論阻焊油墨對(duì)PCB之特性阻抗的影響

耿 波

（天津普林電路股份有限公司，廣東 深圳 518132）

論阻焊油墨對(duì)PCB之特性阻抗的影響

耿 波

（天津普林電路股份有限公司，廣東 深圳 518132）

PCB中特性阻抗的控制與設(shè)計(jì)，決定著最終產(chǎn)品傳輸信號(hào)的好壞。而在加工PCB環(huán)節(jié)中，對(duì)阻抗的影響因素有諸如線寬/間距、銅厚、阻焊厚度等因素，本文將針對(duì)阻焊油墨對(duì)PCB特性阻抗的影響做簡(jiǎn)要的論述。

特性阻抗；時(shí)域反射測(cè)定法；影響因素；阻焊厚度

現(xiàn)代信息技術(shù)與高頻技術(shù)的迅速發(fā)展，使得PCB中越來(lái)越多的產(chǎn)品中加入了特性阻抗的要求。PCB中特性阻抗的控制與設(shè)計(jì)，決定著最終產(chǎn)品傳輸信號(hào)的好壞。而在加工PCB環(huán)節(jié)中，通過(guò)TDR的測(cè)試原理，對(duì)阻抗的影響因素有諸如線寬/間距、銅厚、阻焊厚度等因素，本文將針對(duì)阻焊油墨對(duì)PCB特性阻抗的影響做簡(jiǎn)要的論述，以達(dá)到與供業(yè)界人員進(jìn)行交流之目的。

1 特性阻抗的簡(jiǎn)介

1.1 特性阻抗的定義

電子器件傳輸信號(hào)中，其高頻信號(hào)或電磁波傳播時(shí)所遇到的阻力稱之為特性阻抗，它是電阻抗、電容抗、電感抗的一個(gè)矢量的和。

1.2 特性阻抗的種類

阻抗分為單端阻抗、差分阻抗兩種：

單端阻抗：?jiǎn)胃盘?hào)線測(cè)得的阻抗

差分阻抗：當(dāng)差分驅(qū)動(dòng)時(shí)，在兩條等寬等間距的傳輸線中測(cè)得的阻抗

差分傳輸線具有兩種獨(dú)特的傳播方式，每種方式都有自己的特性阻抗，分為奇模阻抗和偶模阻抗。

奇模阻抗—通過(guò)檢測(cè)一條線路，而另一條線路通過(guò)互補(bǔ)信號(hào)驅(qū)動(dòng)而測(cè)量的阻抗

偶模阻抗—通過(guò)檢測(cè)一條線路，而另一條線路先通過(guò)同等信號(hào)驅(qū)動(dòng)而測(cè)量的阻抗

1.3 特性阻抗的由來(lái)

IPC-2141的3.4.4提出：當(dāng)信號(hào)在PCB導(dǎo)線中傳輸時(shí)，若導(dǎo)線的長(zhǎng)度接近信號(hào)波長(zhǎng)的1/7，此時(shí)的導(dǎo)線便成為信號(hào)傳輸線了，此信號(hào)傳輸線便需要進(jìn)行特性阻抗控制 。

根據(jù)電磁波理論：C=f·C：光速3×1010 cm/s（f：頻率， 波長(zhǎng)）

例：一個(gè)元件的信號(hào)傳輸頻率為1 GHz，PCB上的導(dǎo)線長(zhǎng)度為50 cm

該信號(hào)的波長(zhǎng)為=C/f=3×1010/1×109=30 cm

導(dǎo)線的長(zhǎng)度與波長(zhǎng)的比值為：50 cm/30 cm=1.67 ＞1/7

此時(shí)導(dǎo)線便不是普通的導(dǎo)線，必須作為信號(hào)傳輸線來(lái)處理，必須進(jìn)行特性阻抗控制。

1.4 特性阻抗的測(cè)試原理

阻抗的測(cè)試使用TDR的測(cè)試方法。TDR時(shí)域反射理論—當(dāng)能量沿著媒介傳播時(shí)，遇到阻抗變化，就會(huì)有一 部分能量反射回來(lái)。反射回的能量、注入到媒介的能量與阻抗的變化有理論上的數(shù)學(xué)關(guān)系。示波器波形將以適當(dāng)?shù)臅r(shí)間順序顯示入射和反射信號(hào)的總和。

1.5 特性阻抗的影響因素1.5.1 特性阻抗的計(jì)算公式

1.5.2 特性阻抗的影響因素

根據(jù)以上的計(jì)算公式，參照?qǐng)D1，影響阻抗的因素主要有：

ε——絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)

h——絕緣介質(zhì)的厚度

W——信號(hào)線的寬度

t——信號(hào)線的厚度

圖1

以上均是針對(duì)的單端阻抗，如果考慮差分阻抗的影響，還要加上差分信號(hào)線的間距。

2 阻焊油墨對(duì)特性阻抗之影響

PCB板大多數(shù)是需要印刷阻焊油墨的，對(duì)于表面微帶線形式的信號(hào)線，阻焊油墨對(duì)特性阻抗的影響雖小，但也不容忽視。

對(duì)于阻焊油墨方面影響阻抗的因素主要是阻焊油墨的介電常數(shù)及覆蓋阻抗線的阻焊油墨厚度。對(duì)于高頻信號(hào)的產(chǎn)品，介電常數(shù)越低越好。對(duì)于PCB廠來(lái)說(shuō)，一般來(lái)說(shuō)所使用的阻焊油墨型號(hào)都是固定的，其介電常數(shù)的變量是很小的，只有在變更阻焊油墨顏色時(shí)，介電常數(shù)才會(huì)有細(xì)小的變化。

相對(duì)于介電常數(shù)，阻焊油墨厚度的影響較大。筆者曾經(jīng)針對(duì)單端、差分的阻抗線進(jìn)行過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)，從而得出了印刷阻焊油墨前后阻抗值的變化。現(xiàn)將此與大家分享（以下數(shù)據(jù)均使用PolarSi8000阻抗軟件運(yùn)算所得）。

產(chǎn)品A：差分阻抗100 Ω±10 Ω

設(shè)計(jì)線寬：0.24 mm，設(shè)計(jì)間距：0.17 mm，基銅：18 mm ，介質(zhì)層厚度：2116*2，網(wǎng)絹：36T-1遍。

測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。結(jié)論：產(chǎn)品A中阻焊影響差分阻抗值約8.44 Ω。

表1

產(chǎn)品B：差分阻抗100 Ω±10 Ω

設(shè)計(jì)線寬：0.22 mm，設(shè)計(jì)間距：0.13 mm，基銅：18 mm ，介質(zhì)層厚度：2116*2，網(wǎng)目：36T-1遍。測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。結(jié)論：產(chǎn)品B中阻焊影響差分阻抗值約10.99 Ω。

表2

產(chǎn)品C：?jiǎn)味俗杩?0 Ω±5 Ω

設(shè)計(jì)線寬：0.57 mm，基銅：18 mm ，介質(zhì)層厚度：7628+2116， 網(wǎng)目：36T-1遍。測(cè)試數(shù)據(jù)見表3。結(jié)論：產(chǎn)品C中阻焊影響單端阻抗值約1.55 Ω。

產(chǎn)品D：?jiǎn)味俗杩?0 Ω±5 Ω

差分阻抗100 Ω±10 Ω

表3

表4

單端：設(shè)計(jì)線寬：0.195 mm，基銅：18 mm ，介質(zhì)層厚度：2116*1，網(wǎng)目：36T-1遍。測(cè)試數(shù)據(jù)見表4。結(jié)論：產(chǎn)品D中阻焊影響單端阻抗值約2.68 Ω。

3 結(jié)語(yǔ)

我們將以上的四種產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以簡(jiǎn)要的得出，阻焊油墨對(duì)于阻抗值是有一定的降低作用的。表面微帶涂覆單端阻抗，受阻焊油墨的影響大約在2 Ω ～ 3 Ω。表面微帶涂覆差分阻抗，受阻焊油墨的影響較大，大約在9 Ω ～ 10 Ω。

以上的數(shù)據(jù)因采自金相切片，所得出的值也是阻抗線中的一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，與實(shí)際儀器測(cè)得的結(jié)果會(huì)有所差別。筆者作此實(shí)驗(yàn)，是為了與廣大PCB技術(shù)人員進(jìn)行交流。對(duì)于阻焊油墨對(duì)阻抗值的影響是客觀存在，在PCB的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中是不可忽視的。

[1]孫燈亮. 基于TDR規(guī)范的阻抗,差分阻抗測(cè)試方法及應(yīng)用, 泰克電子.

[2]百度文庫(kù). PCB板的特性阻抗與特性阻抗控制.

耿波，產(chǎn)品設(shè)計(jì)主管。主要從事印制電路板工藝優(yōu)化/創(chuàng)新、產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作等。

Influence of solder ink on the impedance of PCB

GEN Bo

The control and design of the characteristic impedance of the PCB determines the transmission signal quality final product. In the processing of PCB, the impact factors to impedance are line width /spacing, copper thickness, solder mask thickness and others. This article will focus on the characteristic impedance of the PCB solder ink and makes a brief discussion of the influence.

Impedance; TDR; Influence Factor; Solder Mask Thickness

TN41

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1009-0096（2015）01-0031-03