Impedanzkontrolle PCBs

Was ist eine Impedanzkontroll-Leiterplatte?

Impedanzkontroll-Leiterplatten sind Leiterplatten, die so konstruiert sind, dass sie eine gleichbleibende Impedanz auf der gesamten Leiterplatte aufrechterhalten. Die Impedanz einer Leiterplatte bezieht sich auf das Maß des Widerstands gegen den Fluss eines Wechselstromsignals (AC). Sie ist ein wichtiger Parameter, der die Leistung von digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltungen und analogen Schaltungen beeinflusst.

Da die Betriebsgeschwindigkeit elektronischer Schaltungen gestiegen ist, müssen die Leiterplatten einen kontrollierten Wellenwiderstand aufweisen, und die Mehrzahl der PCB-Hersteller stellen Leiterplatten zur Impedanzkontrolle für zahlreiche Anwendungen her.

Fähigkeiten bei der Herstellung von Impedanzkontroll-PCBs

PCBcontact ist ein professioneller Leiterplattenhersteller, der qualitativ hochwertige HDI-Leiterplattenprodukte herstellen kann. Prüfen Sie unser PCB-Herstellungskapazitäten in der folgenden Tabelle:

Monatliche Kapazität	3650 m²/Monat
Ebene	4 Lagen
Material	FR4, TG180
Fertige Plattendicke	1.6m
Min. Leiterbahnbreite/Abstand	8/8mil
Minimale Lochgröße	0,25 mm
Min. Kupfer in Lochstärke	1 Unze
Äußere Schicht Fertiges Kupfer Dicke	3oz
Dicke der inneren Kupferbasisschicht	3oz
Toleranz der Impedanzkontrolle	±10%

Warum ist eine Impedanzkontroll-Leiterplatte notwendig?

Wenn ein Signal eine bestimmte Impedanz benötigt, um ordnungsgemäß zu funktionieren, sollte eine kontrollierte Impedanz bevorzugt werden. Bei Hochfrequenzanwendungen ist es unerlässlich, die Impedanz auf der gesamten Elektronikkarte konstant zu halten, um die übertragenen Daten vor Schäden zu schützen und die Klarheit des Signals zu erhalten. Je länger die Leiterbahn oder je höher die Frequenz, desto mehr Anpassung ist erforderlich. Jeder Mangel an Strenge in dieser Phase kann die Schaltzeit eines elektronischen Geräts oder einer Schaltung verlängern und unerwartete Fehler verursachen.

Die unkontrollierte Impedanz ist schwer zu analysieren, sobald die Bauteile in den Schaltkreis eingebaut sind. Die Bauteile haben je nach Charge unterschiedliche Toleranzkapazitäten. Außerdem werden ihre Spezifikationen durch Temperaturschwankungen beeinflusst, die zu Fehlfunktionen führen können. In solchen Fällen scheint der Austausch des Bauteils zunächst die Lösung zu sein, obwohl in Wirklichkeit die ungeeignete Leiterbahnimpedanz die Ursache des Problems ist.

Deshalb müssen die Leiterbahnimpedanzen und ihre Toleranzen bereits in einem frühen Stadium des Leiterplattenentwurfs überprüft werden. Die Konstrukteure müssen Hand in Hand mit dem Hersteller arbeiten, um die Einhaltung der Bauteilwerte zu gewährleisten.

Faktoren, die die Impedanzkontrolle beeinflussen

Es gibt einige Faktoren, die sich auf die kontrollierte Impedanz der Leiterplatte auswirken: die dielektrische Dicke, die Leiterbahnbreite, die Kupferdicke, die Dielektrizitätskonstante Er des für den Stapel gewählten Materials und die Dicke der Lötmaske.

Spurbreite: Je größer die Leiterbahnbreite ist, desto geringer ist die Impedanz. Je dünner die Leiterbahnbreite ist, desto mehr Impedanz wird geboten. Eine Erhöhung der Leiterplattendicke erhöht die Impedanz, während eine Verringerung der Dicke die Impedanz verringert.
Dielektrische Dicke: Die dielektrische Dicke beeinflusst auch die Impedanz. Die Durchschlagsfestigkeit eines Materials ist ein Maß für die elektrische Festigkeit eines Isolators. Sie ist definiert als die maximale Spannung, die erforderlich ist, um einen dielektrischen Durchschlag durch das Material zu erzeugen, und wird in Volt pro Dickeneinheit ausgedrückt.
Dicke des Kupfers: Bei der Berechnung der Leiterbahnimpedanz in digitalen Hochgeschwindigkeits- und HF-Schaltungen wird auch die Kupferdicke berücksichtigt.
Dielektrizitätskonstante: Die Dielektrizitätskonstante ist das Verhältnis der elektrischen Dielektrizitätskonstante eines Materials zu der elektrischen Dielektrizitätskonstante im Vakuum. Bei einer Leiterplatte ändert sich die Dielektrizitätskonstante in der Regel umgekehrt zur Frequenz. Eine Leiterplatte mit einer niedrigen, stabilen Dielektrizitätskonstante ist für hohe Frequenzen und kontrollierte Impedanz geeignet. Eine schwierigere Dielektrizitätskonstante kann die Impedanz oft in unvorhersehbarer Weise beeinflussen.

Andere Designüberlegungen

Leiterbahnen sollten so kurz wie möglich gehalten werden, und die Länge sollte nach Möglichkeit reduziert werden. Bei größeren Leiterbahnlängen sollten Abschlüsse verwendet werden, um Reflexionen zu vermeiden.

Stichleitungen und Diskontinuitäten, die zu Reflexionen und einer Verschlechterung der Signalqualität führen, sollten vermieden werden.

Bei der Verlegung von Differenzpaaren ist darauf zu achten, dass die Signalpaare gleich lang sind.

Rückwärtsbohren - bei einer dicken Rückwandplatine, bei der das Signal von der obersten Schicht zu einer der inneren Schichten geht, ist der Rest des Kupferrohrs der Durchkontaktierung oder der Stift des Einpressverbinders ein Stummel, was zu Reflexionen führt. Durch Rückwärtsbohren wird das unerwünschte Kupfer entfernt. Es handelt sich dabei um eine Technik, mit der der ungenutzte Teil oder Stummel des Kupferrohrs aus einer Durchgangsbohrung in einer Leiterplatte entfernt wird.

Erwägen Sie die Verwendung von Chemisch Silber als Oberflächenbeschichtung anstelle von ENIG. Chemisch Silber führt zu einer geringeren Einfügedämpfung (verlustbehaftet) als ENIG, da der Nickelgehalt in ENIG sehr verlustbehaftet ist und aufgrund des Skin-Effekts nicht sehr gut für Hochgeschwindigkeitsdesigns geeignet ist. Die Ebenheit des Pads ist genauso gut wie bei ENIG und es lässt sich besser verarbeiten als ENIG.

Verringern Sie die Größe von Antipads auf Ebenenschichten. Antipads sind die Stellen, an denen Pads entfernt werden oder Kupfer auf Ebenenschichten entfernt wird, an denen das Pad nicht mit der Ebene verbunden sein sollte oder nicht verbunden ist. Manchmal ist die Größe der Antipads zu groß, wodurch unnötige Hohlräume in der Ebene entstehen. Wenn Sie das Antipad etwas kleiner machen, können Sie die Kontinuität der Ebene erhöhen, was zu einem saubereren Signal- und Rückweg führt.

Berechnung der differentiellen Impedanz

Um die Signalintegrität in PCB-Designs mit hohen Geschwindigkeiten zu gewährleisten, müssen die Verbindungen der Leiterbahnen eine hohe Impedanz aufweisen.

Diese können erst ermittelt werden, nachdem die kontrollierte Impedanz der Leiterplatte auf der Grundlage der Impedanzspezifikationen, des Layouts und des Lagenaufbaus berechnet wurde.

Sie können den Impedanzkalkulator online benutzen. Er hilft Ihnen bei der Berechnung von Leiterbahnbreiten, Single-Ended- oder Differential-Impedanzen - sowohl für Microstrip- als auch für Stripline-Modelle - und anderer Parameter wie die dielektrische Höhe, die Dielektrizitätskonstante und die Leiterbahndicke. Das Tool bietet auch einen Leitfaden für die Werte der Dielektrizitätskonstante für verschiedene Leiterplattenmaterialien.

Sie können sich auch an uns wenden, um eine Impedanzberechnung zu erhalten.

FAQs zur Impedanzkontrolle auf PCB

1. Was ist Impedanz?

Impedanz, gemessen in Ohm (Symbol Ω), ist etwas anderes als Widerstand. Die Impedanz ist ein Wechselstrommerkmal, während der Widerstand ein Gleichstrommerkmal ist. Die Impedanz wird umso wichtiger, je höher die Signalfrequenz ist. Typischerweise wird sie für Leiterbahnen bei Signalkomponenten von zwei- oder dreihundert MHz und darüber kritisch.

2. Wie funktioniert die Impedanzkontrolle?

Bei der Impedanzkontrolle wird die erforderliche Impedanz für Leiterbahnen und Übertragungsleitungen auf Ihrer Leiterplatte festgelegt. Dies ist besonders wichtig für Signale mit höherer Geschwindigkeit und kann durch das Substratmaterial, die Kupferbreiten und das Routing beeinflusst werden.

3. Was sind die 3 Arten von Impedanz?

Die Impedanz funktioniert mit Hilfe von drei Hauptelementen, nämlich Induktor, Kondensator und Widerstand. Außerdem werden die beiden Arten von Impedanzen, d. h. die Eingangsimpedanz und die Ausgangsimpedanz, sowie die Arten von Widerständen, die sie bieten, vorgestellt.

4. Warum ist die Impedanz in einem Stromkreis wichtig?

Die Impedanz hat - wenn sie nicht korrekt behandelt wird - einen bemerkenswert negativen Einfluss auf die Leistung der Schaltung. Ohne die richtige Impedanzanpassung kann es auf dem Weg von der Quelle zur Last zu Reflexionen kommen.

5. Warum ist eine höhere Impedanz besser?

Die höhere Impedanz hat mehr Wicklungen in einer Spule, was zu einem besseren Motorsystem mit weniger Kompromissen führen kann, was wiederum zu einem besseren Gesamtklang und einer verbesserten Basswiedergabe führt.

6. Warum wird beim PCB-Layout eine 50-Ohm-Impedanz verwendet?

50 Ohm ist der am wenigsten schlechte Kompromiss zwischen der Impedanz, die dem geringsten Verlust, der maximalen Leistung und der maximalen Spannung entspricht.

7. Was ist die charakteristische Impedanz bei PCB?

Die wichtigste davon ist der Wellenwiderstand, der einfach die Impedanz einer Übertragungsleitung auf einer Leiterplatte in völliger Isolierung von jeder anderen Übertragungsleitung ist. Dieser Wert beträgt normalerweise 50 Ohm, obwohl er je nach dem in Ihrem Gerät verwendeten Signalisierungsstandard einen anderen Wert annehmen kann.

8. Was beeinflusst die Impedanz einer Leiterplatte?

Einige Faktoren, die die Impedanzkontrolle beim Leiterplattendesign beeinflussen, sind Leiterbahnbreite, Kupferdicke, dielektrische Dicke und Dielektrizitätskonstante.