昨天小秋跟大家聊了一下关于PCB中阻抗的计算,那个是以6层板为例的,有兴趣的朋友可以去看看小秋之前发表的文章《PCB中阻抗的计算——走线线宽、线间距为多少?(6层板为例)》。但是,在我们实际绘制PCB的过程中,有很多时候都是在画2层板、4层板,那么这个时候又该如何设计走线线宽、线间距呢?情况有些类似,但又有不同。
在讲解之前,我们先熟悉几个在叠层里面的基本概念,在PCB制版过程中需要使用到,和厂家打交道也需要经常使用。
OZ的概念: OZ本来是重量的单位,1OZ(盎司)=28.3克
在叠层里面是这么定义的,在一平方英尺的面积上铺一盎司的厚度为1OZ,对应的单位如下所示:

但是在这里需要说明一下,在实际计算过程中,有的工程师会将1OZ会按照1.2mil来计算,而不是严格意义上的1.35mil,因为铜箔厚度本身精度不可能太高,而且PCB加工过程中,电镀工艺也不可能保证每次厚度一样。
Prepreg(PP板)/Core(芯板)的概念:pp是种介质材料,由玻璃纤维和环氧树脂组成;core其实也是pp类型的介质,只不过core两面都覆有铜箔,而pp没有。
微带线和带状线 :传输线的基本类型通常有以下两种:微带线和带状线。区别的方法也很简单,微带线只有1个参考地,而带状线有两个参考地,如下图所示:

好了,我们正式进入正题,下面是某一厂家制作的4层板与6层板的层压结构示意图:

我们先来看一下4层板的层压结构:顶层和底层的铜厚都为0.0175mm,也就是常用的HOZ(1OZ=1.35mil=35um),板子厚度=0.195+1.1+0.195=1.49mm(设计层压厚度的时候一般是层压的厚度要比成品的厚度小0.1mm左右(考虑到铜厚和残铜率的问题))。
6层板层压结构:这个是真6层板,不像小秋上一篇文章里面的假八层结构,顶层和底层的铜厚都为HOZ,板子厚度=0.12+0.5+0.24+0.5+0.12=1.48mm。
上面只是4层板层压结构的示例,其中的PP板和芯板的厚度,每个板厂可以根据制版者的要求制作。一般内层铜厚35微米, 1、2层之间0.1mm,2、3层之间1.2mm,3、4层之间0.1mm,再加上表面镀铜、绿油,成品厚度约1.6mm。
下面是一种常用的4层板层压结构,各层铜厚与各层之间的厚度也都已经标示出来了:

TOP层和BOTTOM层铜厚一般为2.0mil(50um),内层铜厚一般为1.4mil(35um),介质(FR-4)的介电常数Er一般为4.3,L1、L2之间的厚度为3.72mil(0.09mm),L2、L3之间的厚度为48.75mil(1.24mm),L3、L4之间的厚度为3.72mil(0.09mm),所以板子总体的厚度=(50um+50um+35um+35um)/1000+0.09+1.24+0.09=1.59mm。
知道了以上数据之后,我们就可以利用Si9000来计算不同阻抗要求下的走线宽度和线间距。
1)在L1/L4上,要求阻抗值50欧姆,单走线:线宽6mil

首先是选择模型,H1为表面到参考层的距离,即L1到L2,3.72mil;Er1是L1、L2之间的介电常数,4.3;W1为下线宽,W2为上线宽,板子腐蚀是从上到下的,不是绝对的平整,所以业界规定,W1是走线宽度,W2比W1短0.5mil;T1是表层的铜厚,2mil。以上数字填进去之后,点击“More”上方的Calculate,可以得到Z0为50.44,在10%以内,符合要求。
2)在L1/L4上,要求阻抗值90欧姆,差分走线:线宽6.4mil,线间距9mil

3)在L1/L4上,要求阻抗值100欧姆,差分走线:线宽5.1mil,线间距9mil
