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指定受控阻抗要求
指定受控阻抗要求
電路板制造商投資了先進(jìn)的建模軟件和測試設(shè)備，以指定受控阻抗要求以滿足需求激增。
如今，由于精密處理器、USB 設(shè)備和直接印刷在電路板表面上的天線無處不在，更多的PCB設(shè)計需要進(jìn)行阻抗控制和測試。
在為受控阻抗創(chuàng)建文檔時，電路板設(shè)計人員應(yīng)該知道將他們的期望傳達(dá)給制造商的最佳方式。即使它看起來很小，一條缺失的信息也會使制造商很難或不可能確切地知道設(shè)計師的需求。
受控阻抗會影響制造商為滿足目標(biāo)阻抗而需要實施的材料類型及其厚度的組合。在預(yù)生產(chǎn)中可能需要對Gerber 文件進(jìn)行任何微調(diào)也會影響目標(biāo)阻抗。如果阻抗標(biāo)注不明確，就不可能為制造者計劃訂單，因為該材料（BOM）的條例草案中的堆疊體是未知的。該訂單最終保留在預(yù)生產(chǎn)中，直到收到丟失的數(shù)據(jù)。
幸運的是，說明調(diào)節(jié)阻抗標(biāo)準(zhǔn)并不困難。第一步是確定需要哪些信息，以便訂單可以輕松處理而不會延遲。
為什么指定受控阻抗要求很重要？
PCB設(shè)計人員通常在文檔中包含不同參數(shù)的標(biāo)注，例如材料類型、銅重量和層數(shù)。這有助于輕松確定受控阻抗要求。
設(shè)計人員通常提供幾個不同因素的值來指定阻抗：
目標(biāo)阻抗
走線寬度
走線高度
存在阻抗跡線的層
受控走線上銅組件之間的間距（用于共面或差分計算）
如果受控阻抗要求非常具體，則應(yīng)包括目標(biāo)阻抗值、走線寬度、銅重量和層厚度的圖表。圖表有助于使用這些要求的視覺描述來澄清任何歧義。
這些只是一些參數(shù)，其中一些可能已經(jīng)包含在 PCB 文檔中。因此，在某些情況下，不需要額外的努力來定義阻抗控制。在開發(fā)或制造高層數(shù)電路板時，Instack等疊層設(shè)計工具具有優(yōu)勢。
提及受控阻抗要求后，從制造商處獲取板疊層設(shè)計。
如何指定受控阻抗要求
阻抗信息必須由布局設(shè)計者包含在制造圖紙注釋中。它應(yīng)包括阻抗值、走線寬度、差分對間距以及受控阻抗走線的布線層。晶圓廠圖紙中還應(yīng)包含阻抗表。以下是阻抗表的示例。
晶圓廠圖紙中的阻抗表
下圖提供了如何在制造圖中指定受控阻抗的示例：
晶圓廠圖紙中提供的受控阻抗規(guī)格
這些注釋將由 PCB制造商審查，然后他們將構(gòu)建一個疊層，以實現(xiàn)注釋中所述的適當(dāng)走線寬度和間距。為了達(dá)到所需的阻抗值，他們可能會對這些要求進(jìn)行適度的更改。
CI 文檔的工作說明 (SOW)
對于提供快速原型制作服務(wù)的小型制造運行，實際上從不要求工作說明書 (SOW)。設(shè)計師或客戶只需通過在線門戶或電子郵件提交設(shè)計數(shù)據(jù)，如果通過一些簡單的DFM 測試，制造商將對其進(jìn)行報價并開始生產(chǎn)。只有對于較大的訂單，客戶才需要提供一份工作說明書，晶圓廠會在其中添加一份要求清單。在開始生產(chǎn)過程之前，需要客戶的批準(zhǔn)。
在與 PCB制造商交談時，最好將 SOW 或具有受控阻抗要求的規(guī)范列表放在一起。如果客戶要求進(jìn)行完整的設(shè)計審查，制造商將檢查堆疊和布線以確保滿足 SOW 中提到的要求。
您應(yīng)該使用目標(biāo)歐姆指定電介質(zhì)厚度或?qū)訑?shù)嗎？
有兩種技術(shù)可以實現(xiàn)受控阻抗：
通過僅在制造圖中指明電介質(zhì)厚度而不指定任何其他受控阻抗參數(shù)
通過指示應(yīng)出現(xiàn)阻抗線的層以及目標(biāo)歐姆
標(biāo)準(zhǔn)公差為 ±10% 歐姆。如果需要更嚴(yán)格的容差，我們提供 ±5% 歐姆。借助PCB 材料的新工具和精確數(shù)據(jù)，制造商能夠準(zhǔn)確地模擬調(diào)節(jié)阻抗。
受控電介質(zhì)厚度
制造商從設(shè)計者那里收到受控電介質(zhì)疊層。由于未定義阻抗跡線，因此生產(chǎn)重點僅在于構(gòu)建具有 ±10% 介電厚度容差的電路板。
阻抗控制
電介質(zhì)厚度、走線寬度和間距用于控制阻抗。制造商執(zhí)行測試以檢查時域反射計 (TDR) 試樣是否可以達(dá)到必要的阻抗。根據(jù)首件檢驗報告的結(jié)果進(jìn)行某些修改，然后在規(guī)定的公差范圍內(nèi)制造板。
如果未指定，如何測量受控阻抗？
設(shè)計人員可能認(rèn)為，通過簡單地定義規(guī)格，可以校正走線的阻抗。如前所述，每個制造過程都需要進(jìn)行表征，以驗證它是否與場解算器計算生成的標(biāo)稱值相匹配。制造商需要與設(shè)計師合作，幫助他們了解為什么需要進(jìn)行場求解器測試。
展示阻抗要求的堆疊示例
許多因素會影響疊層設(shè)計參數(shù)和選擇（例如阻抗、物理結(jié)構(gòu)、盲孔等）。信號線的阻抗受疊層結(jié)構(gòu)特性的影響。改變疊加參數(shù)有助于達(dá)到目標(biāo)阻抗。檢查和平衡設(shè)計中影響堆疊的其他方面同樣重要。考慮以下：
電介質(zhì)厚度越厚，阻抗越高
介電常數(shù)越小，阻抗越大
銅重越厚，阻抗越低
介電常數(shù)越小阻抗值越高
更大的電感表示更高的阻抗
較高的電容表示較低的阻抗
在 Sierra Circuits，我們使用Instack 和 Polar等工具來設(shè)計疊層。在這些工具中，目標(biāo)阻抗與層名稱和其他參數(shù)（例如 Dk、電介質(zhì)厚度、材料類型）一起輸入。然后這些工具生成一個報告，如下所示。
使用 Instack 生成的堆棧
上面顯示的報告有兩部分：第一部分顯示層數(shù)以及電介質(zhì)厚度和銅厚度的詳細(xì)信息。它還顯示了頂層和底層的鍍層厚度。這種情況下使用的材料是FR-370HR。第二部分顯示了阻抗表，它給出了不同層上阻抗的詳細(xì)信息以及走線寬度和走線間距。例如，上面的“a”行顯示了走線寬度為 4.5 密耳、間距為 4.8 密耳的差分對上第 1 層（100 歐姆）的詳細(xì)信息。類似地，可以檢查其他層的信息。
為什么廠商要改變走線寬度和間距？
考慮材料是否具有所需厚度。常見的核心電介質(zhì)厚度為 3 mils、4 mils、5 mils、6 mils、8 mils 等。預(yù)浸玻璃樣式 106、1080 等很常見。
材料厚度列在材料數(shù)據(jù)表上，或者可以從層壓板制造商處獲得。預(yù)浸料中的樹脂量、銅面積百分比和相鄰銅層的厚度用于計算最終壓出厚度。PCB制造商根據(jù) CAD 文件計算銅面積的百分比。因此，它們偏離了數(shù)據(jù)表的一般厚度規(guī)格。他們堅持其阻抗建模壓出厚度，這因設(shè)計而異。
這將需要對阻抗走線的寬度和間距稍作改動。當(dāng)制造商無法滿足受控阻抗要求時，他們會推薦不同的電介質(zhì)厚度或 PCB 材料。
阻抗控制驗證
測試試樣用于在 PCB制造后驗證阻抗控制。測試件是用于測試制造過程質(zhì)量的板。在面板的邊緣制作測試試樣。然后檢查試樣以確保正確的層對齊、電連接和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這些是為電路板定制設(shè)計的或從供應(yīng)商庫中選擇的。
測試樣片通常放置在工作面板的不同位置，代表 PCB 的良好橫截面。阻抗是用 TDR 測量的。之后，將生成報告以指示是否達(dá)到特征阻抗。
在處理受控阻抗的文檔時，電路板設(shè)計人員了解表達(dá)其要求的最佳方法至關(guān)重要。即使要求很小，仍然需要清楚地傳達(dá)，因為丟失的數(shù)據(jù)可能會使制造商難以或不可能準(zhǔn)確確定客戶的需求。