PCB板的特性阻抗与特性阻抗控制

其中：εr －介电常数 H－介质厚度 W－导线宽度 T－导线厚度

板材的 εr 越低，越容易提高PCB线路的Z0 值，而与高速 元件的输出阻抗值匹配。

1、 特性阻抗Z0与板材的εr成反比

Z0 随着介质厚度的增加而增大。因此，对Z0 严格的高频 线路来说，对覆铜板基材的介质厚度的误差，提出了严格的 要求。通常，介质厚度变化不得超过10％。

2、 介质厚度对特性阻抗Z0的影响

随着走线密度的增加，介质厚度的增加会引起电磁干扰 的增加。因此，高频线路和高速数字线路的信号传输线，随 着导体布线密度的增加，应减小介质厚度，以消除或降低电 磁干扰所带来的杂信或串扰问题、或大力降低εr ，选用低εr 基材。

根据微带线结构的特性阻抗Z0 计算公式：Z0 = 87/r +1.41 ln5.98H / （0.8W+T）

铜箔厚度（T）是影响Z0的一个重要因素，导线厚度越 大，其Z0越小。但其变化范围相对较小。

3、 铜箔厚度对特性阻抗Z0的影响

越薄的铜箔厚度，可得到较高的Z0 值，但其厚度变化对 Z0 贡献不大。

采用薄铜箔对Z0 的贡献，还不如说是由于薄铜箔对制造 精细导线，来提高或控制Z0 而作出贡献更为确切。

根据公式：

　　Z0 = 87/r +1.41 ln5.98H / （0.8W+T）

线宽W越小，Z0越大；减少导线宽度可提高特性阻抗。

线宽变化比线厚变化对Z0的影响明显得多。

4、 导线宽度对特性阻抗Z0的影响

Z0 随着线宽W变窄而迅速增加，因此，要控制Z0 ，必须严 格控制线宽。目前，大多数高频线路和高速数字线路的信号传输线宽 W为0.10或0.13mm。传统上，线宽控制偏差为±20％。对非传输线的常规电 子产品的PCB导线（导线长 《 信号波长的1/7）可满足要 求，但对有Z0 控制的信号传输线，PCB导线宽度偏差±20％， 已不能满足要求。因为，此时的Z0 误差已超过±10%。

举例如下：

某PCB微带线宽度为100μm，线厚为20μm，介质厚度为100μm，假设成品 PCB铜厚度均匀不变，问线宽变化±20%，Z0 能否符合±10%以内？

解：根据公式

　　Z0 = 87/r +1.41 ln5.98H / （0.8W+T）

代入：线宽W0 ＝ 100μm， W1 ＝ 80μm， W2 ＝ 120μm，线厚T＝20μm，介 质厚度H＝100μm，则：Z01 /Z02 =1.20

所以，Z0 刚好±10%，不能达到《±10%。

要达到特性阻抗Z0 《±10%，导线宽偏差必须进一步缩小， 必须远小于±20%才行。

同理，要控制Z0 ≤5％，导线宽公差必须控制≤±10%。

因此，我们就不难理解，为什么聚四氟乙烯PCB和某些 FR-4PCB，要求线宽±0.02mm，其原因就是要控制特性阻抗 Z0值。

五、特性阻抗控制印制板工艺控制

1、 底片制作管理、检查

恒温恒湿房（21±2°C，55 ± 5%），防尘；线宽工艺补偿。

2、 拼板设计

拼板板边不能太窄，镀层均匀，电镀加假阴极，分散电 流；

设计拼板板边测试Z0 的标样（coupon）。

3、 蚀刻

严格工艺参数，减少侧蚀，进行首检；

减少线边残铜、铜渣、铜碎；

检查线宽，控制在所要求的范围内（ ± 10% 或± 0.02mm）。

4、 AOI检查

内层板务必找出导线缺口、凸口，对2GHZ 高速讯号，即 使0.05mm的缺口，也必须报废；控制内层线宽和缺陷是关键。

5、 层压

真空层压机，降低压力减少流胶，尽量保持较多的树脂 量，因为树脂影响εr ，树脂保存多些， εr会低些。控制层压厚度公差。因为板厚不均匀，就表明介质厚度 变化，会影响Z0 。

6、 选好基材

严格按客户要求的板材型号下料。型号下错， εr不对，板厚错，制造PCB过程全对，同样 报废。因为Z0 受εr影响大。

7、 阻焊

板面的阻焊会使信号线的Z0 值降低1～3Ω，理论上说阻焊 厚度不宜太厚，事实上影响并不很大。铜导线表面所接触的是空气（ εr ＝1），所以测得Z0 值 较高。但在阻焊后测Z0 值会下降1～3Ω，原因是阻焊的εr 为 4.0，比空气高出很多。

8、 吸水率

成品多层板要尽量避免吸水，因为水的εr ＝75，对Z0 会带 来很大的下降和不稳的效果。

六、小结

多层板信号传输线的特性阻抗Z0 ，目前要求控制范围通 常是：50Ω±10%，75Ω ±10%，或28Ω±10% 。

控制住的变化范围，必须考虑四大因素：

　　（1）信号线宽W；

　　（2）信号线厚T；

　　（3）介质层厚度H；

　　（4）介电常数εr 。

影响最大的是介质厚度，其次是介电常数，导线宽度， 最小是导线厚度。在选定基材后，