A medida que los productos electrónicos experimentan un rápido desarrollo, el mercado exige cada vez mayores requerimientos tanto para las PCB rígido-flexibles (placas de circuito impreso) como para las PCB con control de impedancia, junto con requisitos cada vez más rigurosos sobre ellas. El principal problema al que se enfrentan las PCB rígido-flexibles con requisitos de impedancia radica en una gran diferencia entre el valor medido y el valor de diseño, que puede superar los 20 Ω, lo que provoca el fracaso de la compensación de diseño y dificulta el control del proceso de fabricación. Este artículo analiza principalmente cómo cumplir con una rigurosa precisión en el control de impedancia desde la perspectiva del diseño de PCB y se espera que sea de utilidad para el personal que trabaja en la industria de fabricación de PCB.
Los principales elementos que afectan la impedancia incluyen la constante dieléctrica, el grosor del medio, el ancho de la pista y el grosor del cobre.
Según el análisis de la sección transversal, cuando se aplican datos prácticos de sección transversal en los módulos, la diferencia entre el valor calculado y el valor medido en la práctica obtenido mediante el instrumento de impedancia se encuentra en el rango de 14Ω a 33Ω, lo cual se resume en la siguiente tabla.
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Valor teórico (Ω)
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Valor medido (Ω)
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Diferencia (Ω)
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| 113 |
143 |
30 |
| 109 |
134 |
25 |
| 95 |
112 |
17 |
| 93 |
107 |
14 |
| 120 |
153 |
33 |
| 110 |
139 |
29 |
| 96 |
119 |
23 |
| 95 |
116 |
21 |
| 125 |
153 |
28 |
| 110 |
141 |
31 |
| 100 |
123 |
23 |
| 90 |
110 |
20 |
| 124 |
151 |
27 |
| 112 |
137 |
25 |
| 104 |
123 |
19 |
| 95 |
113 |
18 |
Basado en la diferencia demostrada arriba, la diferencia entre el valor teórico y el valor medido es demasiado grande, posiblemente debido a las siguientes razones:
Durante el diseño de ingeniería, el acceso se sustituye incorrectamente por un parámetro de software.
De acuerdo con los factores que afectan la impedancia y los datos de la sección transversal, quizás solo la constante dieléctrica conduzca a un acceso inexacto. Basado en el concepto combinado de constante dieléctrica, se puede saber que la constante dieléctrica deMaterial del sustrato de PCBes un resultado integral de la constante dieléctrica del material dieléctrico en el material del sustrato, que puede indicarse aproximadamente mediante la suma ponderada de la constante dieléctrica de la resina en el material dieléctrico y la constante dieléctrica del material de refuerzo. Sin embargo, cuando se trata de material flexible, este se compone de adhesivo y PI (poliimida). Por lo tanto, la constante dieléctrica del material flexible es la constante dieléctrica integral tanto del adhesivo como de la PI.
El diseño del módulo de medición es incorrecto con respecto a la PCB
Durantediseño de impedanciaEl proceso de medición de la línea de impedancia generalmente implica el diseño de la línea de transmisión y del plano de referencia, y debe garantizarse que se mantenga cierta distancia entre el borde de cobre del plano de referencia y la línea de impedancia. En lo que respecta a esta situación, la distancia es solo de 0,5 mm, lo que puede ser demasiado corta, llevando a ignorar por completo este plano de referencia.
• Esquema experimental
Paso 1: los datos de ingeniería se diseñan para verificar respectivamente:
i. Influencia del foil de cobre de transmisión en la impedancia cuando se añade o no se añade al módulo de medición.
ii. ¿Cuál es la influencia de la distancia entre el borde de la lámina de cobre y la línea de impedancia sobre la impedancia en el módulo de medición? La distancia horizontal entre el borde de diseño y la línea de impedancia es respectivamente de 0,5 mm y 4,5 mm.
iii. El diseño del módulo de medición determina la influencia del plano de referencia de rejilla y del plano de referencia de lámina de cobre sobre la impedancia.
Paso 2: Se fabrica la placa flexible y se mide la impedancia de la placa flexible.
Paso 3: El acceso a la sección transversal se sustituye por la impedancia teórica del cálculo del módulo y se determina de acuerdo con la constante dieléctrica global del material dieléctrico, de modo que se puedan eliminar los errores provocados por el acceso.
Paso 4: Se pueden sacar conclusiones mediante la comparación de datos: método de acceso a parámetros y normativas de diseño del módulo de medición.
• Resultado experimental
1)De acuerdo con el esquema experimental con y sin lámina de cobre de transmisión añadida al módulo de medición, los datos de medición originales indican que la impedancia provoca una diferencia tan pequeña entre añadir y no añadir la lámina de cobre de transmisión. Por lo tanto, se puede concluir que no se ejerce ninguna influencia sobre la impedancia, tanto si se añade como si no se añade la lámina de cobre de transmisión.
2)De acuerdo con el esquema experimental diseñado en función de la distancia entre el borde del cobre del plano de referencia y la línea de impedancia, la diferencia de impedancia es tan pequeña que se puede concluir que la distancia entre el borde del cobre del plano de referencia y la línea de impedancia no ejerce ninguna influencia sobre la impedancia.
3)De acuerdo con el esquema experimental diseñado en función de la rejilla y el módulo de lámina de cobre concebido para el plano de referencia del módulo de medición, se puede concluir que la impedancia se verá influenciada de manera drástica cuando el plano de referencia del módulo de medición se diseñe como lámina de cobre y rejilla.
4)De acuerdo con el esquema experimental relativo a diferentes anchos de pista, rejillas y módulos de lámina de cobre de distintos tamaños, se puede concluir que cuando la rejilla se diseña como plano de referencia, está asociada con la tasa de cobre residual. Cuanto mayor sea la tasa de cobre residual, menor será la diferencia que se producirá con la lámina de cobre. Cuanto menor sea la tasa de cobre residual, mayor será la diferencia que se producirá con la lámina de cobre. Por lo tanto, cuando se utiliza la rejilla como plano de referencia, el cobre debe recubrirse en el lugar de referencia de forma compatible con la posición de la línea de impedancia.
5)De acuerdo con el módulo de medición de diseño práctico, el acceso a la sección transversal se sustituye en el módulo para calcular la impedancia teórica, que luego se compara con la impedancia de medición práctica. Dado que el material flexible está compuesto por adhesivo y PI, la constante dieléctrica del material flexible debe ser una constante dieléctrica integral de ambos componentes o se obtiene una constante dieléctrica única mediante la aplicación de un software para el cálculo de la impedancia. Con base en resultados experimentales previos, se puede concluir que la constante dieléctrica del PI es 2,8, mientras que la del adhesivo es 3,5. Como resultado, al introducir los datos en el software para el cálculo, se verificará la precisión de la constante dieléctrica.
Consideración n.º 1: El plano de referencia debe ser el plano de referencia de la cuadrícula y el plano de referencia de la lámina de cobre.
Basándose en los resultados experimentales enumerados anteriormente, se puede concluir que el diseño de ingeniería basado en un plano de referencia de lámina de cobre es capaz de cumplir con el requisito de impedancia de la PCB rígido-flexible. Cuando se diseña un plano de referencia en rejilla, cuanto mayor es la rejilla, mayor será la diferencia que se generará entre la impedancia de la rejilla para la tasa mínima de cobre residual y la impedancia de la lámina de cobre, mientras que cuanto más pequeña es la rejilla, menor será la diferencia que se generará entre la impedancia de la rejilla para la tasa máxima de cobre residual y la impedancia de la lámina de cobre.
En conclusión, el diseño de rejilla como plano de referencia está estrechamente relacionado con el tamaño de la rejilla, es decir, con la tasa de cobre residual. Cuanto mayor sea la tasa de cobre residual, menor será la diferencia entre esta y la impedancia del foil de cobre y los datos de diseño teóricos. Cuanto menor sea la tasa de cobre residual, mayor será la diferencia entre esta y la impedancia del foil de cobre y los datos de diseño teóricos. Como resultado, cuando se selecciona la rejilla como plano de referencia, se debe recubrir de cobre el plano de referencia de manera compatible con la posición de la línea de impedancia correspondiente.
Consideración n.º 2: La impedancia de la PCB flexible-rígida debe diseñarse en función de la incorporación de la funcionalidad del software de cálculo de impedancia.
En comparación con el software ordinario de cálculo de impedancia, el software de cálculo de impedancia con funcionalidad añadida incluye una función de adquisición de acceso para cada capa de medio y ofrece un rendimiento más preciso en términos de adquisición de acceso. Además, es más fácil simular situaciones prácticas y más conveniente de aplicar al diseño de ingeniería.
Consideración n.º 3: La constante dieléctrica de cada capa individual se obtiene en la placa rígido-flexible.
Se puede verificar mediante experimentos a escala completa que la constante dieléctrica de la PI es 2,8, mientras que la del adhesivo es 3,5, lo que puede utilizarse como referencia para el diseñador de placas rígido-flexibles. El cálculo de datos teóricos basado en la aplicación de un software de cálculo de impedancia con funcionalidad añadida es capaz de satisfacer la demanda de los clientes de PCB rígido-flexibles.
