Überlegungen zum Impedanzdesign für starrflexible PCB

Da Elektronikprodukte ihre schnelle Entwicklung erleben, fordert der Markt immer höhere Anforderungen an starrflexible Leiterplatten (gedruckte Leiterplatten) und Leiterplatten mit Impedanzsteuerung gleichzeitig mit immer strengeren Anforderungen an sie. Das Hauptproblem, mit dem Starrflex-Leiterplatten mit Impedanzanforderungen konfrontiert sind, liegt in einem großen Unterschied zwischen dem gemessenen Wert und dem Designwert von über 20 Ω, was zu einem Versagen der Designkompensation und Schwierigkeiten bei der Herstellungskontrolle führt. In diesem Artikel wird hauptsächlich erörtert, wie eine strenge Genauigkeit der Impedanzkontrolle aus Sicht des PCB-Designs erreicht werden kann, und es wird erwartet, dass er für Mitarbeiter der PCB-Fertigungsindustrie von Vorteil ist.

Impedanzkontrollanalyse

Zu den führenden Elementen, die die Impedanz beeinflussen, gehören die Dielektrizitätskonstante, die mittlere Dicke, die Leiterbahnbreite und die Kupferdicke.

Wenn praktische Querschnittsdaten in Modulen angewendet werden, liegt die Differenz zwischen berechnetem Wert und praktisch gemessenem Wert, der von einem Impedanzinstrument erhalten wird, auf der Grundlage einer Querschnittsanalyse im Bereich von 14 Ω bis 33 Ω, der in der folgenden Tabelle zusammengefasst ist.

Theoretischer Wert (Ω)	Messwert (Ω)	Differenz (Ω)
113	143	30
109	134	25
95	112	17
93	107	14
120	153	33
110	139	29
96	119	23
95	116	21
125	153	28
110	141	31
100	123	23
90	110	20
124	151	27
112	137	25
104	123	19
95	113	18

Basierend auf dem oben gezeigten Unterschied ist der Unterschied zwischen dem theoretischen Wert und dem gemessenen Wert möglicherweise aus folgenden Gründen zu groß:

Während des Konstruktionsentwurfs wird der Zugriff auf Softwareparameter falsch ersetzt.

In Übereinstimmung mit Faktoren, die Impedanz- und Querschnittsdaten beeinflussen, führt möglicherweise nur die Dielektrizitätskonstante zu einem ungenauen Zugriff. Basierend auf dem kombinierten Konzept der Dielektrizitätskonstante kann bekannt sein, dass die Dielektrizitätskonstante des PCB-Substratmaterials ein umfassendes Ergebnis der Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials im Substratmaterial ist, das ungefähr durch die gewichtete Summe der Dielektrizitätskonstante des Harzes im dielektrischen Material angegeben werden kann Dielektrizitätskonstante des Verstärkungsmaterials. Beim flexiblen Material hingegen setzt es sich aus Klebstoff und PI (Polyimid) zusammen. Somit ist die Dielektrizitätskonstante des flexiblen Materials die umfassende Dielektrizitätskonstante sowohl des Klebstoffs als auch des PI.

Das Design des Messmoduls ist bezüglich der Leiterplatte nicht korrekt

Während des Impedanzdesignprozesses umfasst die Impedanzleitungsmessung normalerweise das Design der Übertragungsleitung und der Referenzebene, und es sollte garantiert werden, dass ein bestimmter Abstand zwischen der Kupferkante der Referenzebene und der Impedanzleitung eingehalten werden kann. Für diese Situation ist der Abstand nur 0,5 mm, was möglicherweise zu kurz ist, was dazu führt, dass diese Bezugsebene nicht bekannt ist.

• Experimentelles Schema

Schritt 1:Engineering-Daten sollen jeweils Folgendes überprüfen:
i. Einfluss der Übertragungs-Kupferfolie auf die Impedanz, wenn sie dem Messmodul hinzugefügt oder nicht hinzugefügt wird.
ii. Welchen Einfluss hat der Abstand zwischen Kupferfolienkante und Impedanzlinie auf die Impedanz im Messmodul? Der horizontale Abstand zwischen Designkante und Impedanzlinie beträgt 0,5 mm bzw. 4,5 mm.
iii. Das Design des Messmoduls entscheidet über den Einfluss der Gitterbezugsebene und der Kupferfolienbezugsebene auf die Impedanz.

Schritt 2:Die flexible Platte wird hergestellt und die Impedanz der flexiblen Platte wird gemessen.

Schritt 3:Der Querschnittszugriff wird durch die theoretische Impedanz der Modulberechnung ersetzt und gemäß der umfassenden Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials ermittelt, sodass durch den Zugriff verursachte Fehler beseitigt werden können.

Schritt 4:Schlussfolgerungen können durch Datenvergleich gezogen werden:Parameterzugriffsverfahren und Konstruktionsvorschriften des Messmoduls.

• Versuchsergebnis

1) In Übereinstimmung mit dem experimentellen Schema mit und ohne dem Messmodul hinzugefügter Übertragungs-Kupferfolie weisen die ursprünglichen Messdaten darauf hin, dass die Impedanz zu einem so kleinen Unterschied zwischen dem Hinzufügen und Nicht-Hinzufügen von Übertragungs-Kupferfolie führt. Daher kann gefolgert werden, dass die Impedanz unabhängig davon, ob Kupferfolie hinzugefügt oder nicht hinzugefügt wird, keinen Einfluss auf die Impedanz hat.

2) In Übereinstimmung mit dem experimentellen Schema, das basierend auf dem Abstand zwischen der Kante der Kupferfolie der Referenzebene und der Impedanzlinie entworfen wurde, ist die Impedanzdifferenz so klein, dass gefolgert werden kann, dass der Abstand zwischen der Kante der Kupferfolie der Referenzebene und der Impedanzlinie keinen Einfluss auf die Impedanz hat.

3) In Übereinstimmung mit dem experimentellen Schema, das basierend auf einem Gitter und einem Kupferfolienmodul entwickelt wurde, das für die Referenzebene des Messmoduls ausgelegt ist, kann geschlussfolgert werden, dass die Impedanz dramatisch beeinflusst wird, wenn die Referenzebene des Messmoduls als Kupferfolie und Gitter ausgelegt ist.

4) Gemäß Versuchsschema mit unterschiedlichen Leiterbahnbreiten, Rastern und Kupferfolienmodulen unterschiedlicher Größe kann geschlussfolgert werden, dass ein Raster, das als Referenzebene ausgelegt ist, mit einem Restgehalt an Kupfer verbunden ist. Je höher der Restgehalt an Kupfer ist, desto geringer ist der Unterschied zu Kupferfolie. Je geringer der Restgehalt an Kupfer ist, desto höher ist die Differenz zu Kupferfolie. Da das Gitter als Referenzebene verwendet wird, sollte daher Kupfer an einer Referenzstelle beschichtet werden, die mit der Position der Impedanzleitung kompatibel ist.

5) In Übereinstimmung mit dem praktischen Designmessmodul wird der Querschnittszugang zum Modul ersetzt, um die theoretische Impedanz herauszufinden, die dann mit der praktischen Messimpedanz verglichen wird. Da flexibles Material aus Klebstoff und PI besteht, sollte die Dielektrizitätskonstante des flexiblen Materials eine umfassende Dielektrizitätskonstante beider Bestandteile sein oder eine einzelne Dielektrizitätskonstante wird durch die Anwendung von Software zur Impedanzberechnung erfasst. Basierend auf früheren experimentellen Ergebnissen kann gefolgert werden, dass die Dielektrizitätskonstante von PI 2,8 beträgt, während die von Klebstoff 3,5 beträgt. Als Ergebnis wird die Genauigkeit der Dielektrizitätskonstante verifiziert, wenn die Daten zur Berechnung in die Software eingesetzt werden.

Überlegungen des Designers starrer starrer Leiterplatten zum Impedanzdesign

Überlegung Nr. 1:Die Referenzebene sollte eine Gitterreferenzebene und eine Kupferfolienreferenzebene sein.

Basierend auf den oben aufgeführten experimentellen Ergebnissen kann geschlussfolgert werden, dass das Konstruktionsdesign auf der Grundlage einer Kupferfolien-Referenzebene in der Lage ist, die Impedanzanforderungen einer starrflexiblen Leiterplatte zu erfüllen. Wenn die Gitterreferenzebene entworfen wird, je größer das Gitter ist, desto größer wird die Differenz zwischen der Gitterimpedanz für die minimale Restrate von Kupfer und der Kupferfolienimpedanz, während je kleiner das Gitter ist, desto kleiner wird die Differenz zwischen der Gitterimpedanz für das Maximum erzeugt Restrate der Impedanz von Kupfer und Kupferfolie.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Gitterdesign als Referenzebene eng mit der Gittergröße, dh dem Restgehalt an Kupfer, zusammenhängt. Je höher der Restgehalt an Kupfer ist, desto geringer ist der Unterschied zwischen ihm und der Impedanz der Kupferfolie und den theoretischen Designdaten. Je niedriger die Restrate von Kupfer ist, desto größer ist der Unterschied zwischen Kupferfolienimpedanz und theoretischen Designdaten. Wenn das Gitter als Referenzebene ausgewählt wird, sollte daher Kupfer auf der Referenzebene beschichtet werden, die mit der entsprechenden Position der Impedanzleitung kompatibel ist.

Überlegung Nr. 2:Die Impedanz einer starr-flexiblen Leiterplatte sollte in Abhängigkeit von der zusätzlichen Funktionalität der Impedanzberechnungssoftware ausgelegt werden.

Verglichen mit gewöhnlicher Impedanzberechnungssoftware enthält die Impedanzberechnungssoftware mit zusätzlicher Funktionalität eine Zugangserfassungsfunktion für jede Mediumschicht und arbeitet genauer in Bezug auf die Zugangserfassung. Darüber hinaus ist es einfacher, praktische Situationen zu simulieren und bequemer für die technische Konstruktion anzuwenden.

Überlegung Nr. 3:Die Dielektrizitätskonstante jeder einzelnen Schicht wird auf einer starrflexiblen Platte erfasst.

Basierend auf groß angelegten Experimenten kann verifiziert werden, dass die Dielektrizitätskonstante von PI 2,8 beträgt, während die von Klebstoff 3,5 beträgt, was als Referenz für Starrflex-Board-Designer verwendet werden kann. Theoretische Datenberechnung basierend auf der Anwendung von Impedanzberechnungssoftware mit zusätzlicher Funktionalität ist in der Lage, die Nachfrage von Kunden mit starr-flexiblen Leiterplatten zu erfüllen.

PCBCart kann starrflexible Leiterplatten mit strenger Impedanzkontrolle herstellen.

PCBCart wurde 2005 gegründet und bietet seitdem qualitätsgesicherte Fertigungsdienstleistungen für Starrflex-Leiterplatten an. Wir können für jedes Stück starrflexibler Leiterplatten eine strenge Impedanzkontrolle bereitstellen. Wenn Sie eine flexible starre PCB-Fertigung benötigen, kontaktieren Sie uns bitte hier für eine praktische und kostengünstige Lösung.

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