У области високо{0}}фреквентних и-кола велике брзине, карактеристике импедансе ПЦБ-а директно одређују интегритет и стабилност преноса сигнала. Неусклађеност импедансе може изазвати проблеме као што су рефлексија сигнала, слабљење, преслушавање, ау тешким случајевима чак и до квара читавог система кола. Због тога је технологија контроле импедансе ПЦБ-а постала главна карика која обезбеђује перформансе кола високе{4}}и велике{5} брзине.
1, Основно разумевање контроле импедансе ПЦБ-а
Основни циљ контроле импедансе је да одржи карактеристичну импедансу ПЦБ далековода у складу са импедансом уређаја повезаних на оба краја, како би се минимизирао губитак енергије и интерференција сигнала током преноса. Карактеристична импеданса није појединачна вредност отпора, већ комплексна импеданса одређена дистрибуираним отпором, дистрибуираним капацитетом и дистрибуираном индуктивношћу далековода. Његова величина је уско повезана са физичком структуром, карактеристикама материјала и процесном технологијом штампане плоче.
У сценаријима високе{0}}фреквенције и велике{1}}брзине (као што су 5Г комуникација, сервери, ваздухопловна електроника итд.), таласна дужина сигнала се скраћује, а утицај параметара дистрибуције далековода на сигнал се брзо појачава. Захтеви за тачност контроле импедансе су изузетно високи, ау неким тешким сценаријима, захтеви за тачност су још строжији, што поставља изузетно високе захтеве за накнадне техничке процесе.
2, Основни фактори утицаја: својства материјала и структурни параметри
(1) Избор подлоге и премаза обложеног бакром{1}}
Подлога и бакарна фолија су основни материјални носачи који одређују карактеристике импедансе штампане плоче, а њихови параметри перформанси директно утичу на тачност контроле импедансе.
Диелектрична константа супстрата: Диелектрична константа је један од кључних параметара супстрата, а карактеристична импеданса је обрнуто пропорционална квадратном корену диелектричне константе. Мале флуктуације диелектричне константе могу директно изазвати померање импедансе. Диелектрична константа различитих типова супстрата значајно варира, а супстрати са ниском диелектричном константом се обично користе у сценаријима високе-фреквенције и велике-брзине, који су погоднији за пренос сигнала са малим губицима. У практичним применама потребно је одабрати подлогу са стабилном диелектричном константом и ниским температурним коефицијентом према радној фреквенцији кола, како би се избегле флуктуације диелектричне константе изазване променама температуре околине, које могу утицати на стабилност импедансе.
Дебљина и храпавост бакарне фолије: Дебљина бакарне фолије директно утиче на распоређени отпор далековода. Што је мања дебљина, већи је распоређени отпор и значајнији утицај на импедансу. Високофреквентне и -брзе штампане плоче обично користе танку бакарну фолију да би смањиле губитак сигнала изазван ефектом коже. У међувремену, храпавост површине бакарне фолије такође може утицати на пренос сигнала. Што је већа храпавост, то је већи губитак расејања сигнала током преноса, посебно у сценаријима високе{5}}фреквенције. Утицај храпавости површине на импедансу се не може занемарити. Због тога је неопходно изабрати електролитичку бакарну фолију или ваљану бакарну фолију са малом храпавости површине како би се осигурала стабилност импедансе.
(2) Тачна контрола структурних параметара далековода
Физички структурни параметри далековода су језгро које одређује карактеристичну импедансу, углавном укључујући ширину линије, размак између линија и дебљину диелектрика (раздаљина између далековода и референтне равни). Различите структуре далековода (као што су микротракасте линије, тракасте линије и диференцијалне линије) захтевају прецизну контролу за различите параметре.
Микротракаста линија: Микротракаста линија је уобичајена структура преносне линије на површини ПЦБ-а, која се састоји од сигналних линија, супстрата (диелектрични слој) и референтне равни (уземљења или слоја напајања) испод. Његова карактеристична импеданса се углавном односи на ширину линије, дебљину диелектрика и диелектричну константу супстрата. У процесу производње, тачност контроле ширине линије и дебљине диелектрика је изузетно висока, иначе је лако изазвати померање импедансе и премашити захтеве за тачност.
Линија траке: Линија траке се налази унутар ПЦБ-а и омотана је са две референтне равни. Сигнална линија је окружена диелектричним слојем, а њена карактеристична импеданса није везана само за ширину линије и диелектричну константу супстрата, већ и за растојање између горње и доње референтне равни и растојање између сигналне линије и горње и доње референтне равни. Због потпуног обмотавања тракасте линије диелектричним слојем, на сигнал мање утичу спољне сметње, али је већа потешкоћа у контроли дебљине диелектричног слоја током процеса производње. Неопходно је обезбедити уједначеност дебљине диелектричног слоја након ламинације како би се избегло померање импедансе узроковано неуједначеном дебљином.
Диференцијална линија: Диференцијална линија се састоји од две паралелне сигналне линије, које смањују сметње заједничког мода кроз диференцијални пренос сигнала. Његова контрола импедансе укључује карактеристичну импедансу (сингле ендед импеданце) и диференцијалну импедансу (импедансу између две сигналне линије). Диференцијална импеданса обично има фиксну пропорционалну везу са импедансом једног краја, углавном у вези са ширином линија, размаком линија и дебљином диелектрика. Контролна тачност прореда је строго потребна. Ако је одступање размака између линија превелико, то ће проузроковати одступање диференцијалне импедансе од подешене вредности, што утиче на интегритет диференцијалног сигнала.
3, Кеи Цонтрол Тецхнологи: Оптимизација процеса
Процес производње ПЦБ-а је кључни корак у претварању параметара у стварне производе, од сечења подлоге, ламинације, графичког трансфера до јеткања, премаза маске за лемљење. Сваки корак процеса може утицати на тачност импедансе и захтева прецизну контролу да би се обезбедила стабилност импедансе.
(1) Прецизна контрола процеса ламинације
Процес ламинације је процес ламинирања више слојева супстрата и бакарне фолије у један, чиме се директно одређује уједначеност и стабилност дебљине диелектрика, и један је од основних процеса за контролу импедансе.
Заједничка контрола притиска и температуре: Разумне криве притиска и температуре (брзина грејања, температура изолације, време изолације) треба да се подесе у складу са карактеристикама подлоге током ламинације. Ако је притисак недовољан, могу постојати празнине између подлоге и бакарне фолије, што резултира неуједначеном дебљином медијума; Ако је температура превисока или је време изолације предуго, подлога може бити подвргнута прекомерном очвршћавању, што резултира променом диелектричне константе и утиче на импедансу. Праћење у реалном времену је потребно како би се осигурало да се одступања температуре и притиска контролишу у разумном опсегу.
Контрола поравнања ламинације: Приликом ламинирања вишеслојних -слојних штампаних плоча, поравнање далековода сваког слоја са референтном равним директно утиче на конзистентност средње дебљине. Ако је одступање од поравнања превелико, то ће узроковати да дебљина диелектрика у неким областима постане тања или дебља, што ће довести до померања локалне импедансе. Због тога би требало користити опрему за позиционирање високе{3}}ности како би се осигурало да се одступање од поравнања ламинације контролише у разумном опсегу. У исто време, након ламинирања, поравнање између слојева треба проверити професионалном опремом за тестирање како би се благовремено уклонили неквалификовани производи.
(2) Рафинирање графичког трансфера и процеса гравирања
Графички трансфер је процес преноса постављене графике далековода на бакарну фолију, док јеткање уклања вишак бакарне фолије да би се формирао коначни преносни вод. Ова два процеса директно одређују тачност ширине линије, што заузврат утиче на импедансу.
Прецизна контрола графичког трансфера: Графички трансфер обично усваја процес фотолитографије, укључујући три корака премазивања, експозиције и развоја. Приликом наношења фоторезиста потребно је осигурати да је дебљина фоторезиста уједначена како би се избегло замућење ивица шаре након експозиције због неуједначене дебљине фоторезиста; Током експозиције потребно је контролисати енергију експозиције и тачност експозиције. Требало би да се користи-машина за експозицију високе прецизности како би се осигурало да се одступање између ширине графичке линије и подешене вредности контролише у разумном опсегу; Током развоја потребно је контролисати време и температуру развоја како би се избегло недовољно или претерано развијање.
Оптимизација параметара процеса јеткања: Процес нагризања захтева подешавање концентрације раствора за јеткање, температуре јеткања и брзине јеткања према дебљини бакарне фолије. Превелика брзина нагризања може довести до прекомерног смањења ширине линије, док спора брзина гравирања може довести до непотпуног јеткања и преостале бакарне фолије која утиче на импедансу. Истовремено, треба користити опрему за јеткање спрејом како би се осигурало да је раствор за јеткање равномерно распршен по површини бакарне фолије, избегавајући неравномерно јеткање и одступање ширине линије у одређеним областима. Након гравирања, тачност ширине линије треба да се провери помоћу оптичке опреме за детекцију, а производе који прелазе одступање треба благовремено прерадити или одбацити.
(3) Контрола утицаја превлаке маске за лемљење и површинске обраде
Иако премаз маске за лемљење (зелено уље) и површинска обрада (као што је потапање злата, калајисање) не одређују директно импедансу, неправилан третман и даље може утицати на стабилност импедансе.
Контрола дебљине слоја маске за лемљење: Слој маске за лемљење покрива површину преносног вода, а његова диелектрична константа и дебљина ће имати благи утицај на импедансу микротракасте линије (тракасте линије су мање погођене слојем маске за лемљење јер су омотане диелектричним слојем). Ако је дебљина слоја маске за лемљење неуједначена, то ће довести до недоследног диелектричног окружења око микротракасте линије, узрокујући флуктуације локалне импедансе. Због тога, током наношења маске за лемљење, потребно је контролисати дебљину премаза, држати одступање у разумном опсегу и избегавати да слој маске за лемљење покрива кључне области далековода.
Конзистентност површинске обраде: Сврха површинског третмана је да спречи оксидацију бакарне фолије и обезбеди поузданост заваривања, али дебљина и уједначеност слоја третмана такође може утицати на отпор далековода. Ако је дебљина слоја за обраду неуједначена, то ће изазвати флуктуације у површинском отпору далековода, чиме ће утицати на импедансу. Због тога је неопходно контролисати процесне параметре површинске обраде како би се осигурало да се одступање дебљине слоја за третман контролише у разумном опсегу, уз обезбеђивање доследности визуелним прегледом и испитивањем дебљине.
4, Детекција и верификација: Осигурајте тачност контроле импедансе
Детекција и верификација импедансе су последња линија одбране за контролу импедансе ПЦБ-а. Коришћењем професионалне опреме и метода за откривање вредности импедансе стварних производа, обезбеђујемо да они испуњавају захтеве и пружамо подршку подацима за оптимизацију процеса.
(1) Опрема и методе за детекцију импедансе
Тренутно, главна опрема за детекцију импедансе на штампаној плочи је тестер импедансе, а методе детекције углавном укључују рефлектометрију временског домена (ТДР) и метод фреквенцијског домена.
Рефлектометрија у временском домену: ТДР израчунава карактеристичну импедансу на основу рефлексије брзо растућег импулсног сигнала који се шаље на преносну линију. Овај метод може визуелно да прикаже промене импедансе на различитим тачкама далековода (као што су локација и амплитуда мутација импедансе) и погодан је за откривање локалних абнормалности у импеданси (као што је одступање ширине линије и неуједначена дебљина диелектрика). Током тестирања, потребно је прецизно повезати тест сонду са испитним тачкама на штампаној плочи да би се обезбедио добар контакт, а фреквенција тестирања треба да покрије радни опсег високо{2}}и високофреквентних-кола велике брзине.
Метода у фреквенцијском домену: Методом у фреквентном домену се израчунава карактеристична импеданса мерењем параметара расејања далековода на различитим фреквенцијама. Ова метода може анализирати варијацију импедансе са фреквенцијом и погодна је за процену стабилности импедансе штампаних плоча у целом опсегу радне фреквенције.
(2) Анализа података детекције и оптимизација процеса
Детекција импедансе није крајња тачка, већ откривање проблема у процесу кроз анализу података и оптимизацију параметара процеса. На пример, ако се генерално утврди да је импеданса микротракасте линије серије штампаних плоча ниска, потребно је проверити да ли постоје проблеми као што су превелика ширина линије, премала дебљина диелектрика или превисока диелектрична константа супстрата. Након што пронађете основни узрок проблема, подесите одговарајуће параметре процеса. Истовремено, потребно је успоставити базу података за детекцију импедансе за снимање података о детекцији сваке серије штампаних плоча, сумирање корелације између параметара процеса и импедансе кроз статистичку анализу и формирање стандардизованог плана контроле процеса како би се континуирано побољшавала тачност контроле импедансе.