合厚度管制 電鍍厚鍍管制 線寬蝕刻管制 阻抗量測
(Laminate Thickness Control)
Microsection Inspection Microsection Inspection Microsection Inspection T. D. R. Measurement
")
偶模阻抗 (Even Mode Impedance)
(“當兩導線用來傳輸兩完全相同且極性一致的信號時 , 其任一導線對大地之間的阻抗") 共模阻抗) (= 其任一導線對大地之間的阻抗") 2 倍 共模阻抗)
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阻 抗 影 響 之 因 素
介質常數( A. 介質常數(Dk): 由原物料決定. 線路厚度( 由原物料或製程能力決定( B. 線路厚度(T): 由原物料或製程能力決定(PLATING)
* *
*
線寬( 由製程能力決定( IMAGE,ETCH…..) C. 線寬(W): 由製程能力決定(A/W,D/F IMAGE,ETCH ..)
*
層間絕緣厚度( 由製程能力決定(PREPREG厚度 厚度, D. 層間絕緣厚度(H): 由製程能力決定(PREPREG厚度, 殘銅率) 殘銅率)
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MICRO-STRIPLINE
W
SIGNAL
MICRO-STRIPLINE
W T
SIGNAL
T
A
A
POWER/GROUND
POWER/GROUND
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名 詞 定 義 : 何謂 “ 條線式 ” ( Stripline ) ?
信號層介於兩個solid plane (Voltage或Ground)之間, 可達到較佳之幅射防制,但只能用在較低之傳輸速度.因 信號層介於兩個solid planes之間,兩平面間會有電容性 耦合,導致降低高速信號之邊緣速率(edge rate),Stripline 之電容耦合效應在邊緣速率快於1ns之信號上較為顯著. 使用Stripline的主要效應是對內部trace之RF能量之完整 屏蔽,因而對射頻幅射有較佳之抑制能力.
STRIPLINE
POWER/GROUND
A D A W
SIGNAL
STRIPLINE
POWER/GROUND
A T D A W
SIGNAL
T
POWER/GROUND
POWER/GROUND
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名 詞 定 義 :
何謂 “ 介質常數 ” ? ( Dielectric Constant )
某一介質材料的電容ε,與相同條件下以真 空為介質之電容εo,兩者之比值(ε/εo) 稱為該材料的介質常數 Dielectric Constant,又稱透電率 Permittivity .日文 名詞為誘電率.在傳訊頻率1 MZ下,傳統FR-4 基材之介質常數為4.5 . 每降低10%的Dk值,可以達成大約5%特性阻抗的 提升.
1 W 1 T
)
)
* 介 質 層 厚 度 (H) (與阻抗 Z 之關係為 H ) (與阻抗 介質厚度↑& 特性阻抗↑ 介質厚度↑& 特性阻抗↑ 介質厚度↓& 特性阻抗↓ 介質厚度↓& 特性阻抗↓ 1 (與阻抗 * 介 質 常 數 (Dk) (與阻抗 Z 之關係為 √ ) Dc 線厚↑& 特性阻抗↓ 線厚↑& 特性阻抗↓ 線厚↓& 特性阻抗↑ 線厚↓& 特性阻抗↑
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傳輸線構成之三要素
訊號線
+
介質層
+
接地層
傳輸線