PCB硬板阻抗优化方法论

阻抗控制,或阻抗匹配是PCB设计的一个重要内容,也是PCB制造业非常常见,非常重要的一个部分。在PCB制造行业,阻抗控制至少涉及阻抗模拟和阻抗优化两个方面。

阻抗模拟是通过专业的阻抗模拟软件实现PCB设计者的阻抗匹配意图。但理论模拟计算的结果与实测数据多多少少都会有差异,阻抗匹配也不例外。

阻抗优化就是借助实测阻抗数据,通过分析来确定阻抗理论模拟和实测数据之间差异的原因,进而通过调整一些参数来缩小理论与实际阻抗之间的差异。简单地讲,阻抗优化就是为了更好地实现阻抗匹配。

对于有PCB制造行业从业经历的朋友来讲,阻抗模拟和阻抗优化都是司空见惯的话题。但实现阻抗模拟和PCB板实际阻抗表现的完美契合是很有挑战的,所以阻抗优化就成了PCB板品质优化的一个重要的议题。

那如何进行阻抗优化呢?

为了更好地理解阻抗优化的逻辑,我们从两个方面讲解:阻抗优化的方法论和阻抗优化方案。

方法论

方法论基于个人经验,为一家之言,希望对感兴趣的朋友有所帮助。本文分享之方法论包含审视阻抗数据的逻辑,选择阻抗模型的逻辑及阻抗模拟准确性的重要性。

首先,介绍下阻抗优化的整个流程,虽然不同PCB板厂对于阻抗优化都有自己的Know-How,但流程大同小异。

方法论之审视阻抗数据

阻抗数据的允收标准只有一个,那就是客户标准。但PCB板厂会基于阻抗客户要求制定更严格的厂规来保证阻抗有更好的品质表现。

1. 阻抗数据标准(参考)
  • 阻抗值公差:+/-10%(常规),+/-8%(较严格),+/-5%(严格)。
  • 实测阻抗值超出客户规范,阻抗必须进行调整。
  • 实测阻抗值没有超出客户规范,是否调整取决于PCB板厂厂规。
  • 一般情况下,PCB板厂厂规公差是客户规范的80%或更严格,取决于PCB板厂自身Know-How。

2. 阻抗优化经验(参考)
  • 特性阻抗:实测阻抗值平均值与客户规范中值差异超过2ohms。
  • 差动阻抗:实测阻抗值平均值与客户规范中值差异超过4ohms。
  • 2或4ohms或其他数值取决于PCB板厂自身Know-How。

3. 阻抗值优化幅度经验(参考)
  • 特性阻抗:(实测阻抗值平均值-客户阻抗值中值-2) × 80%
  • 差动阻抗:(实测阻抗值平均值-客户阻抗值中值-4) × 80%
  • 80%或其他百分比取决于PCB板厂自身Know-How。
4. 为什么阻抗值调整比较保守或谨慎?
  • PCB板生产流程多,且每个流程都有正常的生产波动。
  • 影响阻抗的因素多,而阻抗优化主要通过线宽,介层厚度和铜厚来调整。
  • 正常的生产波动会影响PCB板的线宽,介层厚度及铜厚的结果,进而带来阻抗值的变化。
  • 阻抗优化并不能保证每次优化都能改善阻抗,偶尔也会出现阻抗优化后阻抗更差的情况。
  • 为了避免阻抗优化后阻抗超出预期,或超出客户规范,谨慎调整阻抗是必要的。
  • 不要想着阻抗优化一步到位,能够做到每次优化都比上一次实测的结果更接近客户中值就是成功的优化。

方法论之阻抗类型确认

通过常见的普通阻抗和共面阻抗来探讨在确认阻抗类型方面的方法论。

1. 普通特性阻抗和共面特性阻抗

2. 普通差动阻抗和共面差动阻抗

3. 为什么通常认为阻抗线距离铜皮>=250um是普通阻抗?
  • 相同参数:普通特性 vs 共面特性

  • 相同参数:普通差动 vs 共面差动

方法论之阻抗模拟

阻抗模拟是个细致活,阻抗模拟类型和相关参数的输入务必仔细,确保准确性。

通过常见的例子来说明阻抗模拟准确性的重要性,以免差之毫厘,谬以千里。

  • 阻抗模型错误,则造成阻抗线宽模拟错误
  • 阻抗参考层错误,则造成阻抗线宽模拟错误
  • 阻抗参考层错误,则造成模拟阻抗值存在差异

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