Spausdintinės plokštės varžos valdymas yra labai svarbus{0}}didelės spartos iraukštas{0}}dažnisgrandinės programos. Spausdintinių plokščių gamintojams užtikrinimas, kad varža atitiktų projektavimo reikalavimus, susiję ne tik su signalo vientisumu, bet ir tiesiogiai veikia elektromagnetinį suderinamumą (EMC) ir bendrą gaminio patikimumą.
Pagrindinės varžos valdymo sąvokos
Kas yra varža?
Impedansas (Z) yra bendra srovės varža kintamosios srovės grandinėje, matuojama omais (Ω). Jį sudaro varža (R) ir reaktyvumas (X), kur reaktyvumas dar skirstomas į indukcinę reaktyvumą (XL) ir talpinę reaktyvumą (XC). Spausdintinės plokštės perdavimo linijoje varža daugiausia priklauso nuo tokių veiksnių kaip signalo nukreipimo geometrinė struktūra, medžiagų dielektrinės savybės ir dažnis.
Kodėl reikalinga varžos kontrolė?
Gaminant spausdintinę plokštę, pagrindinis varžos valdymo tikslas yra užtikrinti signalo perdavimo vientisumą, sumažinti signalo atspindį ir praradimą, taip pagerinant elektroninių gaminių veikimą ir stabilumą. Perduodant aukšto-dažnio signalą, varžos neatitikimas gali sukelti:
Signalo atspindys ir skambėjimas turi įtakos didelės spartos{0}}signalų patikimumui;
Padidinti EMI (elektromagnetinius trukdžius), turinčius įtakos gaminio elektromagnetiniam suderinamumui;
Duomenų klaidų dažnio padidėjimas turi įtakos ryšio sistemos stabilumui;
Signalo susilpnėjimas sustiprėja, o tai turi įtakos tolimojo{0}}perdavimo efektyvumui
.
Medžiagos pasirinkimas aukšto{0}}dažnio ir didelės spartos-spausdintinių grandinių plokštėms
Medžiagų pasirinkimas yra labai svarbus naudojant didelio{0}}dažnio ir didelės spartos{1}} spausdintinės plokštės plokštes. Įprastos medžiagos ir jų savybės yra šios:
FR4: Įprasta spausdintinės plokštės medžiaga, turinti mažą kainą, bet didelę Dk vertę, tinkama vidutinės ir mažos{0}}greičių programoms.
Rogers 4350B: mažas Dk, maži nuostoliai, tinka 5G ryšiui, mikrobangų ir radarų sistemoms.
IsolaITeraMT40: Maži nuostoliai, stabili Dk vertė, tinka didelės spartos signalo perdavimui.
Panasonic Megtron 6: didelis patikimumas, tinka didelės spartos programoms, pvz., duomenų centrams ir optiniams tinklams.
Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos varžai gaminant spausdintinę plokštę
Spausdintinės plokštės gamybos procese pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką varžai, daugiausia yra vielos plotis, vario storis, dielektrinis storis, dielektrinė konstanta (Dk), perdavimo linijos tipas, litavimo kaukės sluoksnio įtaka, tarpsluoksnio išlygiavimo tikslumas, ėsdinimo proceso valdymas ir kt. Šie veiksniai veikia kartu nustatant spausdintinės plokštės varžos charakteristikas ir taip veikiant signalo vientisumą. Žemiau pateikiama išsami šių veiksnių įtakos spausdintinės plokštės gamybai analizė.
1. Vielos pločio įtaka varžai
Laido plotis lemia varžos reikšmę, o kuo siauresnis plotis, tuo didesnė varža; Kuo platesnis plotis, tuo mažesnė varža. Gamybos proceso metu galutiniam vielos pločiui įtakos gali turėti šie veiksniai:
Išgraviravimo procesas: šoninė korozija gali sukelti faktinį pločio nuokrypį, todėl projektuojant reikia rezervuoti kompensaciją.
Litografijos tikslumas: ekspozicija ir plėtra turi įtakos smulkių linijų valdymui irHDIspausdintinė plokštė yra ypač svarbi.
Vario storio įtaka: kuo storesnis vario sluoksnis, tuo akivaizdesnė šoninė korozija, o varžos stabilumui užtikrinti reikalinga tiksli kompensacija.
Įprasta varžos tolerancija valdoma ± 10 % ribose, tačiau aukščiausios klasės programoms, pvz., 5G ryšiui ir didelės spartos serveriams, gali reikėti griežtesnių reikalavimų, pvz., ± 5 %.
2. Vario storio įtaka varžai
Vario storis (vienetas: oz, 1oz=35 µm) veikia perdavimo linijų nuolatinės srovės varžą ir kintamosios srovės varžą. Storesnis varis sumažina pasipriešinimą ir taip pat sumažina varžą.
Vario storis didėja, varža mažėja: varža ir lygiavertis induktyvumas mažėja, todėl mažėja varža.
Apskaičiuojant varžą reikia atsižvelgti į vario storį: standartinis vario storis paprastai yra 0,5 uncijos (17,5 µm), 1 uncijos (35 µm), 2 uncijos (70 µm), o didelės -galios spausdintinės plokštės gali prireikti 3 uncijos ar storesnės.
Galvaninis padengimas turi įtakos išorinio vario sluoksnio storiui: daugiasluoksnių plokščių išorinio vario sluoksnio storis padidės dėl galvanizavimo, todėl į šį veiksnį reikia atsižvelgti skaičiuojant varžą.
3. Dielektrinis storis
Dielektrinis storis reiškia izoliacijos sluoksnio storį tarp signalinio sluoksnio ir atskaitos žemės/galios sluoksnio. Tai tiesiogiai veikia perdavimo linijos paskirstytąją talpą ir varžą:
Padidėjus dielektriko storiui, padidėja varža: storesnis dielektrinis sluoksnis padidins atstumą tarp signalo ir atskaitos plokštumos, taip pagerindamas varžą.
Storio kitimas gamybos metu: dėl dervos tekėjimo laminavimo proceso metu ir laminuotos konstrukcijos stabilumo faktinis dielektriko storis gali skirtis nuo projektinės vertės. Todėl, norint užtikrinti impedanso nuoseklumą, laminavimo procesą būtina griežtai kontroliuoti.
Daugiasluoksnių plokščių-nuoseklumo problema: aukšto-lygio spausdintinėms plokštėms labai svarbus tarpsluoksnio dielektriko storio vienodumas. Jei storis yra netolygus, skirtingose srityse bus nenuosekli varža, o tai turės įtakos signalo perdavimui.
4. Dielektrinė konstanta
Dielektrinė konstanta (Dk) lemia signalų sklidimo greitį dielektrinėse medžiagose. Įprastos spausdintinių plokščių substratų Dk reikšmės yra šios:
FR4 standartinė medžiaga: Dk ≈ 4,2~4,7
Didelės spartos medžiagos (pvz., Rogers 4350B): Dk ≈ 3,48
Itin aukšto dažnio mikrobangų medžiagos (pvz., Taconic RF35): Dk ≈ 3,5
Dk įtaka varžai pasireiškia taip:
Didesnis Dk sumažina varžą: Didinant Dk, padidėja paskirstyta talpa, todėl sumažėja varža.
Dk priklausomybė nuo dažnio: FR4 Dk mažėja didėjant dažniui, o aukščiausios klasės medžiagų, pvz., Rogers, Dk yra stabilesnis ir tinkamas didelės{2} spartos projektavimui.
Dk nuoseklumas gamybos procese: Siekdami užtikrinti Dk stabilumą, spausdintinių plokščių gamintojai medžiagų įsigijimo metu paprastai renkasi substratus su griežtais Dk nuokrypiais (pvz., ± 0,02), o gamybos metu atlieka Dk bandymą, kad išvengtų varžos nuokrypio.
5. Perdavimo linijos tipas
Įvairių tipų perdavimo linijų struktūrų įtaka varžai skiriasi, daugiausia įskaitant:
Mikrojuostos linija: signalo nukreipimas yra atokiausiame sluoksnyje, o žemiau yra dielektrinis ir žemės sluoksnis. Impedanso skaičiavimas yra gana paprastas, tačiau jį lengvai veikia išoriniai veiksniai, tokie kaip litavimo kaukės sluoksniai.
Juostos linija: signalo nukreipimą supa du dielektriko sluoksniai, todėl dielektrinė aplinka tampa tolygesnė, todėl užtikrinamas geresnis signalo vientisumas, todėl jis tinka aukšto{0}}dažnio programoms.
Koplanarinis bangolaidis: šalia signalo linijos yra įžeminimo laidas, kuris sustiprina ekranavimo efektą, tinka RF ir mikrobangų grandinėms.
Gamybos procese skirtingoms perdavimo linijoms taikomi skirtingi apdirbimo tikslumo reikalavimai. Pavyzdžiui, juostinėms linijoms reikia didesnės dielektrinio sluoksnio storio kontrolės, o koplanariniams bangolaidžiams reikalingas nuoseklus atstumas tarp žemės ir signalo linijų, kad būtų užtikrintas geras varžos atitikimas.
6. Litavimo kaukės sluoksnio įtaka
Mikrojuostelių linijų struktūrose litavimo kaukės sluoksnių buvimas gali paveikti signalo nukreipimo efektyviąją dielektrinę konstantą (Dk-eff) ir taip paveikti varžą:
Spausdintinės plokštės be litavimo kaukės sluoksnio varža yra didesnė, nes signalas yra tiesiogiai veikiamas oro, o oro Dk yra ≈ 1.
Spausdintinės plokštės su litavimo kaukės sluoksniu varža yra sumažinta, nes litavimo kaukės sluoksnio Dk paprastai yra didesnis nei oro (Dk ≈ 3,0–4,0), o tai sumažins bendrą varžą.
Siekdami sumažinti litavimo kaukės poveikį varžai, spausdintinių plokščių gamintojai gali pakoreguoti maršruto plotį arba taikyti specialius impedanso kompensavimo metodus, pavyzdžiui, apskaičiuojant impedansą, atsižvelgti į litavimo kaukės Dk.
7. Tarpsluoksnio išlyginimo tikslumas
Gaminant kelių sluoksnių spausdintinę plokštę{0}}, lygiavimo klaidos (tarpsluoksnių nuokrypiai) tarp sluoksnių gali turėti įtakos varžos nuoseklumui:
Per didelis išlygiavimo nuokrypis gali turėti įtakos juostų linijų ir diferencialo porų varžos atitikčiai, todėl gali kilti signalo vientisumo problemų.
Didelio tikslumo išlygiavimas (± 25 µm) gali užtikrinti pastovią varžą, dažniausiai naudojamą aukštos klasės ryšių ir RF spausdintinių plokščių gamyboje.
Pažangios optinio derinimo technologijos (pvz., lazerinio derinimo) ir rentgeno spindulių aptikimo įrangos naudojimas padeda sumažinti tarpsluoksnių nuokrypius ir užtikrinti impedanso valdymo tikslumą.
8. Oforto proceso valdymas
ėsdinimas yra svarbus spausdintinės plokštės gamybos žingsnis, turintis įtakos galutiniam linijos pločiui, krašto formai ir varžai
Undercut: sumažina efektyvų linijos plotį ir taip padidina varžą.
Linijinis optimizavimas: pažangūs ėsdinimo procesai, tokie kaip V{0}}formos arba trapecijos formos linijos, gali sumažinti varžos pokyčius ir pagerinti signalo vientisumą.