PCB阻抗计算的DFM(可制造性)设计

什么是PCB阻抗？阻抗主要用于传输线上，以此来达到所有高频的微波信号均能传递至负载点的目的，且不再有信号反射回来源点，使我们传输线的输入段与输出端处于阻抗匹配状态，简称为阻抗匹配。

为什么要做阻抗匹配？在低速的PCB设计当中可以不做阻抗匹配，但是在高速PCB设计中要得到完整、可靠、精确、无干扰、噪音的传输信号。就必须保证印刷电路板提供的电路性能保证信号在传输过程中不发生反射现象，信号完整，传输损耗低，起到匹配阻抗的作用，若关键的信号没有达到阻抗匹配，可能会导致信号的反射反弹 损耗等，原本良好的信号波形会变形，这将会直接影响到我们的电路的性能甚至功能。

阻抗定义

1、阻抗（Zo)：对流经其中已知频率之交流电流,所产生的总阻力称为阻抗(Zo). 对印刷电路板而言 ,是指在高频 讯号之下﹐某一线路层( signal layer)对其最接近的相关层(reference plane)总合之阻抗。

2、特性阻抗： 在传输讯号线中,高频讯号或电磁波传播时所遭 遇的阻力称之为特性阻抗。

3、差分阻抗： 由两根差动信号线组成的控制阻抗的一种复杂结构,驱动端输入的信号为极性相反的两个信号 波形,分别由两根差动线传送,在接收端这两个差动信号相减,这种方式主要用于高速数模电路中以 获得更好的信号完整性及抗噪声干扰。

4、共面阻抗：当阻抗线距导体的距离小于等于最近对应层的距离时即为共面阻抗.（Coplanar ）。

5、介质常数(Dielectric Constant),又称透电率 (Permittivity).： 指介质材料的电容ε,与相同条件下以真空为介 质之电容εo,两者之比值(ε/εo)即Εr=ε/ε。

6、介质： 原指电容器两极板之间的绝缘材料而言,现已泛 指任何两导体之间的绝缘物质,如各种树脂与配 合的 棉纸以及玻纤布。

影响阻抗的因素

1、影响阻抗之要素相对于阻抗变化之关系(其中一个参数变化, 假设其余条件不变)，影响阻抗因素看下文。

2、阻抗线宽. 阻抗线宽与阻抗成反比, 线宽越细, 阻抗越高, 线宽越粗 ,阻抗越低 。

3、介质厚度. 介质厚度与阻抗成正比, 介质越厚则阻抗越高, 介质越薄则阻抗越低.

4、介电常数. 介电常数与阻抗成反比, 介电常数越高,阻抗越低,介电常数越低 ,阻抗越高.

5、防焊厚度. 防焊厚度与阻抗成反比.在一定厚度范围内,防焊厚度越厚,阻抗越低 ,防 焊厚度越薄, 阻抗越高.

6、铜箔厚度. 铜箔厚度与阻抗成反比, 铜厚越厚,阻抗越低,铜厚越薄 , 阻抗越高.

7、差动阻抗 间距与阻抗成正比.间距 越大,阻抗越大. 其余影响因素则与特性阻抗相 同.

8、 Coplanar 共面阻抗： 阻抗线距导体的间距与阻抗成正比,间距越大,阻抗越大.其它影响 因素则与特 性阻抗相同。

华秋DFM阻抗计算

1、叠层图制作

DFM自动生成叠层图，也可以手动填写“层数”、“板厚”、“铜厚”用叠层图的介质厚度匹配阻抗。如需调整叠层结构，DFM里面有自带板材、半固化片（PP）及铜箔的库，可根据需要自行选择。在叠层结构需要更改的参数位置点击右键，可根据需要的操作，添加、替换或删除。弹出的窗口是DFM自带的物料库。芯板、光板、PP、铜箔可供选择。

2、介质厚度变化对阻抗的影响

叠层结构的参数要保证正确性，半固化片（PP）、板材及铜厚参数不可出错，如板材及半固化片（PP）厚度用错，即便是总板厚能够达到，叠层结构不对称生产的成品板子对导致板翘无法使用，计算阻抗是介质厚度如果跟生产时有差异，会导致阻抗值偏大或者偏小超出要求的公差。

3、铜箔厚度变化对阻抗的影响

叠层结构的铜厚一定选择准确，如果铜厚错误，会导致差分阻抗相差20ohm左右，单端阻抗相差10ohm左右。因此达不到实际设计要求的阻抗值。例如：要求铜厚1oz,制作叠层是0.5oz，生产按照叠层生产板子，会导致成品铜厚不够，线宽载流不够导致产品烧板报废。

4、参考屏蔽层变化对阻抗的影响

计算阻抗时模板不能选错，需要根据实际设计选择模板，比如单端共面阻抗，直接使用单端模板，阻抗会相差10ohm左右导致阻抗超公差，如果是隔层参考的没有使用隔层参考的模板，阻抗会相处几十个OHM。导致板子直接报废。

阻抗计算模板简介；

适用范围：外层单端阻焊后阻抗计算：

参数说明：

H1：外层到电源或地平面之间的介质厚度

W2：阻抗线线面宽度

W1: 阻抗线线底宽度

Er1:介质层的介电常数

T1：线路铜厚，包括基板铜厚+电镀铜厚（成品铜厚）

CEr：阻焊介电常数

C1: 基材阻焊厚度

C2:线面阻焊厚度

适用范围:与外层相邻的第二个线路层阻抗计算（内层单端线计算）

例如一个6层板,L1、L2均为线路层,L3为地或电源层,则L2层的阻抗用此方式计算.

参数说明:

H1:线路层到相邻电源或地平面之间的介质厚度

H2:外层到第二个线路层间的介质厚度+第二个线路层铜厚

W2:阻抗线线面宽度

W1:阻抗线线底宽度

T1:阻抗线铜厚=基板铜厚（成品铜厚）

Er1:介质层介电常数（线路层到相邻电源或地平面间介质）

Er2:介质层介电常数(外层到第二个线路层间介质）

适用范围：外层阻焊后差动阻抗计算

参数说明:

H1：外层到电源或地平面之间的介质厚度

W2：阻抗线线面宽度

W1: 阻抗线线底宽度

S1：差动阻抗线间隙

Er1: 介质层介电常数

T1：线路铜厚，包括基板铜厚+电镀铜厚（成品铜厚）

CEr: 阻抗介电常数

C1: 基材阻焊厚度

C2:线面阻焊厚度

C3:差动阻抗线间阻焊厚度

适用范围：两个电源或地平面夹一个线路层之阻抗计算;（内层差动阻抗计算）

参数说明：

H1:线路层到较近之电源或地平面间距离

H2:线路层到较远之电源或地平面间距离+阻抗线路层铜厚

Er1:介质层介电常数（线路层到相邻电源或地平面间介质）

Er2:介质层介电常数（线路层到较远电源或地平面间介质）

W2：阻抗线线面宽度

W1: 阻抗线线底宽度

T1: 阻抗线铜厚=基板铜厚（成品铜厚）

S1：差动阻抗线间隙

适用范围：阻焊后单线共面阻抗，参考层为同一层面的电源或地平面和次外层电源或地平面层。（阻抗线被周围地包围，周围地即为参考层面）。（外层单端共面计算）

参数说明：

H1：外层到次外层电源或地平面之间的介质厚度

W2: 阻抗线线面宽度

W1: 阻抗线线底宽度

D1：阻抗线与地铜之间的距离

T1：线路铜厚，包括基板铜厚+电镀铜厚（成品铜厚）

Er1：介质层介电常数

C1：阻抗线与地之间阻焊厚度

C2：线面阻焊厚度

CEr：阻焊介电常数

适用范围：内层单线共面阻抗,参考层为同一层面的电源或地平面及与其邻近的两个电源或地平面层。（阻抗线被周围地包围，周围电源或地平面即为参考层面）。（内层单端共面计算）

参数说明：

H1：阻抗线路层到其邻近电源或地平面层之间的介质厚度

H2：阻抗线路层到其较远电源或地平面层之间的介质厚度

W2: 阻抗线线面宽度

W1: 阻抗线线底宽度

D1：阻抗线与地铜之间的距离

T1：线路铜厚=基板铜厚（成品铜厚）

Er1：H1对应介质层介电常数

Er2：H2对应介质层介电常数

适用范围：地包围，周围电源或地平面即为参考层面）。（外层差动阻焊后共面计算）

参数说明：

H1：外层到次外层之间的介质厚度

W2: 阻抗线线面宽度

W1: 阻抗线线底宽度

D1：阻抗线地铜之间的距离

S1：差分阻抗线之间的间距

T1：线路铜厚，包括基板铜厚+电镀铜厚

Er1：介质层介电常数

C1：阻抗线与地之间阻焊厚度

C2：线面阻焊厚度

C3：阻抗线间阻焊厚度

CEr：阻焊介电常数

适用范围：内层差分共面阻抗,参考层为同一层面的电源或地平面及与其邻近的两个电源或地平面层。（阻抗线被周围地包围，周围电源或地平面即为参考层面）。（内层差动端共面计算）

参数说明：

H1：阻抗线路层到其邻近电源或地平面层之间的介质厚度

H2：阻抗线路层到其较远电源或地平面层之间的介质厚度

W2: 阻抗线线面宽度

W1: 阻抗线线底宽度

D1：阻抗线与电源或地平面之间的距离

T1：线路铜厚=基板铜厚（成品铜厚）

S1：差分阻抗线间隙

Er1：H1对应介质层介电常数

Er2：H2对应介质层介电常数

参数总结详细说明：

阻抗模板参数的解释；

注：1. H1:半固化片的介质厚度，要填写残铜流胶后的介质厚度。

2. Erl:我司板材常规是4.2,如果是特殊板材要填写板才的介电常数。

3. W2:线面宽度在线底宽度W1-0.5mil。

4. T1:内层H/Hoz,铜厚按0.6mil计算,内层1/1oz,铜厚按1.2mil计算,外层成品铜厚1/1oz,铜厚按1.4mil计算，外层成品铜厚2/2oz,铜厚按2.4mil计算。

5. C1:基材上的阻焊厚度0.8mil,C2:铜面上的阻焊厚度0.5mil,C3:差分阻抗线之间的阻焊厚度0.8mil。

CEr:阻焊的介电常数3.5mil

6. 残铜率默认是70%，如默认的参数需要调整，可以在参数配置里面填写修改，保存即可！

阻抗计算使用案例

1、文件预审

A、接收客户文件后，进行文件预审。检查客户文件里面的阻抗线对应的阻抗控制要求参数是否一致，如发现不一致的阻抗异常，需要提出异常给客户确认，比如第一层阻抗控制要求6/6/6mil的差分阻抗线，然而在Gerber文件第一层找不到对应的阻抗线，对于此异常需要与客户确认，并提出建议：A.是否忽略阻抗控制要求，B.阻抗线跟控制要求是否有偏差，请说明实际的gerber的阻抗线。

B、核对gerber文件里面的叠层结构，检查板厚、铜厚、半固化片的参数是否能够对应DFM里面的物料库。如叠层结构的芯板厚度在DFM里面找不到，则需要与客户确认，建议更改板厚调整叠层结构。

C、预审阻抗线对应的控制要求是否满足，例如；同层的阻抗线控制要求一样，介质厚度一样，线宽不一样，导致两组阻抗线只能控制一组，此时需要也客户确认，阻抗同层、同介质厚度的阻抗下是否能够统一。

2、阻抗线挑选及调整；

A、首先需要按照客户提高的阻抗控制要求，去挑选板内对应的阻抗线，挑选阻抗线时需注意，宁可多选却不可漏选阻抗线。

B、把挑选的阻抗线移到另外一层，待阻抗计算完毕，按照计算的结果调整阻抗线，阻抗线按照生产制成能力补偿后，再移回板内正常制作出生产所需的工具菲林。

3、匹配叠层结构

A、按照客户要求的叠层厚度及所用的物料参数制作叠层图，计算阻抗线时DFM自动读取叠层图里面的参数。使用叠层图里面的介质厚度，计算线宽线距所需要的介质厚度。

B、叠层图的参数一定要正确，结构要对称，如果参数错误会导致阻抗偏差个很大，叠层不对称会导致无法生产。

C、输入每层的铜面积，DFM可以自动的计算无铜区域的填胶量，精确的计算阻抗及成品板厚的总厚度。

4、线宽线距计算阻抗值

选择阻抗层，找到阻抗对应的模板，再输入原始线宽线距，如参考层特别比如隔层参考，需要手动选择参考层，参数输入完毕后点击全部计算，计算结果为绿色则计算OK，红色需要调整线宽线距或者介质厚度。右上角可以更改单位，mil/mm,左下角则可以添加多组阻抗。

5、保存阻抗计算参数文档

保存阻抗计算图，阻抗计算合格后，“点击”导出压合结构/阻抗参数，把计算的压合结构图及阻抗计算合格参数保存为PDF档，方便以后查询阻抗计算的结果。

撰写：飞说PCB设计制造，此文希望对阅读者有所帮助！

华秋DFM下载地址(需在电脑端打开)：
https://dfm.elecfans.com/dl/software/hqdfm_pzf.zip

你也可以通过软件web版登录快速体验：https://dfm.elecfans.com/viewer/?from=pzf

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