Производство плат с контролируемым импедансом

Контроль импеданса на печатной плате

Мы поставляем печатные платы с контролем волнового сопротивления (импеданса) проводников и дифференциальных пар. Стандартный допуск на волновое сопротивление проводника составляет ±10%, по особому заказу возможно обеспечение более жесткого допуска – до ±5%.

Все больше электронных устройств сегодня имеют дело с высокими скоростями передачи информации. Это требует применения печатных плат с контролируемым импедансом – для предотвращения искажений сигнала при передаче по проводникам. Проводник на печатной плате – это уже не просто дорожка, связывающая контактные площадки и переходные отверстия, а скорее линия передачи, которая передает сигнал на высоких скоростях с малыми потерями формы, амплитуды и скорости.
Контролируемый импеданс поднимает на новый уровень сам процесс проектирования, выбора материала, структуры, а также процесс производства печатных плат. Даже диэлектрические свойства паяльной маски могут повлиять на значение волнового сопротивления.

Уровни контроля импеданса

Контроль импеданса обычно применяется к высококачественным конструкциям с жесткими допусками или необычными конфигурациями. Его лучше всего использовать, если ваша конструкция имеет жесткие допуски на импеданс. Существуют различные типы контролируемого импеданса.

Наблюдение за импедансом относится к ситуации, когда кривая контроля импеданса указана в схеме. Здесь проектировщик просто укажет параметры кривой контроля импеданса. Затем поставщик печатных плат отрегулирует ширину дорожки и высоту диэлектрика по мере необходимости. После утверждения полных спецификаций производитель может приступить к сборке платы. Если ваш производитель позволяет, вы можете запросить тест TDR для подтверждения импеданса за небольшую плату.

Если ваша конструкция не имеет жестких допусков, идеальным вариантом будет услуга без контроля импеданса. В этом случае вам не потребуются дополнительные конструктивные элементы для обеспечения правильного импеданса. Вместо этого вы можете добиться правильного импеданса, соблюдая стандартные спецификации без контроля импеданса. Ваш производитель может предоставить точный импеданс без специальных мер, что делает этот вариант более экономичным.

Производственный процесс управления импедансом

Как мы упоминали в начале этого руководства, технология производства печатных плат стала более продвинутой. Это особенно актуально в связи с растущей потребностью в контроле целостности сигнала. Теперь производство высококачественной и функциональной печатной платы с контролируемым импедансом включает в себя множество этапов. К ним относятся травление, гравировка фотографий, многослойная обработка и сверление, маскировка, отделка и, наконец, тестирование.

Как сделать заказ с контролем волнового сопротивления

При получении заказа с контролем импеданса мы проводим моделирование, чтобы проверить, что результирующие значения импедансов действительно попадут в заданный допуск ±10%. Если значения, рассчитанные заказчиком, не совпадут с результатами моделирования, мы запрашиваем разрешения заказчика, чтобы провести небольшие корректировки структуры или ширины проводников для более точного обеспечения заданного импеданса, с учетом компенсации подтравов и допусков металлизации на производстве. Чрезвычайно важен выбор материала - тип стеклянной сетки, содержание смолы и ее текучесть влияют на диэлектрическую проницаемость, которая определяет величину импеданса. При повторном изготовлении плат особенно важно использовать такие же материалы, как при первом запуске.

Измерение импеданса при изготовлении печатных плат

Платы с контролем импеданса требуют выполнения измерений (методом рефлектометрии), которые подтверждают, что значения волновых сопротивлений находятся в пределах допуска. Для этого на специальном тестовом купоне, который располагается на заводской заготовке, выполняются отрезки проводников заданной ширины и в заданных слоях. Используя специальный прибор, мы проверяем соответствие волновых сопротивлений на купоне для каждой заготовке, тем самым получая подтверждение тому, что печатные платы на этой заготовке выполнены с корректным импедансом в пределах допуска. Заготовки с некорректным импедансом отбраковываются. Вместе с изготовленными печатными платами мы предоставляем отчет о контроле импеданса (Impedance Test Report). Заметим, что мы не несем ответственности за возможные некорректности в дизайне самой печатной платы, и не измеряем волновое сопротивление проводников собственно на каждой плате.

Параметры материала

Типовой материал FR4 для изготовления печатных плат имеет значение диэлектрической постоянной (E_r) около 4,5...4,7 на низкой частоте (1 МГц), но с ростом частоты до 1 ГГц оно линейно уменьшается до E_r=3,8...4,2 >(в зависимости от марки материала и вида плетения). Реальные значения E_r могут колебаться в пределах ±25%. Существуют специальные, «нормированные» виды материала FR4, у которых значение E_r нормируется и гарантируется изготовителем, и они ненамного дороже обычных, но производители печатных плат не обязаны использовать «нормированные» виды FR4, если это специально не указано в заказе на печатную плату. При расчете импеданса линий на печатной плате надо брать значение диэлектрической постоянной для максимальной частоты спектра сигнала. При работе с цифровыми сигналами длительность фронта составляет единицы наносекунд, что соответствует максимальным частотам порядка 1 ГГц и диэлектрической проницаемости порядка 4,0.

Толщина диэлектрика

Производители печатных плат работают с диэлектриками стандартных толщин («препреги» и «ядра»), и их толщина в каждом слое должна быть определена перед запуском платы в производство, с учетом допусков на толщину (около ±10%). Разработчик печатной платы не должен подбирать конкретную комбинацию ядер и препрегов. Достаточно указать требуемую общую толщину диэлектрика в нужных слоях, и мы сами подберем нужные материалы.

Высокочастотные материалы

Для сигналов частотой выше 1 ГГц может оказаться необходимым применение более высокочастотных материалов, с лучшей стабильностью и другими диэлектрическими параметрами (такими как Duroid фирмы Rogers и т. д.).