PCB技術 - インピーダンスモデルの説明とインピーダンス計算

インピーダンス計算

次に、図1に示す8層板積層を例にして、関連インピーダンスの計算方法を紹介する

図1-8積層板

マイクロストリップ線インピーダンス計算

1、表層（Top/Bot層）は第2層を参照し、単端インピーダンスはCoatedMicrostrip 1 Bモデルを選択し、単端50オームインピーダンス計算方法は図2に示すように、最後に表層50オーム単端線幅は6 milであることを得た。

図2-表層（Top/Bot層）シングルエンドインピーダンス計算

2、表層差分インピーダンスはEdge-CoupledCoated Microstrip 1 Bモデルを選択し、差分100オームインピーダンス計算は図3に示すように、最後に得られた表層100オーム差分線幅線距離は4.7/8 milである。

図3-表層（Top/Bot層）差分インピーダンス計算

3、表層（Top/Bot層）無線周波数信号50オームインピーダンスの計算：

無線周波数信号には十分な幅の線幅が必要であり、インピーダンスが変わらない場合、線幅を大きくするにはインピーダンス線と参照層との距離を新たに追加しなければならないので、50 Ohm無線周波数信号はセパレータ参照、つまり参照第3層を行う必要があり、インピーダンスモデルはCoatedMicrostrip 2 Bインピーダンス計算方法を図4に示し、最後に表層50 Ohm無線周波数信号を得る線幅は15.7 milである。

図4-表層50 Ohm無線周波数信号インピーダンス計算

4、マイクロストリップ線インピーダンス計算パラメータの説明：

H 1は表層から基準層までの媒体厚であり、基準層の銅厚を含まない。

C 1、C 2、C 3は緑油の厚さで、一般的に緑油の厚さは0.5 mil ~ 1 mil程度であるので、デフォルトのままでよく、その厚さがインピーダンスに与える影響はそれほど大きくない、

T 1の厚さは一般的に表層ベースの銅厚メッキの厚さであり、1.8 milは0.5 OZ（ベースの銅厚）+Platingの結果である。

一般的にW 1は板上引き廻し線の幅であり、加工後の線が台形であることからW 2

ストリップ線インピーダンス計算

1、帯状線（Art 03とArt 06層）内層単端インピーダンスはOfffeset Stripline 1 B 1 Aモデルを選択し、50オームインピーダンス計算方法は図5に示すように、計算した内層50オーム単端線幅は5 milである。

内層50オーム単端インピーダンス計算

図5-内層50オーム単端インピーダンス計算

2、帯状線（Art 03とArt 06層）内層差分インピーダンスはEdge-Coupled Offset Stripplineモデル1 B 1 Aを選択し、100差分オームインピーダンス計算方法は図6に示すように、計算された内層100オーム差分線幅線距離は4.3/9 milである。

図6-内層100オーム差分インピーダンス計算

3、ストリップ線インピーダンス計算パラメータの説明：

H 1は導線と基準層との間のcoreの厚さであり、H 2は導線と基準層との間のppの厚さである（pp流接着剤の場合を考慮する）、図7-14と7-15のインピーダンス計算図に示すように、ART 03を例にとると、H 1はGND 02とART 03の間の媒体厚が5.12 milであり、H 2はGND 04とART 03の間の媒体厚に銅厚を加えたものであるため、H 2の値は14 mil+1.2 mil=15.2 milであるべきである。

Er 1とEr 2の間の媒体は異なるが、それぞれ対応する誘電率を埋めることができる。

T 1の厚さは一般的に内層銅の厚さである、HDI板の場合は、内層にめっきがあるかどうか注意が必要であり、めっきがある場合はめっきの厚さを加える必要がある。

コプレーナ導波路インピーダンス計算

上述は一般的なインピーダンス計算であるが、一部のPCB板の厚さが厚く、層数が少ないため、上述の方法ではインピーダンス線の具体的なパラメータを計算することができない。この時は共面導波路モデルを考慮しなければならない。このモデルは信号線がその隣の地線を参照してインピーダンスを行い、一般的に2パネルの場合に使用されることが多い。

1、シングルエンド50オーム、Coated Coplanar Strips With Ground 1 Bモデルを選択し、そのインピーダンス計算方法は図7に示すように、計算構造はインピーダンス線幅14 mil、インピーダンス線から地線までの距離4 mil、地線の幅20 milである。

図7-50オーム共面導波路インピーダンスモデル計算

2、差分100オーム、Diff Coated Coplanar Strips With Ground 1 Bを選択し、そのインピーダンス計算方法は図8に示すように、計算結果は100オーム差分線幅線距離は6/5 mil、差分線から地線までの距離は7 mil、地線幅は20 milである。

図8-100オーム差分共面導波路インピーダンスモデル計算

3、共面導波路インピーダンス計算パラメータの説明：

H 1はインピーダンス線から最も近い基準層までの媒体厚であり、

G 1とG 2は随伴地の幅であり、一般的には大きいほど好ましい。

D 1は随伴地までの間隔である。

4、インピーダンス計算のいくつかの注意事項

線の幅はむしろ広く、細くしないほうがいい。

プロセスには細い限界があり、幅には限界がないことを知っているからだ。もしその時、板工場がインピーダンスを調整するために線幅を細くするために細い限界にぶつかった場合、それは面倒で、コストを追加するには、インピーダンスの管理制御を緩めるには、設計を修正するには…だから計算時に相対的に広いことは、目標インピーダンスが少し低いことを意味し、例えば50オーム、私たちは49オームを計算すればよく、できるだけ51オームを計算しないでください。

全体的に一つの傾向を示している。

私たちの設計には複数のインピーダンス制御目標がある可能性があります。それでは全体が大きいか小さいか、100オームの大きさ、90オームの小ささは必要ありません

残銅率と流動ゴム量を考慮する。

半硬化シートの片側または2枚がエッチングラインである場合、圧着中にエッチングの隙間を埋めるために接着剤が除去され、2層間の接着剤の厚さが減少し、残留銅率が小さくなるほど、埋めるものが多くなり、残るものが少なくなります。したがって、2層間の半硬化シートの厚さが5 milである必要がある場合は、残銅率に応じてやや厚い半硬化シート（4）を選択して、ガラスクロスの型番とゴム含有量を指定します。

板材datasheetを見たことがあるが、異なるガラスクロスは、異なるゲル含有量の半硬化シートまたはコアプレートのノード係数が異なり、差があまり高くなくても3.5と4の差である可能性があり、この差は単線インピーダンス3オーム程度の変化を引き起こすことができる。また、ガラス繊維効果はガラス布の窓開きの大きさと密接に関連しており、もしあなたが10 Gbps以上の高速設計であり、あなたの積層は指定された資料もなく、板工場は1枚1080の資料を使用している場合、信号完全性の問題が発生する可能性があります。

マルチと基板工場のコミュニケーション

もちろん、残銅率と流動ゴム量の計算には誤差があることもあり、新材料の誘電率は公称と一致しないこともあり、ガラス配線工場には材料の準備がないなど、設計の積層が実現できないか、納期が遅れてしまうこともある。これらの状況が発生した場合、最も良い方法は設計の初めに板工場にデザイナーの要求に応じて、彼らの経験に基づいて積層を設計して、何度も交流と確認を経て、このように最大数往復で理想的な積層を得ることができて、後続のインピーダンスと電気路の設計を便利にすることです。