PCB板的特性阻抗与特性阻抗控制

　　电阻交流电流流过一个导体时，所受到的阻力称为阻抗 （Impedance），符合为Z，单位还是Ω。
　　此时的阻力同直流电流所遇到的阻力有差别，除了电阻的阻力以外，还有感抗（XL）和容抗（XC）的阻力问题。
　　为区别直流电的电阻，将交流电所遇到之阻力称为阻抗 （Z）。
　　Z=√ R2 +（XL -XC）2
　　阻抗（Z）
　　近年来，IC集成度的提高和应用，其信号传输频率和速 度越来越高，因而在印制板导线中，信号传输（发射）高到 某一定值后，便会受到印制板导线本身的影响，从而导致传 输信号的严重失真或完全丧失。这表明，PCB导线所“流通”的“东西”并不是电流，而是 方波讯号或脉冲在能量上的传输。
　　特性阻抗控制（Z0 ）
　　上述此种“讯号”传输时所受到的阻力，另称为“特性阻 抗”，代表符号为Z0。
　　所以，PCB导线上单解决“通”、“断”和“短路”的问题还 不够，还要控制导线的特性阻抗问题。就是说，高速传输、高频讯号传输的传输线，在质量上 要比传输导线严格得多。不再是“开路/短路”测试过关，或者 缺口、毛刺未超过线宽的20%，就能接收。必须要求测定特性阻抗值，这个阻抗也要控制在公差以 内，否则，只有报废，不得返工。
　　信号传输线定义
　　1、根据电磁波的原理，波长（λ）越短，频率（f）越 高。两者的乘积为光速。即C = λ.f ＝3×1010 cm/s
　　2、任何元器件，尽管具有很高的信号传输频率，但经 过PCB导线传输后，原来很高的传输频率将降下来，或时间延迟了。
　　因此，导线长度越短越好。
　　3、提高PCB布线密度或缩短导线尺寸是有利的。但是，随着元件频率的加快，或脉冲周期的缩短，导线 长度接近信号波长（速度）的某一范围，此时元件在PCB导 线传输时，便会出现明显的“失真”。
　　特性阻抗值控制缘由
　　缘由一
　　电子设备（电脑、通信机）操作时，驱动元件（Driver） 所发出的信号，将通过PCB传输线到达接收元件（Receiver）。信号在印制板的信号线中传输时，其特性阻抗值Z0 必须 与头尾元件的“电子阻抗”能够匹配，信号中的“能量”才会得 到完整的传输。
　　缘由二
　　一旦出现印制板质量不良，Z0 超出公差时，所传的信号会出现反射（Reflection）、散失（Dissipation）、衰减 （Attenuation）或延误（Delay）等问题，严重时会传错信号，死机。
　　缘由三
　　严格选择板材和控制生产流程，多层板上的Z0 才能符合 客户所要求的规格。元件的电子阻抗越高时，其传输速度才会越快，因而PCB的Z0 也要随之提高，方能达到匹配元件的要求。Z0 合格的多层板，才算得上是高速或高频讯号所要求的合格品。
　　特性阻抗控制印制板工艺控制
　　1、 底片制作管理、检查
　　恒温恒湿房（21±2°C，55 ± 5%），防尘；线宽工艺补偿。
　　2、 拼板设计
　　拼板板边不能太窄，镀层均匀，电镀加假阴极，分散电 流；
　　设计拼板板边测试Z0 的标样（coupon）。
　　3、 蚀刻
　　严格工艺参数，减少侧蚀，进行首检；
　　减少线边残铜、铜渣、铜碎；
　　检查线宽，控制在所要求的范围内（ ± 10% 或± 0.02mm）。
　　4、 AOI检查
　　内层板务必找出导线缺口、凸口，对2GHZ 高速讯号，即 使0.05mm的缺口，也必须报废；控制内层线宽和缺陷是关键。
　　5、 层压
　　真空层压机，降低压力减少流胶，尽量保持较多的树脂 量，因为树脂影响εr ，树脂保存多些， εr会低些。控制层压厚度公差。因为板厚不均匀，就表明介质厚度 变化，会影响Z0 。
　　6、 选好基材
　　严格按客户要求的板材型号下料。型号下错， εr不对，板厚错，制造PCB过程全对，同样 报废。因为Z0 受εr影响大。
　　7、 阻焊
　　板面的阻焊会使信号线
　　信号线
　　为了完成某项任务需要有一些开关和继电器等等元件，来控制主电源（由动力线或电力线送来的电源）的开和合，而控制这些开关和继电器的线路称控制线路或信号线路。
　　的Z0 值降低1～3Ω，理论上说阻焊 厚度不宜太厚，事实上影响并不很大。铜导线表面所接触的是空气（ εr ＝1），所以测得Z0 值 较高。但在阻焊后测Z0 值会下降1～3Ω，原因是阻焊的εr 为 4.0，比空气高出很多。
　　8、 吸水率
　　成品多层板要尽量避免吸水，因为水的εr ＝75，对Z0 会带来很大的下降和不稳的效果。
　　多层板信号传输线的特性阻抗Z0 ，目前要求控制范围通常是：50Ω±10%，75Ω ±10%，或28Ω±10% 。
　　控制住的变化范围，必须考虑四大因素：
　　（1）信号线宽W；
　　（2）信号线厚T；
　　（3）介质层厚度H；
　　（4）介电常数εr 。
　　影响最大的是介质厚度，其次是介电常数，导线宽度， 最小是导线厚度。在选定基材后，εr变化很小，H变化也小，T较易控制，而线宽W控制在±10%是困难的，且线宽问题又有导线上针孔、 缺口、凹陷等问题。从某种意义上说，控制Z0，最有效最重要的方法是控制调整线宽。