阻抗设计原理.ppt

Eucon,*,*,shang hai zhuo kai,Electronic Technology CO.,LTD,上海卓凱電子有限公司,1,持續改善,客戶滿意,1/29/2026,2,一、前言：,二、阻抗設計目的,三、適用范圍,四、名詞解釋,五、阻抗測量操作步驟,六、設計阻抗基本原理,七、設計重點分析,八、作業流程,九、1.防焊前後阻抗對比,2.各因素增大對阻抗之影響,十、結論,十一、阻抗,NG,之影響,阻抗設計原理,1/29/2026,3,任何物質或物體處於某個空間內都會遭受到某些阻,力，例如人處於空氣之中即受到空氣及風力的阻力,，處於水中即受到水的壓力，而,PCB,電路板在空板,時，本身就含有一些基本的電氣特性，例如電容(,C),所造成的電容效應、電阻,(,R),所造成的電阻效應及,電感(,L),所造成的電感效應.等等，由於,PC,內部運,作速度越來越快，其工作頻率由原本8,HZ、66HZ、,133HZ、266HZ、300HZ、400HZ、800HZ,一直篡,昇到今日的,P4 1GMHZ,或是更快速的,CPU，,而當在工作,頻率越高時，這些基本的特性就變得極為重要，因,此，最基本的一環如果控制得不好，則板子基本上,就無法運作了。我們知道電路板的功能是在達成電,氣上兩元件間一條低電阻的通路，即為,PC,板上之線,路，就大部份的要求而言不外乎機構準確度，金或,一、前言：,1/29/2026,4,一、前言：,鎳的均勻性、吃錫的良好等等，而出貨前作,OPEN/,SHORT TEST，,而這些美好的時光，已漸漸在元件轉,換速度加快的情況下消失了，就物理的特性而言，,當傳送的訊號其波長與傳送所經過的途徑長度相接,近時，傳送的導體就不再是簡單的短路線，因為當,客戶越來越要求其主機板產品訊號的穩定性時，無,論是主機板在空板時，或是其所組裝之零件或是其,所組裝之,AGP card or PCI card or DIMM(MEMORY,存儲器),card or ISA card(,網,卡）,.,等等，都會越 來越要求其訊號的穩定性時，故現今的電路板製作,者，要有這方面的體認，這些與,PC,工作快慢互為影 響的電氣特性，我們通稱為特性阻抗。,1/29/2026,5,在於設計及分析客戶阻抗需求，以生產,線生產條件及搭配工程設計，何者為最佳且,容易達到客戶阻抗需求。,三、範圍：,本公司生產之阻抗控制均適用。,二、目的,1/29/2026,6,1.,電阻：電流在直流線路系統中流動，其,所遭遇的阻力，稱為“電阻”，單位,，,倒數為“電導”。,公式如下:,V=,電壓(,Voltage),I=,電流(,Current),L=,長度(,Length),A=,截面積(,Cross Section),=,材料導電係數(,Resistively,),四、名詞解釋及計算公式,：,V,L,A,R,=,=,I,1/29/2026,7,2.,阻抗:電流在交流線路系統中流動，其,所遭遇的阻力稱為“阻抗”(,Impedance)，,單位,，,倒數為“導納”。,公式如下,:,R=,交流下之電阻(,Resistance),Xc,=,交流下之容抗(,Capacitance),X,L,=,交流下之感抗(,Inductance),四、名詞解釋及計算公式,：,Z,=,R,2,+(X,L,-X,C,),2,1/29/2026,8,3.特性阻抗：傳輸線中流通的是一種,高頻訊號能量的傳輸，,而非“電流”，,其電磁波傳播時，其所遭,遇的阻力，則稱為“特性阻抗”,Z,0,，,有時亦,簡稱為“阻抗”，單位,。,C=,高頻訊號下之容抗(,Capacitance),L,=,高頻訊號下之感抗(,Inductance,四、名詞解釋及計算公式：,Z,0,L,C,=,1/29/2026,9,傳輸線之組成：是由訊號線，接地層及其間的介,質層三者共同組成，三者之任何,變化都會影響到特性阻抗值。,四、名詞解釋：,1/29/2026,10,四、名詞解釋：,特性阻抗,英文,Impedance。,Z,阻抗值，單位,。,r,介質(電)常數，取決於材質。,1、,H,P.P,厚度。,2,、,W,訊號線之線寬。,3、,T,訊號線之銅厚。,4、,H1,防焊厚度,1/29/2026,11,五、阻抗測量操作步驟,5.1、量測儀器：阻抗測試儀，如下圖：5.2、操作步驟：5.2.1、打開機台電源開關，電源指示燈顯示為紅色;,通道一(,Ch1),通道二,(,Ch2),電源指示燈,1/29/2026,12,5.2.2、開機後等機台預熱半小時後，開啟,Impedence,測量,軟體快捷圖標，如下圖：,五、阻抗測量操作步驟,1/29/2026,13,5.2.3、打開文檔後點擊,File(,文件夾），出現下拉菜單，選擇,New,創建新檔，選擇,Open,開啟舊檔。,五、阻抗測量操作步驟,1/29/2026,14,5.2.4、跳出對話框，編輯新測試檔案，如下圖,五、阻抗測量操作步驟,輸入客戶名,輸入板材類型,輸入廠內料號,輸入料號版本,1/29/2026,15,5.2.5、點擊,Board,出現下拉菜單，選擇,Insert（,插入）測試點,五、阻抗測量操作步驟,1/29/2026,16,5.2.5.1、輸入阻抗規格及量測層次並選擇阻抗類型，編輯完成,後點擊“,OK”。,五、阻抗測量操作步驟,量測層次,阻抗,規格,阻抗中值,特性阻抗,差動阻抗,1/29/2026,17,5.2.6、點擊,File,出現下拉菜單，選擇,Save AS(,另存新檔）選擇,Save,保存新檔。,五、阻抗測量操作步驟,1/29/2026,18,5.2.7、點擊,Datelog,出現下拉菜單，選擇,Autolog,設置測試自 動記錄方式.,五、阻抗測量操作步驟,1/29/2026,19,五、阻抗測量操作步驟,5.2.7.1、點擊,Datelog,出現下拉菜單，選擇,Auto Advance,再 選擇,After Test,設定測試後數據都記錄。,1/29/2026,20,五、阻抗測量操作步驟,5.2.8、點擊,View,出現下拉菜單，選中,Cursors(,標,尺）開啟 區間選擇標尺功能。,1/29/2026,21,五、阻抗測量操作步驟,5.2.9、按住鼠標左鍵拖動兩條白線至波形線的兩端轉折點處。,白色區間線,白色區間線,1/29/2026,22,五、阻抗測量操作步驟,5.2.9.1、點擊鼠標右鍵，調整測試區間百分比（如下圖中的選項）。,1/29/2026,23,五、阻抗測量操作步驟,5.2.9.2、跳出對話框，在對話框中輸入白色波形線區間百分比。,1/29/2026,24,五,、阻抗測量操作步驟,5.2.9.3、,點擊,View,選擇,Select,testlist,Columns(,開啟測試欄目錄選擇,對話框),。,1/29/2026,25,五、阻抗測量操作步驟,5.2.9.4、跳出對話框，選擇左框中項目點擊,Add,即可添加到右框 中，選擇右框中項目點擊,Remove,即可刪除右框中的項目.,1/29/2026,26,五、阻抗測量操作步驟,5.2.10、,阻抗測試儀校証方法,5.2.10.1、特性(單端)阻抗測試驗証。,將一個,二極棒,與阻抗儀連接，編輯一個新的測試檔案。,如下圖，在,Impedance(,阻抗),框內填入驗証二極棒的實際,值，在,Probe Length(,探針長度),框填入值,38.00,，選擇,Single-Ended Test(,特性阻抗測試),項和需要驗証的通道,(,Ch1)，,點,OK,退出。利用該新編輯檔案點擊回車進行測試，,看測試結果是,Pass&Fail,。,1/29/2026,27,五、阻抗測量操作步驟,5.2.10.1、特性(單端)阻抗測試校証。,探針長度,特性阻抗測試,第一個通道(,CH1),規格及公差,1/29/2026,28,五、阻抗測量操作步驟,5.2.10.1、特性(單端)阻抗測試校証。,二極棒,1/29/2026,29,五、阻抗測量操作步驟,5.2.10.,2、,差動阻抗測試校証。,將兩個二極棒連接阻抗測試儀，編輯一個新的測試檔案。,如下圖，在,Impedance,框填入兩根驗証二極棒實際值的總,和，在,Probe Length(,探針長度),框輸入值,38.00,，選擇,Differential Test(,差動阻抗測試),和需要驗証的通道,(,CH1&Ch2)，,點,OK,退出。利用該新編輯檔案測試，看測試,結果是,Pass&Fail。,1/29/2026,30,五、阻抗測量操作步驟,5.2.10.2、差動,(,單端)阻抗測試校証。,探針長度,差動阻抗測試,第二個通道(,CH1&CH2),規格及公差,1/29/2026,31,五、阻抗測量操作步驟,5.2.11、注意事項：,5.2.11.1、特性阻抗量測時，必須選擇第一個通道(,Ch1)，,差動阻抗量測時，必須選擇第二個通道(,CH1&Ch2)。,接線時選擇通道必須與儀器端口一一對應。,5.2.11.2、,開機後需先預熱半小時。,5.2.11.3、測量時必須戴靜電手環(如下圖)，以防靜電燒壞儀器。,防靜電手環,1/29/2026,32,五、阻抗測量操作步驟,5.2.11.3、,Polar,需使用電腦搭配,無法獨立使用觀察波形及量,測數據。,1/29/2026,33,五、阻抗測量操作步驟,5.2.12、,阻抗測試常見問題點：,錯誤信息一：,提示：,CITS,與電腦的232通訊異常。,檢查：,1、,CITS,與電腦連接的232通訊線是否連接好。,2、查看,CITS,主機電源開關是否打開。,3、查看軟件中通訊,COM,端口（串口）設置是否正確。,1/29/2026,34,五、阻抗測量操作步驟,5.2.12、,阻抗測試常見問題點：,錯誤信息二：,提示：,DGL(,軟件解密狗)異常。（包含錯誤信息一的含意）,檢查：,1、,DGL(,連接電腦打印機接口)是否連接好。,與錯誤信息一檢查方法雷同。,1/29/2026,35,五、阻抗測量操作步驟,5.2.12、,阻抗測試常見問題點：,錯誤信息三：,提示：,差動測試過程中兩根信號線的水平傳輸時間不匹配。,（大於75,ps,）,檢查：,進行一次,Cable,水平傳輸時差檢查和修正操作即可。,1/29/2026,36,五、阻抗測量操作步驟,5.2.12、,阻抗測試常見問題點：,錯誤信息四：,提示：不能更新保存。,檢查：,1.重新進行一次保存新檔案操作即可。,1/29/2026,37,關於阻抗目前公司所接觸到的有,(1),impedance,單端式即為一條訊號線(見圖一),(2),Differential,差動式即為兩條訊號線(見圖二),六、設計阻抗基本原理,圖一：特性阻抗,圖二：差動阻抗,1/29/2026,38,通常阻抗控制的傳輸線可分,(,一)、,IMPEDANCE（,特性阻抗）,1、外傳輸線,2、內傳輸線,(,二)、,DIFFERENTIAL（,差動阻抗）,1、外傳輸線,2、內傳輸線,六、設計阻抗基本原理,1/29/2026,39,外傳輸線,(一),IMPEDANCE(,特性阻抗計算）,1,.1.1、,Surface,Microstrip,（,防焊前阻抗計算）,power plane,(電源層),P.P 介質層,介質常數(Er),signal plane,(訊號層),1/29/2026,40,1,.1.2,、,Coated,Microstrip,防焊後阻抗計算,1/29/2026,41,1.1.3、,Embedded,Microstrip,（,內層阻抗線）,1/29/2026,42,內傳輸線,1.2.1、,Symmetrical,stripline,（,內層對稱阻抗線）,1/29/2026,43,外傳輸線,(二)、,DIFFERENTIAL（,差动阻抗计算,）,2.1.1、,Edge-coupled surface,Microstrip,(,蝕刻後防焊前差動阻抗計算),1/29/2026,44,外傳輸線,2.1.2、,Edge-coupled coated,Microstrip,(,防焊後差動阻抗計算),1/29/2026,45,內傳輸線,1.2.2、,Offset,stripline,1/29/2026,46,2.1.3、,Edge-coupled Embedded,Microstrip,第二個線路層差動阻抗計算,1/29/2026,47,(二)內傳輸線,2.2.1、,Edge-coupled symmetrical,Stripline,1/29/2026,48,2.2.2、,Edge-coupled Offset,stripline,1/29/2026,49,7.1、工程設計：,工程,OP,設計人員於接收資料時須先分析客戶阻抗需求,及客戶,Gerber,設計，並藉由,Impedance polar,試算軟,體試算出以何種疊構搭配線寬需求最符合客戶阻抗需,求，若現場製程或客戶,Gerber,設計無法達到客戶,Impedance,需求時，須與客戶或內部相關人員溝通。,7.2、相關資料：,藉由,Impedance polar,試算軟體試算出所有現場製程,能力及現場相關條件所產生的所有預估值，並決定疊,構及工作片線寬及現場作業規格,相關附件,工單,七、設計重點分析：,1/29/2026,50,7-3 設計重點分析：,7.3.1、客戶,gerber,Impedance,位置分析,根據我司阻抗測試探頭規格,廠內設計,：,(1)、孔的直徑為：1,mm(40mil),(2)、,孔到孔中心距離為：0.1,inch(100mil),1/29/2026,51,7-3 設計重點分析：,7.3.2、生產排版圖,Impedance,位置分析,Impedance coupon,位於最板邊，屬壓合高流膠,區，,PP,偏下限,Impedance coupon,位於板中央，屬壓合低流,膠區，,PP,偏上限,Impedance coupon,位於最板邊，屬電鍍高電流,區，銅厚偏上限,Impedance coupon,位於最板中央，屬電鍍低電,流區，銅厚偏下限,Impedance coupon,位於線路空曠區，屬蝕銅較,快區，線寬偏下限,Impedance coupon,位於線路密集區，屬蝕銅較,慢區，線寬偏上限,1/29/2026,52,7.3.3、藉由,Impedance polar,計算軟體及實際切片分析得知,1,.,介電層厚度影響性,:,the influence of dielectric,thickne,介電層厚度愈厚,阻抗愈高;,(,PP,偏上限,Impedance,上限),介電層厚度愈薄,阻抗愈低;,(,PP,偏下限,Impedance,下限),(,dielectric,thickness thick,impedance upper;,dielectric,thickness thin,impedance down),即,PP,與阻抗成正比,2.,影響因素:,influenced factor,介電層材料,選用(,Material selection;,prepreg,or core),壓合厚度控制(,Laminated thickness control),樹脂膠含量(,Prepreg,resin content percentage),銅箔厚度選用(,Copper foil,selection),1/29/2026,53,7.3.3、藉由,Impedance polar,試算軟體及實際切片分析得知,線寬影響性:,the influence of line width,線寬愈粗,阻抗愈低;(線寬偏上限,Impedance,下限),線寬愈細,阻抗愈高.(線寬偏下限,Impedance,上限),(,Line width wider,impedance down;,Line width string,impedance upper),即：線寬與阻抗成反比,2.,影響因素:,influenced factor,銅箔厚度選用(,Copper foil selection),底片線寬控制(,Artwork line width control),影像轉移線寬管控,(,Image transfer),鍍層厚度品質管控(,Plating thickness control),蝕刻線寬控制,(,Etch parameter control),1/29/2026,54,7.3.3、藉由,Impedance polar,試算軟體及實際切片分析得知,1.,線路銅厚影響性:,the influence of line thickness,線路銅厚愈厚,阻抗愈低;(銅厚偏上限,Impedance,下限),線路銅厚愈薄,阻抗愈高.(銅厚偏下限,Impedance,上限),(,Line thickness thick,impedance down;,Line thickness thin,impedance upper,即：銅厚與阻抗成反比,2.,影響因素:,influenced factor,銅箔厚度選用(,Copper foil selection),鍍層厚度控制(,Plating Thickness Control on O/L),微蝕前處理管控,(,Micro-etch pre-treatment process),1/29/2026,55,7.3.3、藉由,Impedance polar,試算軟體及實際切片分析得知,1、,防焊綠漆影響性:,the influence of solder mask,防焊綠漆愈厚,阻抗愈低;(防焊偏上限,Impedance,下限),防焊綠漆愈薄,阻抗愈高。(防焊偏下限,Impedance,上限)(,solder mask thickness thick,impedance down;,solder mask thickness thin,impedance upper),防焊厚度與阻抗成反比,2.,影響因素:,influenced factor,材料種類,選用(,Material type selection),(,油墨的粘度及添加稀釋劑量),覆蓋,厚度控制(,S/M cover thickness control),(,刮刀的角度、刮刀的壓力、網版的張力、網版的目數,線路接觸面積(,Trace surface contact area),(接觸面積越大，防焊覆蓋越厚),1/29/2026,56,8.1、,OP,設計人員,OP,設計人員製作工單，內容包括,1.阻抗要求、原稿線寬、工作線寬、成品線寬要求,(含公差)等等,2.測試點及內容線位置圖面,製作完成之,Impedance,設計單，須列印出一份提供,於生管，制程中生產時，品管及品保以此份圖紙及,工單進行行管控線寬及阻抗。,8.2,CAM,設計人員,CAM,設計人員須依,OP,設計人員所規定之線寬製作工作片.,八、作業流程,1/29/2026,57,8.3、工程底片檢查人員,工程底片檢查人員須依工單上之規定，量測工作稿線,寬，檢驗時工作底片之線寬須管控於上線，若不符合,標準，要求,CAM,設計人員重新處理。,8.4、內/外層線路,QC,內/外層線路,QC,於線路曝光後，須以工單上之工作,片線寬,檢驗線路曝光後板面線寬是否符合標準，若,不符，則需檢查底片線寬及調整曝光能量。,8.5、壓合人員,壓合人員於壓合後，須檢驗壓合厚度是否符合標準，,若不符，則需做切片分析是何種因素造成。,8.6、電鍍,IPQC,PCB,電鍍後,電鍍,IPQC,需取樣送至儀器室，制作切片,進行量測及分析其孔、面銅厚及均勻性是否符,合工單要求，若不符則須調整電流強度。,1/29/2026,58,8.7、蝕刻人員,8.7.1、內層線路蝕刻,IPQC,內層線路蝕刻,IPQC,須針對內層首件工單上之,線寬要求，以50,X、100X,放大鏡量測線寬，看,線寬是否符合客戶原稿標準，若不符則須調整,蝕刻速度，直到符合線寬標準。,8.7.2、外層蝕刻,IPQC,外層線路蝕刻人員，須針對工單上成品線寬要,求，以50,X、100X,放大鏡量測線寬，看否符合,標準，若不符則須調整蝕刻速度，以達線寬標,準。另阻抗板蝕刻首件線寬,OK,後，蝕刻,IPQC,需,取樣3,WPNL,送至儀器室進行阻抗首件量測，看,阻抗量測是否符合要求。,1/29/2026,59,8.8、防焊,IPQC,防焊,IPQC,須於首件檢驗,OK,後，送樣1,WPNL,至儀器室，,根據工單上防焊厚度要求，打板內切片量測防焊厚度是,否符合工單要求。,8.9、成品阻抗量測,出貨前阻抗量測，由出貨報告人員負責取樣量測阻抗，,看阻抗是否符合工單上之客戶要求，並將阻抗測量之,數據存檔，若成品阻抗值呈現較不穩定時須及時提報 並反饋。,量產,：,一般取樣3,WPNL,進行量測,樣品：,OK,板100%量測阻抗,1/29/2026,60,九、防焊前後阻抗對比,1.1、防焊前特性阻抗對比（01,U104）,說明：,L1,層特性50,，,防焊後阻抗相比防焊前，平均減少了4.2,。,1/29/2026,61,1.2、防焊前後差動阻抗對比（01,U104）,說明：,L1,層差動100,，,防焊後相比防焊前，平均減少了8.5,。,1/29/2026,62,2.1、,PP,厚度每增加0.05,mil,對差動阻抗之影響度（01,U104）,說明：,PP,厚度每增加0.05,mil,阻抗會增加0.42-0.5,。,1/29/2026,63,2.2、線寬每增加0.05,mil,對差動阻抗之影響（01,U104）,說明：線寬每增加0.05,mil,阻抗會減小0.23-0.26,。,1/29/2026,64,2.3、線距每增加0.05,mil,對差動阻抗之影響（01,U104）,說明：線距每增加0.05,mil,阻抗會變大0.02,。,1/29/2026,65,2.4、防焊厚度每增加0.05,mil,對差動阻抗之影響（01,U104）,說明：防焊厚度每增加0.05,mil,阻抗會變小0.07-0.1,。,1/29/2026,66,2.5、阻抗線厚度每增加0.05,mil,對差動阻抗之影響度（01,U104）,說明：阻抗線厚度每增加0.05,mil,阻抗會變小0.16-0.22,。,1/29/2026,67,蝕刻後特性阻抗相比成品阻抗，如偏大3-4歐姆，經過防焊印刷後阻抗會降至規格內，在蝕刻可放行;蝕刻後差動阻抗相比成品阻抗，如偏大5歐姆以下可放行。,目前我司廠內生產四六層板，內層外層阻抗皆可製作，但阻抗控制，仍須依靠各站按照工單作業，確實進行檢驗及管控，以滿足客戶之需求。,十、結論,1/29/2026,68,十一、阻抗,NG,之影響,電路板上若有高頻高速之零件時，則板面傳輸線的“特性阻抗”與零件本身的輸的“輸出阻抗”（,OutputImpedance)，,其兩者之間必須要能夠匹配（,Natch,),才能順利發揮傳播功能。一旦兩者未能匹配時，將會導致零件所輸出訊號（,Signal),中的一部份，自傳輸線末端發生“線路振蕩”（,Line Ringing),反彈回來，而對零件產生“錯誤觸發”（,False Triggering),的訊號，除了這種訊號反彈（,Reflection),之外，還會另外造成失真（,Distortion)、,雜訊（,Crosstalk,),以及傳播延誤（,Delay),等缺失。,1/29/2026,The end,TKS!,1/29/2026,