Considérations relatives à la conception de l'impédance pour les PCB flex-rigides

Alors que les produits électroniques connaissent leur développement rapide, le marché appelle à des demandes de plus en plus élevées de PCB flex-rigides (carte de circuit imprimé) et de PCB de contrôle d'impédance simultanément avec des exigences de plus en plus rigoureuses à leur égard. Le principal problème auquel sont confrontés les PCB flex-rigides avec exigence d'impédance réside dans une grande différence entre la valeur mesurée et la valeur de conception pouvant atteindre plus de 20 Ω, entraînant un échec de la compensation de conception et une difficulté à contrôler la fabrication. Cet article explique principalement comment atteindre une précision de contrôle d'impédance rigoureuse dans la perspective de la conception de PCB et devrait être bénéfique pour le personnel travaillant pour l'industrie de fabrication de PCB.

Analyse de contrôle d'impédance

Les principaux éléments affectant l'impédance comprennent la constante diélectrique, l'épaisseur moyenne, la largeur de la trace et l'épaisseur du cuivre.

Sur la base de l'analyse de la section transversale, lorsque les données de section transversale pratiques sont appliquées dans les modules, la différence entre la valeur calculée et la valeur mesurée pratique obtenue par l'instrument d'impédance se situe dans la plage de 14Ω à 33Ω qui est résumée dans le tableau suivant.

Valeur théorique (Ω)	Valeur mesurée (Ω)	Différence (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

Sur la base de la différence démontrée ci-dessus, la différence entre la valeur théorique et la valeur mesurée est trop grande, probablement pour les raisons suivantes :

Lors de la conception technique, l'accès est incorrect et remplacé par un paramètre logiciel.

Conformément aux facteurs affectant les données d'impédance et de section, seule la constante diélectrique conduit peut-être à un accès imprécis. Sur la base du concept combiné de constante diélectrique, on peut savoir que la constante diélectrique du matériau de substrat PCB est un résultat complet de la constante diélectrique du matériau diélectrique dans le matériau de substrat, qui peut être approximativement indiquée par la somme pondérée de la constante diélectrique de la résine dans le matériau diélectrique et constante diélectrique du matériau de renforcement. En ce qui concerne le matériau flexible, cependant, il est composé d'adhésif et de PI (polyimide). Ainsi, la constante diélectrique du matériau flexible est la constante diélectrique globale de l'adhésif et du PI.

La conception du module de mesure est incorrecte concernant le PCB

Pendant le processus de conception d'impédance, la mesure de la ligne d'impédance implique généralement la conception de la ligne de transmission et le plan de référence et il convient de garantir qu'une certaine distance peut être maintenue entre le bord de cuivre du plan de référence et la ligne d'impédance. En ce qui concerne cette situation, la distance n'est que de 0,5 mm, ce qui peut être trop court, ce qui conduit à une ignorance complète de ce plan de référence.

• Schéma expérimental

Étape 1 :les données d'ingénierie sont conçues pour vérifier respectivement :
i. Influence de la feuille de cuivre de transmission sur l'impédance lorsqu'elle est ajoutée ou non au module de mesure.
ii. Quelle est l'influence de la distance entre le bord de la feuille de cuivre et la ligne d'impédance sur l'impédance dans le module de mesure. La distance horizontale entre le bord de conception et la ligne d'impédance est respectivement de 0,5 mm et 4,5 mm.
iii. La conception du module de mesure décide de l'influence du plan de référence de la grille et du plan de référence de la feuille de cuivre sur l'impédance.

Étape 2 :La carte flexible est fabriquée et l'impédance de la carte flexible est mesurée.

Étape 3 :L'accès à la section transversale est remplacé par l'impédance théorique du calcul du module et calculé en fonction de la constante diélectrique complète du matériau diélectrique afin que les erreurs puissent être éliminées lors de l'accès.

Étape 4 :Des conclusions peuvent être tirées grâce à la comparaison des données :méthode d'accès aux paramètres et règles de conception du module de mesure.

• Résultat expérimental

1) Conformément au schéma expérimental avec et sans feuille de cuivre de transmission ajoutée au module de mesure, les données de mesure originales indiquent que l'impédance conduit à une si petite différence entre l'ajout et la non-ajout de la feuille de cuivre de transmission. Par conséquent, on peut conclure qu'aucune influence n'est exercée sur l'impédance, peu importe que la feuille de cuivre de transmission soit ajoutée ou non.

2) Conformément au schéma expérimental conçu sur la base de la distance entre le bord de la feuille de cuivre du plan de référence et la ligne d'impédance, la différence d'impédance est si petite qu'il peut être conclu que la distance entre le bord de la feuille de cuivre du plan de référence et la ligne d'impédance n'a aucune influence sur l'impédance.

3) Conformément au schéma expérimental conçu sur la base d'un module de grille et de feuille de cuivre conçu pour le plan de référence du module de mesure, on peut conclure que l'impédance sera considérablement influencée lorsque le plan de référence du module de mesure est conçu pour être une feuille de cuivre et une grille.

4) Conformément au schéma expérimental concernant différentes largeurs de trace, grilles et modules de feuille de cuivre de différentes tailles, on peut conclure que lorsque la grille est conçue pour être un plan de référence, elle est associée à un taux résiduel de cuivre. Plus le taux résiduel de cuivre est élevé, plus la différence avec la feuille de cuivre sera petite. Plus le taux résiduel de cuivre est faible, plus la différence avec la feuille de cuivre sera élevée. Par conséquent, comme la grille est utilisée comme plan de référence, le cuivre doit être recouvert à un endroit de référence compatible avec la position de la ligne d'impédance.

5) Conformément au module de mesure de conception pratique, l'accès à la section est remplacé par le module pour déterminer l'impédance théorique qui est ensuite comparée à l'impédance de mesure pratique. Étant donné que le matériau flexible est composé d'adhésif et de PI, la constante diélectrique du matériau flexible doit être une constante diélectrique complète des deux constituants ou une constante diélectrique unique est acquise grâce à l'application d'un logiciel de calcul d'impédance. Sur la base des résultats expérimentaux précédents, on peut conclure que la constante diélectrique du PI est de 2,8 tandis que celle de l'adhésif est de 3,5. En conséquence, à mesure que les données sont remplacées par un logiciel de calcul, la précision de la constante diélectrique sera vérifiée.

Considérations du concepteur de PCB Flex-Rigid sur la conception d'impédance

Considération #1 :Le plan de référence doit être le plan de référence de la grille et le plan de référence de la feuille de cuivre.

Sur la base des résultats expérimentaux énumérés ci-dessus, on peut conclure que la conception technique basée sur le plan de référence de la feuille de cuivre est capable de répondre à l'exigence d'impédance du PCB flex-rigide. Lorsque le plan de référence de grille est conçu, plus la grille est grande, plus la différence qu'elle générera entre l'impédance de grille pour le taux résiduel minimal de cuivre et l'impédance de la feuille de cuivre sera grande, tandis que la grille plus petite est, plus la différence qu'elle générera entre l'impédance de grille pour le maximum taux résiduel d'impédance de cuivre et de feuille de cuivre.

En conclusion, la conception du réseau en tant que plan de référence est étroitement liée à la taille du réseau, c'est-à-dire au taux résiduel de cuivre. Plus le taux résiduel de cuivre est élevé, plus la différence sera petite entre celui-ci et l'impédance de la feuille de cuivre et les données de conception théoriques. Plus le taux résiduel de cuivre est faible, plus la différence sera grande entre celui-ci et l'impédance de la feuille de cuivre et les données de conception théoriques. Par conséquent, lorsque la grille est sélectionnée comme plan de référence, le cuivre doit être recouvert sur un plan de référence compatible avec la position de ligne d'impédance correspondante.

Considération #2 :L'impédance du circuit imprimé flexible-rigide doit être conçue en fonction de l'ajout de fonctionnalités du logiciel de calcul d'impédance.

Par rapport au logiciel de calcul d'impédance ordinaire, le logiciel de calcul d'impédance avec fonctionnalité d'ajout contient une fonction d'acquisition d'accès pour chaque couche médiane et fonctionne plus précisément en termes d'acquisition d'accès. De plus, il est plus facile de simuler des situations pratiques et plus pratique à appliquer pour la conception technique.

Considération #3 :La constante diélectrique de chaque couche est acquise sur une carte flex-rigide.

Il peut être vérifié sur la base d'expériences à grande échelle que la constante diélectrique du PI est de 2,8 tandis que celle de l'adhésif est de 3,5, ce qui peut être utilisé comme référence pour le concepteur de panneaux flex-rigides. Le calcul de données théoriques basé sur l'application d'un logiciel de calcul d'impédance avec des fonctionnalités supplémentaires est capable de répondre à la demande des clients de PCB flex-rigides.

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