PCB阻抗计算的可制造性设计

问

什么是阻抗？

答

在具有电阻、电感和电容的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。

问

什么是阻抗匹配？

答

阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间达到一种适合的搭配。阻抗匹配主要有两点作用，调整负载功率和抑制信号反射。

影响阻抗的因素

相对于阻抗变化的关系（其中一个参数变化，假设其余条件不变），影响阻抗因素如下：

阻抗线宽

阻抗线宽与阻抗成反比，线宽越细，阻抗越大，线宽越粗，阻抗越低。

介质厚度

介质厚度与阻抗成正比，介质越厚，阻抗越大，介质越薄，阻抗越低。

阻抗介电常数

介电常数与阻抗成反比，介电常数越高，阻抗越小，介电常数越低，阻抗越大。

防焊厚度

防焊厚度与阻抗成反比，在一定厚度范围内，防焊厚度越厚，阻抗越低，防焊厚度越薄，阻抗越大。

铜箔厚度

铜箔厚度与阻抗成反比，铜厚越厚，阻抗越低，铜厚越薄，阻抗越大。

差动阻抗

间距与阻抗成正比，间距越大，阻抗越大，其余影响因素则与特性阻抗相同。

共面阻抗

阻抗线距导体的间距与阻抗成正比，间距越大，阻抗越大，其它影响因素则与特性阻抗相同。

阻抗计算神器验证影响因素

叠层图制作

这里推荐一款免费的国产工具：华秋DFM软件，它可以自动生成叠层图，也可以手动填写层数、板厚、铜厚，用叠层图的介质厚度匹配阻抗。

如需调整叠层结构，软件里面有自带板材、半固化片及铜箔的库，可根据需要自行选择。在叠层结构需要更改的参数位置，点击右键添加、替换或删除。弹出的窗口是软件自带的物料库，芯板、光板、PP、铜箔可供选择。

介质厚度变化对阻抗的影响

叠层结构的参数要保证正确性，半固化片、板材及铜厚参数不可出错，若板材及半固化片厚度用错，即便是总板厚能够达到，叠层结构不对称生产的成品板子，也会导致板翘无法使用，计算阻抗时，介质厚度如果跟实际生产有差异，会导致阻抗值偏大或者偏小，超出要求的公差。

 

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铜箔厚度变化对阻抗的影响

叠层结构的铜厚一定选择准确，如果铜厚错误，会导致差分阻抗相差20ohm左右，单端阻抗相差10ohm左右，因此而达不到实际设计要求的阻抗值。例如：要求铜厚1oz，制作叠层是0.5oz，生产按照叠层生产板子，会导致成品铜厚不够，线宽载流不够，导致产品烧板报废。

 

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参考屏蔽层变化对阻抗的影响

计算阻抗时，模板不能选错，需要根据实际设计选择模板，比如单端共面阻抗，直接使用单端模板，阻抗会相差10ohm左右，导致阻抗超公差，如果是隔层参考的，没有使用隔层参考的模板，阻抗会相差几十个ohm，导致板子直接报废。

 

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阻抗模板参数

以下基于华秋的工艺制造说明：

H1：半固化片的介质厚度，要填写残铜留胶后的介质厚度。

Erl：华秋的板材常规是4.2，如果是特殊板材要填写板材的介电常数。

W2：线面宽度在线底宽度W1-0.5mil。

T1：内层H/Hoz，铜厚按0.6mil计算，内层1/1oz，铜厚按1.2mil计算，外层成品铜厚1/1oz，铜厚按1.4mil计算，外层成品铜厚2/2oz，铜厚按2.4mil计算。

C1：基材上的阻焊厚度0.8mil。

C2：铜面上的阻焊厚度0.5mil。

C3：差分阻抗线之间的阻焊厚度0.8mil。

CEr：阻焊的介电常数3.5mil。

残铜率默认是70%，如默认的参数需要调整，可以在参数配置里面填写修改，保存即可。

使用阻抗计算神器高效生产

文件预审

1、接收客户文件后，进行文件预审。检查客户文件里面的阻抗线对应的阻抗控制要求参数是否一致，如发现不一致的阻抗异常，需要提出异常给客户确认，比如第一层阻抗控制要求6/6/6mil的差分阻抗线，然而在Gerber文件第一层找不到对应的阻抗线，对于此异常需要与客户确认，并提出建议：①是否忽略阻抗控制要求；②阻抗线跟控制要求是否有偏差，并说明实际的gerber的阻抗线。

2、核对gerber文件里面的叠层结构，检查板厚、铜厚、半固化片的参数是否能够对应华秋DFM里面的物料库。如叠层结构的芯板厚度在DFM里面找不到，则需要与客户确认，建议更改板厚调整叠层结构。

3、预审阻抗线对应的控制要求是否满足，例如：同层的阻抗线控制要求一样，介质厚度一样，线宽不一样，导致两组阻抗线只能控制一组，此时需要客户确认，阻抗同层、同介质厚度的阻抗下是否能够统一。

阻抗线挑选及调整

1、首先需要按照客户提高的阻抗控制要求，去挑选板内对应的阻抗线，挑选阻抗线时需注意，宁可多选却不可漏选阻抗线。

2、把挑选的阻抗线移到另外一层，待阻抗计算完毕，按照计算的结果调整阻抗线，阻抗线按照生产制成能力补偿后，再移回板内正常制作出生产所需的工具菲林。

匹配叠层结构

1、按照客户要求的叠层厚度及所用的物料参数制作叠层图，计算阻抗线时，华秋DFM自动读取叠层图里面的参数，使用叠层图里面的介质厚度，计算线宽线距所需要的介质厚度。

2、叠层图的参数一定要正确，结构要对称，如果参数错误，会导致阻抗偏差很大，叠层不对称会导致无法生产。

3、输入每层的铜面积，华秋DFM可以自动计算无铜区域的填胶量，精确计算阻抗及成品板厚的总厚度。

线宽线距计算阻抗值

选择阻抗层，找到阻抗对应的模板，再输入原始线宽线距，如参考层特别，如隔层参考，需要手动选择参考层，参数输入完毕后，点击全部计算，计算结果为绿色则计算正确，为红色则需要调整线宽线距或者介质厚度。右上角可以更改单位，mil/mm，左下角则可以添加多组阻抗。

保存阻抗计算参数文档

保存阻抗计算图，阻抗计算合格后，“点击”导出压合结构/阻抗参数，把计算的压合结构图及阻抗计算合格参数保存为PDF档，方便以后查询阻抗计算的结果。

阻抗计算这么多知识点，肯定很多工程师会觉得难学的同时也记不全吧？所以，强烈推荐使用华秋DFM软件，可以一键计算阻抗，超简单实用，并且还是免费的哦！

在没有华秋DFM软件前，工程师们都是用Polar SI9000计算阻抗，但它不能制作叠层图，需要先画好后，再按照介质厚度模拟阻抗，非常的不方便。

但是，用了华秋DFM软件后，计算阻抗只需几个步骤，输入相关参数，就能得到想要的结果，直接提升几倍的工作效率！

审核编辑：汤梓红