印刷電路板(PCB)是大多數現代電子設備的基本構建塊。無論是車庫門開啟器中使用的簡單單層板，智能手表中的六層板，還是超級計算機和服務器中使用的60層極高密度和高速電路板，所有其他電子元件都組裝在印刷電路板上面。半導體、連接器、電阻器、二極管、電容器和無線電設備安裝在PCB上，并通過PCB相互“交談”。PCB具有機械和電氣特性，使其成為各種應用的理想選擇。世界上制造的大多數PCB都是剛性的，今天制造的大約90%的PCB是剛性板。一些PCB是柔性的，允許電路彎曲和折疊成形狀，或者有時它們用于柔性電路可以承受數十萬次彎曲循環，電路中沒有任何中斷。這些柔性PCB約占市場的10%。其中剛性的電路板非常適合安裝和連接組件。
隨著電子設備的小型化、數字化、高頻化和多功能化發展，作為電子設備中電氣的互連件—印刷電路板，己不僅只是電流流通與否的問題，而是作為信號傳輸線的作用。也就是說，對高頻信號和高速數字信號的傳輸用PCB的電氣測試，不僅要測量電路(或網絡)的通、斷和短路等是否符合要求，而且還應該測量特性阻抗值是否在規定的合格范圍內。只有這兩方向都合格了，印刷電路板才符合要求。因此本文就實際中常用的表面微帶線結構多層板的特性阻抗控制的問題進行討論。
圖1 印刷電路板
1.表面微帶線及特性阻抗
表面微帶線的特性阻抗值較高并在實際中廣泛采用，它的外層為控制阻抗的信號線面，它和與之相鄰的基準面之間用絕緣材料隔開。見圖2。
圖2 表面微帶線結構
特性阻抗的計算公式為：
Z0=87/SQRT(εr+1.41)×ln[(5.98h)/(0.8w+t)](1)
Z0：印刷導線的特性阻抗：
εr：絕緣材料的介電常數：
h：印刷導線與基準面之間的介質厚度：
w：印刷導線的寬度：
t：印刷導線的厚度。
從圖2以及公式(1)可以看出，影響特性阻抗的主要因素是：(1)介質常數εr;(2)介質厚度h;(3)導線寬度w;(4)導線厚度t等。可以進一步得出結論，特性阻抗與襯底材料(CCL材料)密切相關。因此，在選擇基板材料時必須考慮很多因素。
2.材料的介電常數
材料的介電常數由材料制造商在頻率低于1MHz時測量。即使是同一種材料，由于樹脂含量不同，在不同廠家生產時也可能有所不同。以環氧玻璃布為例。環氧玻璃布的介電常數與頻率的關系可歸納為下圖。
圖3 介電常數與頻率的關系
由圖3可知，介電常數是隨著頻率的增加而減小，所以在實際應用中應根據工作頻率確定材料的介電常數，參照圖3。一般選用平均值即可滿足要求，信號在介質材料中傳輸速度將隨著介質常數增加而減小，因此要獲得高的信號傳輸速度必須降低材料的介質常數;同時要獲得高的傳輸速度就必須采用高的特性阻值，而高的特性阻抗必須選用低的介質常數材料。
圖中橫坐標取了對數刻度，也即頻率變化范圍為0.1～10000(MHz)。
3.導線寬度及厚度
導線寬度是影響特性阻抗變化的主要參數之一。圖3以表面微帶線為例，說明阻抗值與導線寬度的關系。
圖4 導線寬度、介質厚度與特性阻抗的關系
從圖4中可以看到當導線寬度改變0.025mm時，就會引起阻抗值相應的變化5～6Ω。而在實際生產中如果控制阻抗的信號線面使用18um銅箔，可允許的導線寬度變化公差為±0.015mm。如果控制阻抗的變化公差為35um銅箔，可允許的導線寬度變化公差為±0.003 mm。由此可見，生產中所允許的導線寬度變化會導致阻抗值發生很大的改變。導線的寬度是設計者根據多種設計要求確定的，它既要滿足導線載流量和溫升的要求，又要得到所期望的阻抗值，這就要求生產者在生產中應該保證線寬符合設計要求，并使其變化在公差范圍內以適應阻抗的要求。
導線厚度也是根據導體所要求的載流量以及允許的溫升確定的，在生產中為了滿足使用要求，鍍層厚度一般平均為25um，導線厚度等于銅箔厚度加上鍍層厚度，需要注意的是電鍍前一度要保證導線表面清潔，不應粘有殘余物和修板油黑，而導致電鍍時銅沒有鍍上，使局部導線厚度發生變化，影響特性阻抗值;另外，在刷板過程中，一定要小心操作，不要因此而改變了導線厚度，導致阻抗值發生變化。
4.介質厚度(h)
從公式(1)中可看出，特性阻抗Z0是與介質厚度的自然對數成正比的，因而可知介質厚度越厚，其Z0越大。所以介質厚度是影響特性阻值的另一個主要因素。因為導線寬度和材料的介電常數在生產前就已經確定。導線厚度工藝要求也可作為一個定值。所以控制層壓厚度(介質厚度)是生產中控制特性阻抗的主要手段。從圖4可以得出特性阻抗值與介質厚度變化之間的關系。由圖中可以看出，當介質厚度改變0.025mm時，就會引起阻抗值相應的變化+5～8Ω;而在實際生產過程中，所允許的每層層壓厚度變化將導致阻抗值發生很大的改變，在實際生產中是選用不同型號的半固化片作為絕緣介質，根據半固化片的數量確定絕緣介質的厚度;以表面微帶線為例，生產過程中可以參照圖3，確定相應工作頻率下絕緣材料的介電常數，然后利用公式計算出相應的Z0，再根據用戶提出的導線寬度值和計算值Z0，通過圖4查出相對應的介質厚度，然后根據所選用的覆銅板和銅箔的厚度確定半固化片的型號和張數。
圖5 不同結構的介質厚度對Z0的影響
從圖5可以看出，微帶線結構的設計比起帶狀線設計時，在相同介質厚度和材料下，具有較高的特性阻抗值，一般要大20～40Ω。因此，對高頻和高速數字信號傳輸大多采用微帶線結構的設計;同時，特性阻抗值將隨著介質厚度的增加而增大，所以對于特性阻抗值嚴格控制的高頻線路來說，對覆銅板的介質厚度的誤差應提出嚴格要求;一般來說，其介質厚度變化不超過10%，對于多層板來說，介質厚度還是個加工因素，特別是與多層層壓加工密切相關，因此也應嚴密加以控制。
5.關于印刷電路板的常見問題
5.1PCB是什么意思?
印刷電路板(PCB)是大多數現代電子設備的基本構建塊。
5.2印刷電路板(PCB)的應用有哪些?
印刷電路板(PCB)使用導電通路、軌道或信號跡線從層壓到非導電基板上的銅板蝕刻而成，用于機械支撐和電氣連接電子元件，用于制造商用機器和計算機以及通信。
5.3印刷電路板(PCB)是用什么做的?
PCB它是一種機械底座，包含反映設計原理圖的軌道和封裝。現代PCB通常由覆蓋有銅層的非導電基板制成。
5.4印刷電路板(PCB)有多少種類型?
PCB的構造有三種，即單面、雙面和多層。PCB上的元件通過兩種不同的方法(孔技術和表面貼裝)與電路進行電氣連接。
5.5為什么日常生活中需要PCB?
印刷電路板(PCB)在所有用于家用或工業用途的電子產品中都非常重要。PCB設計服務用于設計電子電路。除了電氣連接外，它還為電氣組件提供機械支撐。
5.6為什么印刷電路板(PCB)比面包板更受歡迎?
與面包板相比具有更好的載流能力。走線可以更寬，以便更多電流通過。端子可以添加到PCB以進行外部連接，可以使PCB剛性。
5.7哪種類型的PCB性價比相對較高?
鋁背板廣泛取代傳統的玻璃纖維基板印刷電路板，具有許多優點，成為大多數專業人士的理想選擇。鋁價格低廉，幾乎占地球重量的8.23%，是最經濟的制造工藝。
5.8哪種類型的電路板具有永久連接?
焊接印刷電路板具有永久性焊接，印刷電路板具有連接放置元件的孔的銅跡線。它們專為每個電路設計，使施工非常容易。
結語
以上就是影響PCB阻抗的主要因素介紹了。在實際生產中，導線的寬度、厚度、絕緣材料的介電常數和絕緣介質厚度的稍微改變都會引起特性阻抗值發生變化。另外特性阻抗值還會與其它生產因素有關，所以，為了實現對特性阻抗的控制，生產者必須了解影響特性阻抗值變化的因素，掌握實際生產條件，根據設計者提出的要求，調整各個工藝參數，使其變化在所允許的公差范圍內，以得到期望的阻抗值。
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