我國正處在以經(jīng)濟建設為中心和改革開(kāi)放的大好形勢下，電子工業(yè)的年增長(cháng)率會(huì )超過(guò)20%印刷電路板工業(yè)依附整個(gè)電子工業(yè)也會(huì )隨勢而漲，而且超過(guò)20%的增長(cháng)速度。世界電子工業(yè)領(lǐng)域發(fā)生的技術(shù)革命和產(chǎn) 業(yè)結構變化，正為印刷電路的發(fā)展帶來(lái)新的機遇和挑戰。印刷電路隨著(zhù)電子設備的小型化、數字化、高頻化和多功能化發(fā)展 作為電子設備中電氣的互連件中的金屬導線(xiàn)，已不僅只是電流流通與否的問(wèn)題，而是作為信號傳輸線(xiàn)的作用。也就是說(shuō)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，電路板才符合要求。

印刷電路板提供的電路性能必須能夠使信號傳輸過(guò)程中不發(fā)生反射現象，信號保持完整降低傳輸損耗起到匹配阻抗的作用，這樣才能得到完整、可靠、精確 無(wú)干擾、噪音的傳輸信號。本文就實(shí)際中常用的表 面微帶線(xiàn)結構多層板的特性阻抗控制的問(wèn)題進(jìn)行討論。

1.表面微帶線(xiàn)及特性阻抗

表面微帶線(xiàn)的特性阻抗值較高并在實(shí)際中廣泛采用，它的外層為控制阻抗的信號線(xiàn)面，它和與之相鄰的基準面之間用絕緣材料隔開(kāi)，特性阻抗的計算公式為：

a.微帶線(xiàn)(microstrip)

Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)] 其中，W為線(xiàn)寬，T為走線(xiàn)的銅皮厚度，H為走線(xiàn)到參考平面的距離，Er是PCB板材質(zhì)的介電常數(dielectric constant)。此公式必須在0.1<(W/H)<2.0及1<(Er)<15的情況才能應用。

b.帶狀線(xiàn)(stripline) 

Z=[60/sqrt(Er)]ln{4H/[0.67π(0.8W+T)]} 其中，H為兩參考平面的距離，并且走線(xiàn)位于兩參考平面的中間。此公式必須在W/H<0.35及T/H<0.25的情況才能應用

從公式可以看出 影響特性阻抗的主 要因素是（1）介質(zhì)常數Er，（2）介質(zhì)厚度H，（3）導線(xiàn)寬 度W，（4）導線(xiàn)銅的厚度T，因而可知特性阻抗與基板材料（覆銅板材）關(guān)系是非常密切的，故選擇基板材料在PCB設計中非常重要。

2.材料的介電常數及其影響

材料的介電常數是材料的生產(chǎn)廠(chǎng)家在頻率為1Mhz下測量確定的，不同生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)的同種材料由于其樹(shù)脂含量不同而不同。本研究以環(huán)氧玻璃布為例，研究了介電常數與頻率變化的關(guān)系，介電常數是隨著(zhù)頻率的增加而減小，所以在實(shí)際應用中應根據工作頻率確定材料的介電常數，一般選用平均值即可滿(mǎn)足要求，信號在介質(zhì)材料中傳輸速度將隨著(zhù)介質(zhì)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(zhì)常數，同時(shí)要獲得高的傳輸速度就必須采用高的特性阻值，而高的特性阻值必須選用低的介質(zhì)常數材料。

3.導線(xiàn)寬度及厚度的影響

導線(xiàn)寬度是影響特性阻抗變化的主要參數之一 ，圖 以表面微帶線(xiàn)為例，說(shuō)明阻抗值與導線(xiàn)寬度的關(guān)系。從圖中可以看到當導線(xiàn)寬度改變0.025mm時(shí) 就會(huì )引起阻抗值相應的變化5-6歐姆，而在實(shí)際生產(chǎn)中如果控制阻抗的信號線(xiàn)面使用18μm銅箔，可允許的導線(xiàn)寬度變化公差為±0.015mm，如果控制阻抗的變化 公差為35μm銅箔，可允許的導線(xiàn)寬度變化公差為0.025mm，由此可見(jiàn)，生產(chǎn)中所允許的導線(xiàn)寬度變化會(huì )導致阻抗值發(fā)生很大的改變，導線(xiàn)的寬度是設計者根據多種設計要求確定的，它既要滿(mǎn)足導線(xiàn)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(chǎn)者在生產(chǎn)中應該保證線(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)中為了滿(mǎn)足使用要求，鍍層厚度一般平均為25μm，導線(xiàn)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(xiàn)表面清潔、不應粘有殘余物和修板油黑，而導致電鍍時(shí)銅沒(méi)有鍍上，使局部導線(xiàn)厚度發(fā)生變化影響特性阻抗值。另外在刷板過(guò)程中 一定要小心操作，不要因此而改變了導線(xiàn)厚度，導致阻抗值發(fā)生變化。

4.介質(zhì)厚度H的影響

從公式中可看出特性阻抗是與介質(zhì)厚度的自然對數成正比的，因而可知介質(zhì)厚度越厚其阻抗值越大，所以介質(zhì)厚度是影響特性阻值的另一個(gè)主要因素。因為導線(xiàn)寬度和材料的介電常數在生產(chǎn)前就已經(jīng)確定，導線(xiàn)厚度工藝要求也可作為一個(gè)定值所以控制層壓厚度（介質(zhì)厚度）是生產(chǎn)中控制特性阻抗的主要手段。從圖可以得出特性阻抗值與介質(zhì)厚度變化之間的關(guān)系。由圖中可以看出當介質(zhì)厚度改變0.025mm時(shí)，就會(huì )引起阻抗值相應的變化+5-8歐姆，而在實(shí)際生 產(chǎn)過(guò)程中，所允許的每層層壓厚度變化將導致阻抗值發(fā)生很大的改變。在實(shí)際生產(chǎn)中是選用不同型號的半固化片作為絕緣介質(zhì)，根據半固化片的數量確定絕緣介質(zhì)的厚度。以表面微帶線(xiàn)為例：生產(chǎn)過(guò)程中可以參照圖。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阻抗值，再根據用戶(hù)提出的導線(xiàn)寬度值和計算阻抗值，通過(guò)圖查出相對應的介質(zhì)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。

從圖可以看出微帶線(xiàn)結構的設計比起帶狀線(xiàn)設計時(shí)，在相同介質(zhì)厚度和材料下，具有較高的特性阻抗值，一般要大20Ω-40Ω。因此對高頻和高速數字信號傳輸大多采用微帶線(xiàn)結構設計。同時(shí)特性阻抗值將隨著(zhù)介質(zhì)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(xiàn)路來(lái)說(shuō)，對覆銅板的介質(zhì)厚度的誤差應提出嚴格要求，一般來(lái)說(shuō)其介質(zhì)厚度變化不超過(guò)10%，對于多層板來(lái)說(shuō)介質(zhì)厚度還是個(gè)加工因素，特別是與多層層壓加工密切相關(guān)，因此也應嚴密加以控制。

5. 結 論

在實(shí)際生產(chǎn)中導線(xiàn)的寬度、厚度、絕緣材料的介電常數和絕緣介質(zhì)厚度的稍微改變都會(huì )引起特性阻抗值發(fā)生變化，另外特性阻抗值還會(huì )與其它生產(chǎn)因素有關(guān)，所以為了實(shí)現對特性阻抗的控制生產(chǎn)者必須了解影響特性阻抗值變化的因素，掌握實(shí)際生產(chǎn)條件，根據設計者提出的要求調整各個(gè)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。

華迪互連(H&D Interconnect)專(zhuān)注于高速PCB設計、PCB制板、SMT貼裝中小批量一站式制造服務(wù)提供商。