特性阻抗的影响因素研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇特性阻抗的影响因素研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘 要】本文主要针对特性阻抗的主要影响因素进行分析，并对各个主要影响因素逐级进行模拟实验，通过模拟实验总结出各因素对特性阻抗的影响程度，为后期特性阻抗的工程设计和生产提供参考。

【关键词】影响因素；线宽；铜厚；介质层

引言

早期电子产品的工作速度还不是很快时，电路板只是一种方便零件组装与导通的载板或基地而已，因此电路板上的布线完全是以导电为主。随着电子信息技术的发展，如今的电路板上的布线不再只是导电作用，还有作为方波讯号的信号传输线的作用，即针对高频信号和高速数字信号的传输的电气测试，不仅要测试电路或网络的开路和短路等是否符合要求而且还应该测量特性阻抗值是否在规定的合格范围内，必须保证电路板能够使信号传输过程中不发生反射现象和信号保持完整降低传输损耗起到阻抗匹配的作用，这样电子产品才能得到完整可靠精确无干扰噪音的传输信号。特性阻抗的影响除了与布线设计有关以外，还与电路板的制作有关。本文主要是对特性阻抗的电路板制作中的主要影响因素进行模拟实验，并对实验结果进行分析总结。

一、特性阻抗的定义及主要影响因素

在信号的传输过程中，在信号传达的地方，信号线和参考平面（电源平面或地平面）之间由于电场的建立，就会产生一个瞬间的电流，如果传输线是各向同性的，那么只要信号在传输，就会始终存在一个电流I，而如果信号的输出电平为V，则在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为V/I，我们把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗（Characteristic Impedance）Z。

在电路板中出现次数最多的就是微带线和带状线，微带线出现在多层板的表面层，它只有一个参考层；而带状线出现在多层板的内层，它有两个参考层。（见图1）

根据特性阻抗理论，可以看出特性阻抗值的大小就是调整导线宽度、介质层厚度、导线的厚度、和材料的介电常数。IPC中给出了微带线的通用近似公式：

从公式中可以看出特性阻抗值与介质层厚度成正比，与铜层厚度、线宽、介电常数成反比。其中介电常数是由所用材料本身的特性所决定，而铜层的厚度、线宽、介质层厚度与电路板制造商的制作过程息息相关。

二、模拟实验

由于介电常数由所用材料的本身特性所决定，因此此次模拟实验将介电常数设为固定数（4.2），只对外层微带线的制造影响因素进行模拟实验，实验条件按照PCB行业中普通制程能力进行设计，并分别对实验结果进行分析总结。

2.1 制造影响因素介质层厚度

当铜层厚度保持不变（厚度为1OZ），线宽分别为0.1mm/0.12mm/0.15mm时，逐级针对介质层厚度对阻抗值的影响进行分析。

从表一和图2可以看出，特性阻抗值Z0与介质层厚度成正比。由此可知，当介电常数、铜层厚度、线宽不变时，介质层厚度越厚其特性阻抗值越大，所以介质层厚度是影响特性阻抗值的主要因素。

从表一中的阻抗差值一栏和图2中曲线图的弧形可以看出，特性阻抗值的增加值随着介质层厚度的增加，介质层厚度增加0.1mm时特性阻抗的值增加逐渐减小。即说明介质层厚度的正负偏差对特性阻抗的影响不一致，负偏差对特性阻抗的影响大于正偏差对特性阻抗的影响。从而在实际阻抗设计中，介质层的厚度设计尽量趋向于正偏差。

2.1.1 介质层均匀性对阻抗的影响

本次模拟实验的条件是：介电常数为4.2，介质层厚度为0.1mm，铜厚为1OZ，导线宽度为0.1mm。对介质层的均匀性的影响进行研究。

在实际生产中，由于层压的层间的升温速率和压力不一致，同样的半固化片，压制后其中的介质厚度也存在偏差，其偏差大至0.02mm。从表二可以看出，介质层厚度的误差为0.01mm时，其特性阻抗值的偏差为3～4Ω；当介质层厚度的误差为0.02mm时，其特性阻抗值的偏差为2-7Ω。从上面的叙述可以看出介质层的均匀性也是特性阻抗值的影响因素之一，因此对于阻抗要求严格的PCB板不但工程设计要设计出相应的介质层厚，而且在进行层压控制时要注意热压机的升温速率、压力均匀性、热量传递均匀性等因素，如此才能满足阻抗的控制。

2.2 制造影响因素导线宽度

当介质层厚度保持不变（厚度为0.9mm），铜层厚度分别为HOZ/1OZ/1.5OZ/2OZ时，逐级针对线宽对阻抗值的影响进行分析。

由表三和图3可以看出，特性阻抗值与导线的宽度成反比，导线宽度增加0.01mm时，特性阻抗值会相应的减小1～4Ω，从而可以推知导线宽度是影响特性阻抗的另一主要因素。

根据表三阻抗差值一栏可以看出导线宽度的正负偏差对特性阻抗的影响不同，正偏差对特性阻抗影响要小于负偏差对特性阻抗的影响，因此在特性阻抗要求高的板实际生产中，导线宽度控制应保持在正偏差内即尽量偏高。

在实际生产中，如果控制阻抗的信号线面使用HOZ铜箔，可允许导线的宽度变化公差为±0.015mm，如果控制阻抗的信号线面使用1OZ以上的铜箔，可允许导线宽度变化公差为±0.02mm以上。而在导线蚀刻时，尽量使导线趋向于正偏差，但导线宽度的变化必须在变化公差范围内，以适应特性阻抗的要求。

2.2.1导线毛边对特性阻抗的影响

本次模拟实验的条件是：介电常数为4.2，介质层厚度为0.2mm，铜厚为2OZ，导线宽度为0.16mm。对导线毛边对特性阻抗的影响进行研究。

由于电路板蚀刻药水具有侧蚀性，导致导线蚀刻后的形状类似为梯形，而不是标准的长方形，其导线的质量好坏都使用蚀刻因子进行评价，蚀刻因子越大就代表导线的蚀刻质量越好，从而导线越趋近于长方形，即也代表导线的毛边越小；特别是厚铜板导线的毛边较大（上线宽与下线宽相差较大），其中导线毛边的大小影响着特性阻抗值，从表四可以看出，导线的毛边增加0.02mm特性阻抗值就会减小1Ω～1.5Ω，特性阻抗的误差率就会提高1.4%～1.5%，即可以通过对导线的质量调整进行特性阻抗值小范围的调整。