Untuk menepati keperluan pembangunan seperti peminiaturan, pendigitalan, frekuensi tinggi dan pelbagai fungsi, wayar logam pada PCB (Papan Litar Bercetak) sebagai peranti antara sambungan dalam peralatan elektronik bukan sahaja menentukan pembukaan aliran arus, tetapi juga berperanan sebagai talian penghantaran isyarat. Dengan kata lain, ujian elektrik yang dilaksanakan pada PCB yang bertanggungjawab untuk menghantar isyarat frekuensi tinggi dan isyarat digital berkelajuan tinggi perlu mengesahkan hidup, mati dan pintas litar pada satu pihak. Ia juga harus memastikan bahawa impedans ciri tidak sekali-kali melebihi julat yang ditetapkan pada pihak yang lain. Ringkasnya, papan litar tidak akan mencapai pematuhan kepada keperluan melainkan kedua-dua keperluan tersebut dipenuhi.
Prestasi litar yang disediakan oleh PCB mesti memastikan pantulan tidak berlaku semasa proses penghantaran isyarat; isyarat kekal bersepadu; kehilangan penghantaran dikurangkan dengan pencapaian pemadanan impedans. Oleh itu, isyarat penghantaran dapat dicapai secara bersepadu, boleh dipercayai dan tepat tanpa gangguan atau hingar. Artikel ini memberi tumpuan kepada kawalan impedans ciri papan berbilang lapis dengan struktur mikrostrip.
Mikrostrip Permukaan dan Impedans Ciri
Dengan impedans ciri yang tinggi, mikrostrip permukaan telah digunakan secara meluas dalam fabrikasi PCB. Satu satah isyarat ditetapkan sebagai lapisan luar untuk mengawal impedans dan bahan penebat digunakan untuk memisahkan satah isyarat dan satah datum bersebelahannya, seperti yang dapat dilihat dengan jelas dalam imej di bawah.
Impedans ciri boleh dikira melalui formula:
.
di manaZ0merujuk kepada impedans ciri;εrkepada pemalar dielektrik bahan penebat;hkepada ketebalan bahan penebat antara jejak dan satah datum;wkepada lebar jejak;tmerujuk kepada ketebalan jejak. Rajah di bawah dengan jelas menunjukkan maksud setiap parameter.
Berdasarkan formula yang dipaparkan di atas, dapat disimpulkan bahawa elemen yang mempengaruhi impedans ciri termasuk:
a. Pemalar dielektrik bahan penebat (εr);
b. Ketebalan bahan penebat (h);
c. Lebar jejak (w);
d. Ketebalan jejak (t).
Ia selanjutnya boleh disimpulkan bahawa impedans ciri mempunyai kaitan rapat dengan bahan substrat (bahan CCL). Oleh itu, banyak pertimbangan perlu diambil kira untukpemilihan bahan substrat.
Pemalar Dielektrik dan Kesan-kesannya
Pemalar dielektrik bahan diukur oleh pengeluar bahan apabila frekuensi berada di bawah 1MHz. Walaupun jenis bahan yang sama mungkin berbeza antara satu sama lain apabila dihasilkan oleh pengeluar yang berbeza disebabkan oleh kandungan resin yang berbeza. Ambil kain kaca epoksi sebagai contoh. Hubungan antara pemalar dielektrik kain kaca epoksi dan frekuensi boleh diringkaskan dalam rajah berikut.
Jelas sekali, pemalar dielektrik menurun apabila frekuensi meningkat. Oleh itu, pemalar dielektrik bahan penebat harus ditentukan mengikut frekuensi operasi bahan tersebut dan nilai purata sudah memadai untuk memenuhi keperluan biasa. Kelajuan penghantaran isyarat akan berkurang apabila pemalar dielektrik meningkat, jadi pemalar dielektrik perlu dikurangkan jika kelajuan penghantaran isyarat yang tinggi diperlukan. Selain itu, impedans ciri yang tinggi perlu dipastikan demi kelajuan penghantaran yang tinggi, yang seterusnya bergantung pada bahan dengan pemalar dielektrik yang rendah.
Lebar dan Ketebalan Jejak
Lebar jejak ialah salah satu unsur yang paling berpengaruh yang menjejaskan impedans ciri dan Rajah 4 di bawah menunjukkan hubungan antara impedans ciri dan lebar jejak.
Berdasarkan Rajah 4, dapat disimpulkan bahawa apabila lebar jejak berubah sebanyak 0.025mm, impedans seterusnya akan berubah sebanyak 5 hingga 6 ohm. Namun begitu, dalam pembuatan PCB sebenar, jika kerajang kuprum dengan toleransi lebar 18μm dipilih sebagai satah isyarat untuk mengawal impedans, toleransi lebar jejak yang dibenarkan ialah ±0.015mm. Jika kerajang kuprum dengan toleransi lebar 35μm dipilih, toleransi lebar jejak yang dibenarkan ialah ±0.003mm. Kesimpulannya, perubahan lebar jejak akan membawa kepada perubahan impedans yang ketara. Lebar jejak direka oleh pereka bentuk berdasarkan pelbagai keperluan reka bentuk dan ia bukan sahaja perlu memenuhi keperluan kapasiti arus dan kenaikan suhu, tetapi juga membawa impedans kepada nilai yang dijangkakan. Oleh itu, lebar jejak mesti dipastikan serasi dengan keperluan reka bentuk dan berada dalam julat toleransi yang dibenarkan.
Ketebalan jejak juga perlu ditentukan mengikut kapasiti arus yang diperlukan dan kenaikan suhu yang dibenarkan. Dalam pembuatan, ketebalan salutan secara amnya adalah purata 25μm. Ketebalan jejak adalah sama dengan jumlah ketebalan kerajang kuprum dan ketebalan salutan. Perlu diperhatikan bahawa permukaan jejak mesti dibersihkan sebelum penyaduran elektrik supaya bahan cemar dapat disingkirkan. Jika tidak, ketebalan jejak berkemungkinan menjadi tidak sekata, yang seterusnya menjejaskan impedans ciri.
Ketebalan Bahan Penebat
Berdasarkan formula yang diperkenalkan di atas untuk menentukan impedans ciri, dapat disimpulkan bahawa impedans ciri adalah berkadar terus dengan logaritma semula jadi ketebalan bahan penebat (h). Selepas itu, semakin besar "h", semakin besar "Z0akan menjadi. Oleh itu, ketebalan bahan penebat juga merupakan elemen penting yang menentukan impedans ciri. Oleh kerana lebar jejak dan pemalar dielektrik bahan telah ditentukan sebelum pembuatan dan ketebalan jejak boleh dianggap sebagai nilai tetap, kaedah utama untuk mengawal impedans ciri adalah dengan mengawal ketebalan laminasi. Hubungan antara ketebalan jejak dan impedans ciri boleh dirumuskan dalam rajah berikut.
Daripada rajah ini, dapat dilihat bahawa apabila ketebalan meningkat sebanyak 0.025mm, impedans ciri akan berubah sebanyak 5 hingga 8ohm. Namun begitu, dalam proses pembuatan PCB, perubahan besar mungkin berlaku disebabkan oleh perubahan pada setiap ketebalan laminat. Sebenarnya, prepreg dengan jenis yang berbeza dipilih sebagai bahan penebat dalam proses pembuatan dan ketebalannya boleh ditentukan oleh bilangan prepreg. Ambil mikrostrip sebagai contoh. Rajah 3 boleh digunakan untuk menentukan pemalar dielektrik bahan penebat berdasarkan frekuensi kerja yang sepadan, selepas itu impedans ciri boleh dikira. Seterusnya, selaras dengan lebar jejak dan nilai impedans ciri yang dikira, Rajah 4 boleh digunakan untuk mengira ketebalan bahan penebat, berdasarkan mana jenis dan bilangan prepreg boleh ditentukan berdasarkan ketebalan CCL dan kerajang tembaga.
Selaras dengan Rajah 5 di atas, ditunjukkan bahawa struktur mikrostrip mempunyai impedans ciri yang lebih tinggi berbanding struktur stripline apabila bahan penebat dengan ketebalan yang sama digunakan. Oleh itu, struktur mikrostrip menjadi pilihan untuk penghantaran isyarat digital frekuensi tinggi dan berkelajuan tinggi. Selain itu, impedans ciri meningkat dengan pertambahan ketebalan bahan penebat. Justeru, bagi litar frekuensi tinggi dengan impedans ciri yang ketat, ketebalan bahan penebat CCL perlu mengekalkan toleransi yang ketat yang biasanya maksimum 10%. Namun begitu, bagi papan berbilang lapis, ketebalan bahan penebat juga merupakan satu parameter pembuatan, maka ia juga perlu dikawal dengan ketat.
Kesimpulannya, walaupun perubahan kecil pada lebar jejak, ketebalan jejak, pemalar dielektrik dan ketebalan bahan penebat boleh menyebabkan perubahan pada impedans ciri. Selain unsur-unsur tersebut, ia juga berkait rapat dengan lebih banyak unsur lain. Oleh itu, adalah sangat perlu bagi pengeluar untuk benar-benar memahami unsur-unsur yang menimbulkan perubahan pada impedans ciri dan melaraskan parameter pembuatan supaya impedans ciri dapat dikekalkan dalam julat yang boleh diterima.
PCBCart berupaya mengeluarkan papan litar bercetak dengan toleransi impedans yang dikawal dalam julat ±5% - ±10%. Mahu tahu berapa kos untuk menjadikan reka bentuk tersuai anda sebagai papan sebenar? Gunakan kamikalkulator harga PCB dalam talianuntuk mendapatkan harga PCB anda dalam beberapa saat.
Dapatkan Sebut Harga Segera untuk Pemasangan PCB & Pembuatan PCB
Sumber yang Berguna:
•Kawalan Impedans dalam Reka Bentuk PCB Litar Digital Berkelajuan Tinggi
•Kawalan Impedans Via dan Pengaruhnya terhadap Integriti Isyarat dalam Reka Bentuk PCB
•Pertimbangan Reka Bentuk Impedans untuk PCB Fleks-Kaku
•Perkhidmatan Pembuatan PCB Ciri Penuh daripada PCBCart - Pelbagai Pilihan Nilai Tambah
•Perkhidmatan Pemasangan PCB Termaju daripada PCBCart - Bermula dari 1 keping
