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1、阻抗设计与运用第1页，本讲稿共30页了解的前提了解的前提定定 義義類類 別別影響因素影響因素演演 變變原原 由由原原 理理設計注意設計注意不良分析不良分析製程管制製程管制講義的思想講義的思想第2页，本讲稿共30页了解阻抗的前提了解阻抗的前提磁場靜電場*注意:當電流流動時其磁場就產生.當有電壓時其靜電場就產生.*注意:當電流流動時其磁場就產生.當有電壓時其靜電場就產生.第3页，本讲稿共30页 名名 詞詞 定定 義義:何謂何謂“特性阻抗值特性阻抗值”(Characteristic Impedance,Characteristic Impedance,ZO)ZO)電子機器傳輸訊號線中電子機器傳輸訊號
2、線中,其高頻訊號或電磁波傳播其高頻訊號或電磁波傳播 時所遭遇的阻力稱之為時所遭遇的阻力稱之為特性阻抗特性阻抗(電阻抗電阻抗電阻抗電阻抗,電容抗電容抗電容抗電容抗,電感抗電感抗電感抗電感抗 的綜合作用的綜合作用的綜合作用的綜合作用),),),),減而言之減而言之減而言之減而言之,即用來評估線路的均勻性即用來評估線路的均勻性即用來評估線路的均勻性即用來評估線路的均勻性,介質介質介質介質 層厚度的均勻性層厚度的均勻性層厚度的均勻性層厚度的均勻性).與其電感及電容都有關係,即第4页，本讲稿共30页信號傳輸三要素信號傳輸三要素+信號傳輸三要素信號傳輸三要素第5页，本讲稿共30页目的目的目的目的:保證板面
3、傳輸線在高頻傳輸的保證板面傳輸線在高頻傳輸的保證板面傳輸線在高頻傳輸的保證板面傳輸線在高頻傳輸的“特性阻抗特性阻抗特性阻抗特性阻抗”與零與零與零與零 件本身的件本身的件本身的件本身的“輸出阻抗輸出阻抗輸出阻抗輸出阻抗”之間的匹配之間的匹配之間的匹配之間的匹配,減少能量散減少能量散減少能量散減少能量散 失失失失,而差動阻抗控制則可以通過平行線傳輸信而差動阻抗控制則可以通過平行線傳輸信而差動阻抗控制則可以通過平行線傳輸信而差動阻抗控制則可以通過平行線傳輸信 號的差動計算號的差動計算號的差動計算號的差動計算,消除干擾信號消除干擾信號消除干擾信號消除干擾信號*“信號振盪信號振盪信號振盪信號振盪”,而對
4、零件產生而對零件產生而對零件產生而對零件產生“錯誤觸發錯誤觸發錯誤觸發錯誤觸發”的信號的信號的信號的信號*失真失真失真失真*雜訊雜訊雜訊雜訊*傳播延誤傳播延誤傳播延誤傳播延誤(V=C/Er,V=C/Er,介質層對高頻訊號的能量介質層對高頻訊號的能量介質層對高頻訊號的能量介質層對高頻訊號的能量 散失散失散失散失)原原 由由第6页，本讲稿共30页ABIMPEDENANCE CANGGEINCIDENT ENERGYREFLECTED ENERGYTRANSMITTED ENERGY 黨A元件經由板面線路向B發出訊號,若該訊號線的 線寬不均,造成特性阻抗值上起伏變化時,則訊號的 部分能量會反彈回A中
5、去第7页，本讲稿共30页阻抗控制前提條件阻抗控制前提條件 工作頻率(影響rise time)傳輸線之長度(造成propagation delay)所以工作頻率越高,傳輸線過長需考慮作阻 抗控制.所以工作頻率越高,傳輸線過長需考慮作阻 抗控制.第8页，本讲稿共30页 二二.阻抗之類別阻抗之類別:特性阻抗(Characteristic Impedance)差動阻抗(Differential Impedance)共模阻抗(Common Mode Impedance)奇模阻抗(Odd Mode Impedance)偶模阻抗(Even Mode Impedance)(=1/2倍 特性阻抗;=1/2倍 差
6、動阻抗)(=2 倍 共模阻抗)(當二導體與其大地絕緣後,彼此之間的阻抗)(二導線間的量測阻抗)(“將兩導線連接在一起時將兩導線連接在一起時,導線對大地之間的阻抗關係導線對大地之間的阻抗關係)(“當兩導線做差動使用時當兩導線做差動使用時,任一導線對大地之間的阻抗任一導線對大地之間的阻抗)(“當兩導線用來傳輸兩完全相同且極性一致的信號時當兩導線用來傳輸兩完全相同且極性一致的信號時,其任一導線對大地之間的阻抗其任一導線對大地之間的阻抗)第9页，本讲稿共30页第10页，本讲稿共30页第11页，本讲稿共30页阻阻 抗抗 影影 響響 之之 因因 素素*A.介質常數(Dk):由原物料決定.*B.線路厚度(T
7、):由原物料或製程能力決定(PLATING)*C.C.線寬線寬(W):W):由製程能力決定由製程能力決定(A/W,D/F IMAGE,ETCHA/W,D/F IMAGE,ETCH.).)*D.層間絕緣厚度(H):由製程能力決定(PREPREG厚度,殘銅率)*E.E.線距線距(S):S):由製程能力決定由製程能力決定(A/W,D/F IMAGE,ETCHA/W,D/F IMAGE,ETCH.).)第12页，本讲稿共30页*介 質 層 厚 度(H)(與阻抗 Z 之關係為 H)介質厚度介質厚度&特性阻抗特性阻抗 介質厚度介質厚度&特性阻抗特性阻抗 介質厚度介質厚度&特性阻抗特性阻抗 介質厚度介質厚度
8、&特性阻抗特性阻抗 *線 寬(W)(與阻抗 Z 之關係為 )線寬線寬&特性阻抗特性阻抗 線寬線寬&特性阻抗特性阻抗*線 厚(T)(與阻抗 Z 之關係為 )1W1T 線厚線厚&特性阻抗特性阻抗 線厚線厚&特性阻抗特性阻抗*介 質 層 厚 度(H)(與阻抗 Z 之關係為 H)*介 質 常 數(Dk)(與阻抗 Z 之關係為 )Dc1 線厚線厚&特性阻抗特性阻抗 線厚線厚&特性阻抗特性阻抗*線 距(S)阻阻 抗抗 影影 響響 之之 因因 素素第13页，本讲稿共30页阻抗量測之阻抗量測之couponcoupon設計設計0.1000.1006.012.06.0(TYP.)WWEI P/N:XXXXXXXX
9、X2IMPEDANCE:XX X 護衛路徑(Guard Trace)接地孔(內層Gnd/Vcc作Thermal Pad)W(線寬)信號線線寬(W)信號孔(內層Gnd/Vcc作隔離0.010以上)圖案一(Termination)建議採用此種方式 *注意:1.兩GND及POWER之間所加之訊號線邊之護衛路徑,不 可遮蔽到GND及POWER之間任一層SIGNAL TRACE.2.相鄰信號層之最近GND或POWER層為阻抗量測之接 地參考層第14页，本讲稿共30页阻抗設計阻抗設計COUPON(4 COUPON(4 層板層板)L2(GROUND)L3(POWER)L2L4L1L3L2L1 L4SIGNA
10、LGROUNDCOMP.SIDEL3SOLD.SIDEL2L4L1L3L2 L3L4L1SIGNALGROUND第15页，本讲稿共30页阻抗設計阻抗設計COUPON(8 COUPON(8 層板層板)L4(SIGNAL)L5(SIGNAL)L2(GROUND)L7(GROUND)L3(SIGNAL)SOLD.SIDEL2L3L1L5L4L2L7L7L2L2L7L7L1L3L8L6SIGNALGROUNDL7L2L7L2L6L8L4L5L6(SIGNAL)L2L3L1L5L4L2L7L7L2L2L7L7L1L3L8L6SIGNALGROUNDCOMP.SIDEL7L2L7L2L6L8L4L5第16
11、页，本讲稿共30页1.TDR(時域反射器)簡介 時域反射器是一種內部可以產生一種脈衝波,並具有接 收此脈衝和分析功能的特殊示波器.時域即電壓對時間形成的一種時域2.阻抗測試原理 阻抗測試就是在示波器發出一種脈衝波后,同時接收 其反射波,然後將此兩種脈衝對比分析,從反射能量的大小得出阻抗值,同時在螢光屏上顯示出來(TDR輸出訊號傳送到電路板,傳送到電路之線路,通過反射波上升或下降再與儀器本身所放出的訊號作比較,換算而得電路板之阻抗值 )阻抗測量原理第17页，本讲稿共30页原 理第18页，本讲稿共30页1.硬體中瞬間變化的電壓,形成“0”,“1”所組合而成的電子訊號,兩者間的快速切換就形成“近似方
12、波的脈衝”3.“方波”由低到高所耗用的時間(水平軸之時域)稱為“上升時間”(risetime tr).凡tr愈短時,時鐘頻率(Clock rate)愈快.Tr為最大振幅的從10%上升到90%的時間,單位 ns=10-9s Tr=0.35/f Rc=Wc*C Rl=Wl*L (Wc=2*f)原 理脈衝信號的產生第19页，本讲稿共30页trtf0105090100脈寬后緣前緣t振幅(%)或電壓原 理RISETINE第20页，本讲稿共30页vvvv原 理Nosie in a Differential signal第21页，本讲稿共30页減少串訊之道減少串訊之道1.短線2.薄板3.少平行第22页，本讲
13、稿共30页 阻抗線的演變阻抗線的演變阻抗線的演變阻抗線的演變第23页，本讲稿共30页設計注意事項對一般阻抗板:1.考量p/p成本和製作的簡單化2.prepreg對應不同殘銅率厚度的正確計算3.排版考量 原則:細線靠中,差動靠中4.需加水池效應孔.5.條形阻流塊6.阻抗統一7.獨立線路的補償8.阻抗計算模塊的選擇.9.工單線寬和POLAR線寬的統一.10.線寬需符合客戶資料11.阻抗線寬改動需仔細確認.第24页，本讲稿共30页 對一般阻抗板:12.信號線相聯的測試孔不可與任何層導通,不可與任何其他 線路相連13.VCC,GND,POW層正確定義14.VCC,GND或POW製作要完整設計注意事項第
14、25页，本讲稿共30页 3.查CAM資料,量測原始線寬資料,檢查VCC,GND或POW是 設置有誤4.若非以上問題,POLAR軟體CHECK設計補償是否有誤.阻抗不良分析1.標準件檢驗測試探頭2.檢查檔案設置是否有誤(範圍,波形)5.切片分析檢驗自己的 預想.第26页，本讲稿共30页製程管制製程管制1.1.底片製作管理與檢查底片製作管理與檢查2.2.內層板蝕刻內層板蝕刻3.3.內層內層AOIAOI檢查檢查4.4.壓合壓合5.5.外層蝕刻外層蝕刻6.6.綠漆綠漆7.7.吸水吸水第27页，本讲稿共30页1.1.PPPP進料進料:介質常數介質常數 a.樹脂含量 b.膠化時間 c.樹脂流量2.2.內層
15、內層ThincoreThincore進料：介質層厚度進料：介質層厚度,銅銅厚 a.供應商固定 b.Thin core厚度 c.銅厚3.3.內層內層D/F:D/F:線寬線寬 a.工作底片的所有線寬 b.曝光能量和吸真空度 c.顯影條件(速度,濃度,溫度)d.去膜(速度,濃度,溫度)e.200倍測量線寬 f.環境控制第28页，本讲稿共30页4.4.壓合壓合:介質常數介質常數,介質層厚度介質層厚度 a.壓合昇溫速率1.3-1.6/min b.壓力350-400psi e.環境溫度22,溼度55%f.壓合后厚度的測量 c.上主壓的時間 d.每open上層和中層的溫差25 5.5.電鍍電鍍:銅厚銅厚 a.電流,時間 b.藥水濃度，溫度 .鍍銅均勻性(每天點檢項目)第29页，本讲稿共30页 6.6.外層外層D/F:D/F:線寬線寬 a.曝光能量和工作底片的所有線寬 b.吸真空度 c.顯影條件(速度,濃度,溫度)d.去膜(速度,濃度,溫度)e.200倍測量線寬 f.環境控制 7 7外層蝕刻外層蝕刻:線寬線寬 a.蝕刻條件(速度，濃度，溫度)a.200倍量測線寬。第30页，本讲稿共30页