Estrategias clave de diseño de impedancia para PCBs Flex-Rígidos

A medida que los productos electrónicos presencian su rápido desarrollo, el mercado exige demandas cada vez más altas para PCB flex-rígido (placa de circuito impreso) y control de impedancia simultáneamente junto con requisitos cada vez más rigurosos. El problema principal al que se enfrenta el PCB flex-rígido con requisito de impedancia radica en una gran diferencia entre el valor medido y el valor de diseño de hasta más de 20Ω, lo que lleva al fallo de la compensación de diseño y dificultad para controlar la fabricación. Este artículo discute principalmente cómo cumplir con la precisión rigurosa de control de impedancia desde la perspectiva del diseño de PCB y se espera que sea beneficioso para el personal que sirve a la industria de fabricación de PCB.

Análisis de Control de Impedancia

Los elementos principales que afectan la impedancia incluyen la constante dieléctrica, el espesor del medio, el ancho de pista y el espesor del cobre.

Basado en el análisis de sección transversal, cuando se aplican datos prácticos de sección transversal en módulos, la diferencia entre el valor calculado y el valor medido práctico obtenido por el instrumento de impedancia se encuentra en el rango de 14Ω a 33Ω, lo que se resume en la siguiente tabla.

Valor Teórico (Ω)	Valor Medido (Ω)	Diferencia (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

Basado en la diferencia demostrada arriba, la diferencia entre el valor teórico y el valor medido es demasiado grande posiblemente debido a las siguientes razones:

Durante el diseño de ingeniería, el acceso es sustituido incorrectamente al parámetro de software.

De acuerdo con los factores que afectan la impedancia y los datos de sección transversal, quizás solo la constante dieléctrica conduce a un acceso inexacto. Basado en el concepto combinado de constante dieléctrica, se puede saber que la constante dieléctrica del material de sustrato de PCB es un resultado comprensivo de la constante dieléctrica del material dieléctrico en el material de sustrato, que puede indicarse aproximadamente por la suma ponderada de la constante dieléctrica de la resina en el material dieléctrico y la constante dieléctrica del material de refuerzo. Cuando se trata de material flexible, sin embargo, está compuesto por adhesivo y PI (poliamida). Así, la constante dieléctrica del material flexible es la constante dieléctrica comprensiva de tanto adhesivo como PI.

El diseño del módulo de medición es incorrecto con respecto al PCB

Durante el proceso de diseño de impedancia, la medición de línea de impedancia usualmente involucra diseño de línea de transmisión y plano de referencia y debe garantizarse que cierta distancia pueda mantenerse entre el borde de cobre del plano de referencia y la línea de impedancia. En cuanto a esta situación, la distancia es solo 0.5mm que puede ser demasiado corta, llevando a la ignorancia completa de este plano de referencia.

• Esquema Experimental

Paso 1: los datos de ingeniería se diseñan para verificar respectivamente:
i. Influencia del cobre de transmisión en la impedancia cuando se agrega o no al módulo de medición.
ii. Qué influencia tiene la distancia entre el borde del cobre y la línea de impedancia en la impedancia en el módulo de medición. La distancia horizontal entre el borde de diseño y la línea de impedancia es respectivamente 0.5mm y 4.5mm.
iii. El diseño del módulo de medición decide la influencia del plano de referencia de cuadrícula y plano de referencia de cobre en la impedancia.

Paso 2: La placa flexible se fabrica y se mide la impedancia de la placa flexible.

Paso 3: El acceso de sección transversal se sustituye al cálculo de impedancia teórica del módulo y se calcula de acuerdo con la constante dieléctrica comprensiva del material dieléctrico para que los errores puedan eliminarse provocados por el acceso.

Paso 4: Se pueden hacer conclusiones a través de la comparación de datos: método de acceso de parámetros y regulaciones de diseño del módulo de medición.

• Resultado Experimental

1) De acuerdo con el esquema experimental con y sin cobre de transmisión agregado al módulo de medición, los datos de medición originales indican que la impedancia conduce a una diferencia tan pequeña entre la adición y no adición de cobre de transmisión. Por lo tanto, se puede concluir que no se ejerce influencia en la impedancia sin importar si el cobre de transmisión se agrega o no.

2) De acuerdo con el esquema experimental diseñado basado en la distancia entre el borde del cobre del plano de referencia y la línea de impedancia, la diferencia de impedancia es tan pequeña que se puede concluir que la distancia entre el borde del cobre del plano de referencia y la línea de impedancia no presenta influencia en la impedancia.

3) De acuerdo con el esquema experimental diseñado basado en cuadrícula y módulo de cobre diseñado para el plano de referencia del módulo de medición, se puede concluir que la impedancia será dramáticamente influenciada cuando el plano de referencia del módulo de medición se diseña para ser cobre y cuadrícula.

4) De acuerdo con el esquema experimental concerniente a diferentes anchos de pista, cuadrículas y módulos de cobre con diferentes tamaños, se puede concluir que cuando la cuadrícula se diseña como plano de referencia, está asociada con la tasa de residuo de cobre. Cuanto mayor sea la tasa de residuo de cobre, menor diferencia conducirá con el cobre. Cuanto menor sea la tasa de residuo de cobre, mayor diferencia conducirá con el cobre. Por lo tanto, como la cuadrícula se usa como plano de referencia, el cobre debe recubrirse en el lugar de referencia compatible con la posición de la línea de impedancia.

5) De acuerdo con el esquema experimental práctico de diseño del módulo de medición, el acceso de sección transversal se sustituye al módulo para calcular la impedancia teórica que luego se compara con la impedancia de medición práctica. Dado que el material flexible está compuesto por adhesivo y PI, la constante dieléctrica del material flexible debe ser una constante dieléctrica comprensiva de ambos constituyentes o una constante dieléctrica única se adquiere a través de la aplicación de software para cálculo de impedancia. Basado en resultados experimentales previos, se puede concluir que la constante dieléctrica de PI es 2.8 mientras que la de adhesivo es 3.5. Como resultado, al sustituir los datos al software para cálculo, la precisión de la constante dieléctrica será verificada.

Consideraciones del Diseñador de PCB Flex-Rígido en el Diseño de Impedancia

Consideración #1: El plano de referencia debe ser plano de referencia de cuadrícula y plano de referencia de cobre.

Basado en los resultados experimentales listados arriba, se puede concluir que el diseño de ingeniería basado en plano de referencia de cobre es capaz de cumplir con el requisito de impedancia de PCB flex-rígido. Cuando se diseña plano de referencia de cuadrícula, cuanto más grande sea la cuadrícula, mayor diferencia generará entre la impedancia de cuadrícula para la tasa mínima de residuo de cobre y la impedancia de cobre, mientras que cuanto más pequeña sea la cuadrícula, menor diferencia generará entre la impedancia de cuadrícula para la tasa máxima de residuo de cobre y la impedancia de cobre.

En conclusión, el diseño de cuadrícula como plano de referencia está estrechamente relacionado con el tamaño de la cuadrícula, es decir, la tasa de residuo de cobre. Cuanto mayor sea la tasa de residuo de cobre, menor será la diferencia entre ella y la impedancia de cobre y los datos de diseño teórico. Cuanto menor sea la tasa de residuo de cobre, mayor será la diferencia entre ella y la impedancia de cobre y los datos de diseño teórico. Como resultado, cuando se selecciona la cuadrícula como plano de referencia, el cobre debe recubrirse en el plano de referencia compatible con la posición correspondiente de la línea de impedancia.

Consideración #2: La impedancia de PCB flex-rígido debe diseñarse dependiendo de la funcionalidad de adición del software de cálculo de impedancia.

Comparado con el software ordinario de cálculo de impedancia, el software de cálculo de impedancia con funcionalidad de adición contiene función de adquisición de acceso para cada capa de medio y realiza con más precisión en términos de adquisición de acceso. Además, es más fácil simular situaciones prácticas y más conveniente para ser aplicado en el diseño de ingeniería.

Consideración #3: La constante dieléctrica de cada capa individual se adquiere en la placa flex-rígida.

Puede verificarse basado en experimentos a escala completa que la constante dieléctrica de PI es 2.8 mientras que la de adhesivo es 3.5, lo cual puede usarse como referencia para el diseñador de placa flex-rígida. El cálculo de datos teóricos basado en la aplicación del software de cálculo de impedancia con funcionalidad de adición es capaz de satisfacer la demanda de clientes de PCB flex-rígido.

PCBCart puede fabricar PCBs Flex-rígidos con estricto control de impedancia.

Establecida en 2005, PCBCart ha estado proporcionando servicios de fabricación de PCB Flex-rígido con calidad garantizada desde entonces. Podemos proporcionar estricto control de impedancia en cada pieza de placas de circuito flex-rígido. Si necesita cualquier fabricación de PCB flexible rígido, por favor contáctenos aquí para una solución práctica y rentable.

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