阻抗线设计参考

1、導線傳導為直流電流(D.C.)時，所受到的阻力稱為電阻(Resistance)，符號為 R 單位為"歐姆" (Ohm,Ω)；導線傳導為交流電流(A.C.)時，所遭遇的阻力稱為阻抗(Impedance)，符號為 Z ， 單位為Ω。

電路板業界中一般的"阻抗控制"嚴格說來並不正確，專業性的說法應為"特性阻抗 控制"(Characteristic Impedance Control)才對。

因PCB 線路中所"流通"的"東西"並不是電流，而 是針對方波訊號或脈衝(Square Wave Signal,Pulse)在能量上的傳輸。

此種"訊號"傳輸時所受到 的"阻力"另稱為"特性阻抗"，代表的符號是Zo 。

2、組裝高速零件時，其訊號線中之"特性阻抗"值(Characteristic Impedance)必頇控制在某一歐姆 數值範圍內，使高頻訊號得以順利傳播，此種品質要求即一般業界通稱之"阻抗控制" (Impedance Control)。

3、近來高速零件的廣泛應用，致使電路板必頇跟上腳步與之配合，電路板已不再只做為簡單的 互連(Interconnection)工具而已。

也就是說PCB 在傳播高頻"訊號"的線路已不再只是簡單的導 線，而是扮演特性良好的"傳輸線"。

"傳輸線"：是由訊號線(Signal Line)、介質層(Dielectric Layer)，及接地層 (Ground)三者所共同組成。

註："訊號"(Signal,即方波Square Wave 或稱脈衝Pulse)輸出阻抗(Output Impedance)通過"傳輸線" (Transmission Line)中的訊號線(Signal Line)朝向另一端的工作零件(Loader)進行訊號傳播 (Propagation)之際，其
A 、原始主動零件之"輸出阻抗"值(Output Impedance)
B 、訊號線中的"特性阻抗"值
C 、被動零件的"輸入阻抗"值(Input Impedance)
唯有當輸出端、訊號線、與輸入端三者之阻值得以匹配時，才能減少半途中或末端的反射 (Reflection 或 Ringing)引起的雜訊(Noise)或訊號振盪(Signal Ringing)與損失，以達降低雜訊與 堵絕失真的目的。

訊號輸出之阻抗值很難降到零，故均頇設置上下限的允許範圍。

以S6I-484-010A0作為範例介紹
1、客戶規格疊層厚度要求與阻抗標示如圖
註：有些客戶未提供疊構厚度要求者，依阻抗試算後自行搭配；若2者皆提供於阻抗試算後有出 入，頇再與客戶確認
1、依上圖客戶規格疊層與阻抗所示得知
A 、L1(COMP)→L2(PLANE)，L6(SOLD)→L5(PLANE)
B 、L3(SIGNAL)及L4(SIGNAL)→L2(PLANE)~L5(PLANE)
特 性 阻 抗
阻抗
特性阻抗要求
檔案阻抗模組確認
何謂特性
a b c d e f g
C 、查詢檔案各層別有無上述線寬及其對應層別之Layout ，以確定是否頇試算及製作此種阻 抗控制；如L1及L6並無T5/S12mil 的線寬距已與客戶詢問得知不測
a 、L1(COMP)→L2(PLANE)&L6(SOLD)→L5(PLANE)有 線寬T6.5mil55Ω，經確認有單
訊號阻抗模組之設計
b 、L1(COMP)→L2(PLANE)&L6(SOLD)→L5(PLANE)有 線寬T5mil60Ω，經確認有單訊 號阻抗模組之設計
c 、 L1(COMP)→L2(PLANE)&L6(SOLD)→L5(PLANE)有線寬T7/S6mil90Ω，經確認有差 動阻抗模組之設計
阻值L1及L6T7/S6mil 90Ω90Ω層別
特 性 阻 抗
對應層
L1及L65mil 6.5mil 55ΩL2(PLANE)及L5(PLANE)L1及L6L2(PLANE)及L5(PLANE)60Ω線寬/間距L2(PLANE)及L5(PLANE)55ΩL2(PLANE)~L5(PLANE)L3及L47mil 60ΩL2(PLANE)~L5(PLANE)L3及L48mil L2(PLANE)~L5(PLANE)L3及L4
T5/S12mil
120Ω
L2(PLANE)~L5(PLANE)
L3及L4T7/S6mil a 、
L1(COMP)→L2(PL ANE)
a 、L1(COMP)線寬T6.5mil →對應層別L2(PLANE)
特性阻抗a、
L6(SOLD)→L5(PL ANE)
a、L6(SOLD)線寬T6.5mil→對應層別L5(PLANE)
b、
L1(COMP)→L2(P LANE)
b、L1(COMP)線寬T5mil→對應層別L2(PLANE)
特性阻
抗c、
L1(COMP)→L2(P LANE)
b、
L6(SOLD)→L5(PL ANE)
b、L6(SOLD)線寬T5mil→對應層別L5(PLANE)
c、L1(COMP)線寬T7/S6mil→對應層別L2(PLANE)
d 、L3(SIGNAL)及L4(SIGNAL)→L2(PLANE)~L5(PLANE)有線寬T8mil55Ω，經確認有單 訊號阻抗模組之設計
e 、L3(SIGNAL)及L4(SIGNAL)→L2(PLANE)~L5(PLANE)有線寬T7mil60Ω，經確認有單 訊號阻抗模組之設計
f 、L3(SIGNAL)及L4(SIGNAL)→L2(PLANE)~L5(PLANE)有線寬T7/S6mil90Ω，經確認有 差動阻抗模組之設計
g 、L3(SIGNAL)及L4(SIGNAL)→L2(PLANE)~L5(PLANE)有線寬T5/S12mil100Ω，經確認 有差動阻抗模組之設計
特 性 阻 抗
c 、
L6(SOLD)→L5(PL ANE)
c 、L6(SOLD)線寬T7/S6mil →對應層別L5(PLANE)
d 、
L3(SIGNAL)→L2(PLAN E)~L5(PLANE)非客戶要求的阻抗線
特性阻抗d、L3(SIGNAL)線寬
T8mi→對應層別
L2(PLANE)
d、L3(SIGNAL)線寬
T8mi→對應層別
L5(PLANE)
d、L4(SIGNAL)線寬
T8mi→對應層別
L2(PLANE)
d、
L4(SIGNAL)→L2(PLAN E)~L5(PLANE)
特性阻抗d、L3(SIGNAL)線寬
T8mi→對應層別
L5(PLANE)
e、L3(SIGNAL)線寬
T7mi→對應層別
L2(PLANE)
e、L3(SIGNAL)線寬
T7mi→對應層別
L5(PLANE)
e、
L3(SIGNAL)→L2(PLAN E)~L5(PLANE)
特
性阻抗e、L4(SIGNAL)線寬
T7mi→對應層別
L2(PLANE)
e、L4(SIGNAL)線寬
T7mi→對應層別
L5(PLANE)
e、
L4(SIGNAL)→L2(PLAN E)~L5(PLANE)
f、
L3(SIGNAL)→L2(PLAN E)~L5(PLANE)
特性阻抗f、L3(SIGNAL)線寬
T7/S6mil→對應層別
L2(PLANE)
f、L3(SIGNAL)線寬
T7/S6mil→對應層別
L5(PLANE)
f、L4(SIGNAL)線寬
T7/S6mil→對應層別
L2(PLANE)
f、
L4(SIGNAL)→L2(PLAN E)~L5(PLANE)
特性阻抗f、L4(SIGNAL)線寬
T7/S6mil→對應層別
L5(PLANE)
g、L3(SIGNAL)線寬
T5/S12mil→對應層別
L2(PLANE)
g、L3(SIGNAL)線寬
T5/S12mil→對應層別
L5(PLANE)
g、
L3(SIGNAL)→L2(PLAN E)~L5(PLANE)
註：阻抗線的參考層，通常外層訊號線對應至內層之Gound 層(也有例外)；內層訊號線則對應至 距離最近的2層銅面，在確認有否阻抗模組時務必看清楚！
阻抗模組確認後確認使用Polar Si8000軟體計算特性阻抗，步驟如下：1、選擇電腦桌面下圖為第3個Polar Si8000軟體
特 性 阻 抗
阻抗
試算特性點此2下
g 、L4(SIGNAL)線寬T5/S12mil →對應層別L2(PLANE)
g 、L4(SIGNAL)線寬T5/S12mil →對應層別L5(PLANE)
g 、
L4(SIGNAL)→L2(PLAN E)~L5(PLANE)
2、進入Polar Si8000軟體
3、確定阻抗型式→選擇Polar Si8000軟體左側合適的阻抗型式，以484-010A 為例則只頇下列4 種模組的試算
4、點選合適的阻抗型式，ex.L1→L2，L6→L5線寬6.5mil 阻值55Ω試算
A 、選擇Standard 並填入原稿的介質層厚度H1、介質層Er 值Er1、阻抗線線寬W1(線寬下幅)、 線寬上幅W2(為W1-1mil)、銅厚T1、防焊厚度C1(底部)C2(線寬頂部)、防焊的Er 值Cer
註：由此試算可得知其要求控制是否合理(若客戶未提供疊構厚度則可輸入阻值反算H1的值)，由 H1可得知介質厚度，即可選用P.P.或Core(選擇P.P.要先扣除填膠即壓合後厚度)
B 、選擇Extended 加入公差由上而下依序填入，所算出的值需符合客戶阻值的±值(代數的使 用參看5)
特 性 阻 抗
A
B
C
D
註：NOTE 裡要有料號，阻抗要求、線寬、層次及對應層
5、代數的使用(以484-010A0為例)
A 、介質層厚度H1→指壓合後的厚度(以P.P.選用扣除填膠)，輸入預估值、公差範圍(同阻抗 要求一般±10%，但實際估算會比原範圍小，大約7~8%)
B 、Er 值→介質常數：FR402~FR406使用4.2，FR408高Tg 的選用3.8~3.9，其他特殊材料依廠 商提供(公差一般以0.1，若線寬、介層Tolerance 很小則會取消此公差試算)
C 、線寬W1→指成品線寬底部，依照規格輸入，公差則視密度及實際成品預估範圍(同阻抗 要求一般±10%，但實際估算會比原範圍小，大約7~8%)
D 、線寬W2→指成品線寬頂部(以成品線寬底部為-1mil 估算)
E 、銅厚T1：指成品線路的厚度，即面銅加電鍍銅(公差一般以0.2mil ，若銅厚較厚公差亦同 時放大)
F 、防焊厚度C1(底部)C2(線寬頂部)、防焊的CEr 值
註：一般C1代1.0、C2代0.4、CEr 代3.5；C1、C2會因製程或客戶頇求而變更，如厚度要求Min. 0.7mil 或製程頇求S/M*2，S/M*N 等6、依上述方式將客戶要求的阻值一一算出 A 、L1&L6單訊 T6.5mil 55Ω±10%
特
性 阻 抗
W2
W1
T1
B、L1&L6單訊 T5mil 60Ω±10%
特
C、L1&L6差動 T7/S6mil 90Ω±10%性
阻
D、L3&L4單訊 T8mil 55Ω±10%抗
E、L3&L4單訊 T7mil 60Ω±10%
特
F、L3&L4差動 T7/S6mil 90Ω±10%性
阻
G、L3&L4差動 T5/S12mil 120Ω±10%抗
7、底片製作注意事項：由6試算後，搭配方式及COUPON 模組設計排版如下圖
排版簡圖
COMP L1 0.5oz L2 2116HR/CX1
0.2mm1/H oz
L3 1080HR/CX1
夾板 0.5mm 0/0 oz
1080HR/CX1
0.2mmH/1 oz L5 2116HR/CX1 SOLD L6 0.5oz
230 漲萬分之 1495 漲萬分之 3
銅 厚
0.5 OZ 成 型板厚： 1.2 mm. 0.178 mm.排版數
2 X 1
發 料
□依原稿製作：線寬＋ mil(min.),RING mil(min.),間距 mil(min.)□塞孔□VIA□BGA （VIA ： Φ）□自設成型Pin 孔 個 A L1 2,5 3 B L1 2,5 3 C L1 2,5 3 4 2,5 6 DL2,5 3 4 2,5
1.A 、B 為一般阻抗(single end)
C 、
D 差動阻抗 (differential) L6 2,5 4 L6 2,5 4 L1 2,5 3 4 2,5 6 L2,5 3 4 2,52.阻抗控制 A.L1&L6 原稿6.5mil 55Ω±10% 完成線寬6.05~6.85mil 工作片為6.5+1.45=7.95mil
L3&L4 原稿8mil 55Ω±10% 完成線寬8.5~9.3mil 工作片為8+1.9=9.9mil 3.阻抗控制 B.L1&L6 原稿5mil 60Ω±10% 完成線寬4.9~5.5mil 工作片為5+1.7=6.7mil
L3&L4 原稿7mil 60Ω±10% 完成線寬6.9~7.7mil 工作片為7+1.3=8.3mil 4.阻抗控制 C.L1&L6 原稿T7/S6mil 90Ω±10% 完成線寬6.5~7.3mil 工作片為7+1.4=8.4mil
工作片
中心至中心13mil L3&L4 原稿T7/S6mil 90Ω±10% 完成線寬6.95~8.05mil 工作片為7+1.5=8.5mil
工作片
中心至中心13mil 5.阻抗控制 D.L3&L4 原稿T5/S12mil 120Ω±10% 完成線寬4.65~5.9mil 工作片為5+1.3=6.3mil
工作片
中心至中心17mil
COUPON 上頇標示層次、原稿線寬/線距、阻抗值及公差(有文字用文字，無文字用線路)1、單訊號模組Coupon A ：55Ω±10% T6.5mil L1&L6，T7mil L3&L4
L1 L2 L3
L6 L5 L4
變 更 事 項
基板與P.P為ISOLA IS410
搭 配 方 式
特 性 阻 抗
組設計Coupon 模銅厚如為0.5oz ，則
L1 L2,5 L3
L6 L2,5 L4
CAM 製作L4
C O U P O
C O U P O
A
C
L1
L2
D
B
針對共構式阻抗作法如下→L1 17mil 50Ω±10%註：若只測L1則L3&L4之via 皆作隔離點
1、介質層越高阻值越高→阻值與介質層成正比
2、Er 值越低阻值越高→阻值與Er 值成反比
3、銅厚越低阻值越高→阻值與銅厚成反比
4、線寬越低阻值越高→阻值與線寬成反比
電路板各式訊號線中特性阻抗值的量測，最適宜的方式應首推TDR 法，即所謂的"時域反射法"Time Domain Reflectometry 。

其原理如同雷達波一樣，是由雷達內部的發射機對空中任一方向發射一種脈波，傳播(Propagte)到達目標後又折返回來，而再被雷達內部的發射機所收到。

從"發射"到"折返"二者之間的"時間差"，可計算出發射點與目標點的空間距離，亦可測得目標之大小與外形等。

註：本廠使用儀測CITS500s 阻抗控制測試系統即應用時域反射理論(TDR)為原理
變數關係
特性阻抗的測試
共構式模
組
特 性 阻 抗
折邊10mm
若有V-CUT 折邊小，則跳刀距離為5mm V-CUT 跳
定位孔X2L2(此孔L2層導通
L1(L1接線
GND 2邊仿照板內17mil
GAP
GND
GND
訊號線原稿17mil ，工作片17.5mil
GAP 原稿12mil ，工作片11.75mil
L3
L4
L5
L6。