Consideraciones de diseño de impedancia para PCB rígido flexible

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

Análisis de control de impedancia

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

Según el análisis de la sección transversal, cuando se aplican datos de sección transversal prácticos 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 14 Ω a 33 Ω, 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

Según la diferencia demostrada anteriormente, 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 se sustituye incorrectamente por el parámetro del software.

De acuerdo con los factores que afectan los datos de impedancia y sección transversal, quizás solo la constante dieléctrica conduzca 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 integral 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 resina en material dieléctrico y constante dieléctrica del material de refuerzo. Sin embargo, cuando se trata de material flexible, se compone de adhesivo y PI (poliimida). Por lo tanto, la constante dieléctrica del material flexible es la constante dieléctrica integral tanto del adhesivo como del PI.

El diseño del módulo de medición es incorrecto con respecto a la PCB

Durante el proceso de diseño de impedancia, la medición de la línea de impedancia generalmente implica el diseño de la línea de transmisión y el plano de referencia, y se debe garantizar que se pueda mantener cierta distancia entre el borde de cobre del plano de referencia y la línea de impedancia. En lo que se refiere a esta situación, la distancia es de solo 0,5 mm, que puede ser demasiado corta, lo que lleva a un desconocimiento total de este plano de referencia.

• Esquema Experimental

Paso 1:los datos de ingeniería están diseñados para verificar respectivamente:
i. Influencia de la lámina de cobre de transmisión en la impedancia cuando se agrega o no al módulo de medición.
ii. ¿Cuál es la influencia de la distancia entre el borde de la lámina de 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 de 0,5 mm y 4,5 mm.
iii. El diseño del módulo de medición decide la influencia del plano de referencia de la rejilla y el plano de referencia de la lámina de cobre en la impedancia.

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

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

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

• Resultado Experimental

1) De acuerdo con el esquema experimental con y sin lámina de cobre de transmisión añadida 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 lámina de cobre de transmisión. Por lo tanto, se puede concluir que no se ejerce ninguna influencia sobre la impedancia, independientemente de que se agregue o no una lámina de cobre de transmisión.

2) De acuerdo con el esquema experimental diseñado en base a la distancia entre el borde de la lámina de 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 de la lámina de cobre del plano de referencia y la línea de impedancia no influye en la impedancia.

3) De acuerdo con el esquema experimental diseñado en base a una rejilla y un módulo de lámina de cobre diseñado para el plano de referencia del módulo de medición, se puede concluir que la impedancia se verá afectada drásticamente cuando el plano de referencia del módulo de medición esté diseñado para ser una lámina de cobre y una rejilla.

4) De acuerdo con el esquema experimental sobre diferentes anchos de traza, rejillas y módulos de láminas de cobre con diferentes tamaños, se puede concluir que cuando la rejilla está diseñada para ser un plano de referencia, está asociada con la tasa residual de cobre. Cuanto mayor sea la tasa residual de cobre, menor será la diferencia con la lámina de cobre. Cuanto menor sea la tasa residual de cobre, mayor será la diferencia con la lámina de cobre. Por lo tanto, como la rejilla se usa como plano de referencia, el cobre debe recubrirse en un lugar de referencia compatible con la posición de la línea de impedancia.

5) De acuerdo con el módulo de medición de diseño práctico, el acceso a la sección transversal se sustituye por el 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 integral de ambos constituyentes o la constante dieléctrica única se adquiere mediante la aplicación de software para el cálculo de la impedancia. Basado en resultados experimentales previos, se puede concluir que la constante dieléctrica de PI es 2.8 mientras que la del adhesivo es 3.5. Como resultado, a medida que los datos se sustituyen por el software para el cálculo, se verificará la precisión de la constante dieléctrica.

Consideraciones del diseñador de PCB rígido flexible sobre el diseño de impedancia

Consideración n.° 1:el plano de referencia debe ser un plano de referencia de rejilla y un plano de referencia de lámina de cobre.

Según los resultados experimentales enumerados anteriormente, se puede concluir que el diseño de ingeniería basado en el plano de referencia de lámina de cobre es capaz de cumplir con el requisito de impedancia de la PCB flexible y rígida. Cuando se diseña el plano de referencia de la red, cuanto más grande sea la red, mayor será la diferencia que generará entre la impedancia de la red para la tasa residual mínima de cobre y la impedancia de lámina de cobre, mientras que cuanto más pequeña sea la red, menor será la diferencia que generará entre la impedancia de la red para la máxima Tasa residual de impedancia de lámina de cobre y cobre.

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

Consideración n.º 2:la impedancia de la placa de circuito impreso rígida flexible debe diseñarse en función de la funcionalidad adicional del software de cálculo de impedancia.

En comparación con el software de cálculo de impedancia ordinario, el software de cálculo de impedancia con funcionalidad adicional contiene una función de adquisición de acceso para cada capa media y funciona con mayor precisión en términos de adquisición de acceso. Además, es más fácil de simular situaciones prácticas y más conveniente de aplicar para el diseño de ingeniería.

Consideración n.º 3:la constante dieléctrica de cada capa individual se adquiere en una placa flexible-rígida.

Se puede verificar en base a experimentos a gran escala que la constante dieléctrica de PI es 2,8 mientras que la del adhesivo es 3,5, lo que se puede utilizar como referencia para el diseñador de placas flexibles-rígidas. El cálculo de datos teóricos basado en la aplicación del software de cálculo de impedancia con funcionalidad adicional es capaz de satisfacer la demanda de los clientes de PCB flexibles y rígidas.

PCBCart puede fabricar PCB flexibles y rígidos con un estricto control de impedancia.

Establecido en 2005, PCBCart ha estado brindando servicios de fabricación de PCB Flex-rigid de calidad garantizada desde entonces. Podemos proporcionar un control de impedancia estricto en cada pieza de placas de circuito flexibles y rígidas. Si necesita cualquier fabricación de PCB rígida flexible, comuníquese con nosotros aquí para obtener una solución práctica y rentable.

Recursos útiles
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