刚硬 PCB 的阻抗设计注意事项

随着电子产品的快速发展，市场对刚硬PCB（印刷电路板）和阻抗控制PCB的要求越来越高，同时对它们的要求也越来越严格。对阻抗有要求的刚硬PCB面临的主要问题是测量值与设计值相差较大，高达20Ω以上，导致设计补偿失败，制造难以控制。本文主要从PCB设计的角度探讨如何满足严格的阻抗控制精度，希望对PCB制造行业的工作人员有所帮助。

阻抗控制分析

影响阻抗的主要因素包括介电常数、介质厚度、走线宽度和铜厚度。

基于横截面分析，当实际横截面数据应用于模块时，阻抗仪得到的计算值与实际测量值之间的差异在14Ω到33Ω之间，总结如下表。

综合上述差异，理论值与实测值相差过大，可能有以下原因：

工程设计时，软件参数代入错误。

根据影响阻抗和截面数据的因素，也许只有介电常数会导致访问不准确。基于介电常数的综合概念可知，PCB基板材料的介电常数是介电材料在基板材料中的介电常数的综合结果，可以近似地用介电材料中树脂的介电常数与增强材料的介电常数。然而，当谈到柔性材料时，它由粘合剂和 PI（聚酰亚胺）组成。因此，柔性材料的介电常数是粘合剂和PI的综合介电常数。

PCB测量模块设计不正确

在阻抗设计过程中，阻抗线测量通常涉及传输线设计和参考平面，应保证参考平面铜边与阻抗线之间可以保持一定的距离。就这种情况而言，距离只有0.5mm，可能太短了，导致完全忽略了这个参考平面。

• 实验方案

第一步：设计工程数据，分别验证：
i．传输铜箔加入或不加入测量模块时对阻抗的影响。
ii．铜箔边缘和阻抗线之间的距离对测量模块中的阻抗有什么影响。设计边与阻抗线的水平距离分别为0.5mm和4.5mm。
iii．测量模块设计决定了网格参考平面和铜箔参考平面对阻抗的影响。

第二步：制作柔性板并测量柔性板的阻抗。

Step 3：将截面接入代入模块计算的理论阻抗，根据介电材料的综合介电常数进行计算，以消除接入带来的误差。

Step 4：通过数据对比得出结论：参数获取方式和测量模块的设计规范。

• 实验结果

1）按照测量模块加和不加透射铜箔的实验方案，原始测量数据表明，阻抗导致透射铜箔加和不加的差别如此之小。因此可以得出结论，无论添加或不添加传输铜箔，对阻抗都没有影响。

2）根据参考平面铜箔边缘到阻抗线距离设计的实验方案，阻抗差异很小，可以得出结论，参考平面铜箔边缘到阻抗线的距离对阻抗没有影响。

3) 根据基于网格设计的实验方案和为测量模块参考面设计的铜箔模块，可以得出当测量模块参考面设计为铜箔和网格时，阻抗会受到显着影响。

4）根据不同走线宽度、不同网格和不同尺寸铜箔模块的实验方案，可以得出，当网格设计为参考平面时，它与铜的残留率有关。铜的残留率越高，与铜箔的差异就越小。铜的残留率越低，与铜箔的差异越大。因此，以网格为参考平面时，应在与阻抗线位置相适应的参考位置镀铜。

5）根据实际设计的测量模块，将横截面接入模块代入计算出理论阻抗，然后与实际测量阻抗进行比较。由于柔性材料是由粘合剂和PI组成的，因此柔性材料的介电常数应该是两种成分的综合介电常数，或者通过应用阻抗计算软件获得单一介电常数。根据之前的实验结果，可以得出结论，PI 的介电常数为 2.8，而粘合剂的介电常数为 3.5。因此，将数据代入软件进行计算，将验证介电常数的准确性。

刚硬结合板设计人员对阻抗设计的考虑

注意事项#1：参考平面应为网格参考平面和铜箔参考平面。

综合以上实验结果可以得出结论，基于铜箔参考平面的工程设计能够满足刚硬结合板的阻抗要求。设计网格参考平面时，网格越大，最小残留铜率的网格阻抗与铜箔阻抗的差异越大；网格越小，最大残留率的网格阻抗差异越小。铜和铜箔阻抗的残留率。

总之，作为参考平面的网格设计与网格尺寸，即铜的残留率密切相关。铜的残留率越高，它与铜箔阻抗和理论设计数据的差异就越小。铜的残留率越低，与铜箔阻抗和理论设计数据的差异越大。 As a result, when grid is selected as reference plane, copper should be coated on reference plane compatible with corresponding impedance line position.

考虑#2：刚硬PCB阻抗的设计要根据阻抗计算软件的添加功能来设计。

与普通阻抗计算软件相比，增加功能的阻抗计算软件包含了针对每个介质层的访问获取功能，在访问获取方面表现更准确。而且更容易模拟实际情况，更便于工程设计应用。

考虑#3：每层的介电常数是在刚硬板上获取的。

通过实尺实验验证，PI的介电常数为2.8，粘合剂的介电常数为3.5，可供软硬结合板设计人员参考。基于附加功能的阻抗计算软件应用的理论数据计算，能够满足刚硬PCB客户的需求。

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