PCBインピーダンスマッチング設計の技術要件と方法

PCB メーカー、PCB 設計者、および PCBA メーカーが、PCB インピーダンス整合設計の技術要件と方法を説明します。

インピーダンス整合と伝送線路損失の低減は、高速プリント回路基板 (PCB) の重要な指標です。 PCB の重要な部分であるソルダーレジスト層は、外部伝送ラインのインピーダンスと損失に大きな影響を与えます。高速 PCB の設計と製造では、インピーダンスと損失に対するソルダーマスクの影響と、PCB の電気的特性に対するソルダーマスクの影響を軽減する方法を理解することが重要です。このペーパーでは、非ソルダーレジスト層とソルダーレジストインクを被覆する前後の PCB の電気的特性の変化を比較分析し、外部伝送ラインのインピーダンスと損失に対する従来のソルダーレジストインクの影響に焦点を当てています。高速 PCB 設計およびインピーダンス整合設計の参考データを提供します。当社のはんだインクの誘電率は一般的に 4.0 であり、損失係数は 0.02 ～ 0.04 です。

1. はじめに

科学技術の発展に伴い、電子製品は高密度、多機能、高周波、高速信号伝送の方向に発展し続けています。現在、バックボーンネットワークの信号伝送周波数は 100Gbit/s に達しており、対応する単一チャネル伝送速度も 10Gbit/s または 25Gbit/s に達しており、高速信号伝送は急速な発展傾向を維持しています。信号伝送の高速化により、信号伝送プロセスで反射やクロストークなどのシグナルインテグリティの問題が発生しやすくなっています。伝送速度が速いほど、信号損失が大きくなります。伝送プロセスでの信号損失をどのように減らし、信号の完全性を確保するかは、高速 PCB の開発における大きな課題です。

printed circuit boards

2. インピーダンスの主な種類と影響要因

インピーダンス (Zo) の定義: 既知の周波数で流れる AC 電流によって生じる総抵抗は、インピーダンス (Zo) と呼ばれます。プリント回路基板の場合、高周波信号下で信号層から最も近い基準面までの総インピーダンスを指します。

2.1 インピーダンスタイプ:

(1) 特性インピーダンスコンピュータや無線通信などの電子情報製品において、PCB の回路を伝わるエネルギーは、電圧と時間からなる方形波信号 (パルスと呼ばれる) であり、その抵抗を特性インピーダンスと呼びます。

（２）差動インピーダンス駆動側は、２本の差動線路でそれぞれ伝送される極性が逆の２つの同一信号波形を入力し、受信側で２つの差動信号を減算する。差動インピーダンスは、2 つのライン間のインピーダンス Zdiff です。

(3) 奇数モードインピーダンス 2 ラインのうち 1 ラインの対地インピーダンスは同じです。

(4) 偶数モードのインピーダンス駆動端において、入力極性が同じで、2 つの同一の信号波形で 2 つのラインが接続されている場合のインピーダンス Zcom。

(5) コモンモードインピーダンス 2 本のラインのうち 1 本のラインからグランドまでのインピーダンス Zoe は同じで、通常は奇数モードのインピーダンスよりも大きくなります。

その中で、特性と差動は共通のインピーダンスであり、コモンモードと奇数モードはまれです。

2.2 インピーダンスに影響する要因:

W - インピーダンスは線幅/線幅の増加とともに減少し、インピーダンスは距離の増加とともに増加します。

H - 絶縁体の厚さが増すとインピーダンスが増加します。

T -- 銅の厚さが増すとインピーダンスが低下します。

H1 - グリーンオイルの厚さが増すとインピーダンスが減少します。

Er…誘電率基準層のDK値が増加し、インピーダンスが減少。

アンダーカット - インピーダンスは、W1-W アンダーカットの増加とともに増加します。

3. インピーダンス計算の自動化

現在、業界で最も一般的に使用されているインピーダンス計算ツールは、Polar が提供する Si8000 Field Solver です。 Si8000 は、私たちが使い慣れた初期の Polar インピーダンス設計システムのユーザーインターフェイスに基づいて構築された、新しい境界要素法電界効果計算ソフトウェアです。このソフトウェアには、さまざまなインピーダンスモジュールが含まれています。特定のモジュールを選択し、ライン幅、ライン間隔、誘電体層の厚さ、銅の厚さ、Er 値などの関連データを入力することにより、担当者はインピーダンスの結果を計算できます。 PCB のインピーダンス制御の数は、4 ～ 5 グループから数十グループまでさまざまです。各グループには、制御線の幅、誘電体の厚さ、銅の厚さなどが異なります。データを 1 つずつ確認してから、関連するパラメータを手動で入力して計算すると、時間がかかり、エラーが発生しやすくなります。 PCB 製造業者、PCB 設計者、および PCBA 製造業者は、PCB インピーダンス整合設計の技術要件と方法について説明します。