pcb 阻抗损耗（PCB的两个重要参数）

PCB相信平时经常都接触到，但关于PCB的一些结构具体信息，可能了解的相对较少，今天简单介绍一下PCB中两个重要的参数：叠层和阻抗。

多层板的结构：

为了很好地对 PCB 进行阻抗控制，首先要了解 PCB 的结构：

通常我们所说的多层板是由芯板和半固化片互相层叠压合而成的，芯板是一种硬质的、有特定厚度的、两面包铜的板材，是构成印制板的基础材料。而半固化片构成所谓的浸润层，起到粘合芯板的作用，虽然也有一定的初始厚度，但是在压制过程中其厚度会发生一些变化。通常多层板最外面的两个介质层都是浸润层，在这两层的外面使用单独的铜箔层作为外层铜箔。外层铜箔和内层铜箔的原始厚度规格，一般有 0.5OZ、1OZ、2OZ（1OZ 约为 35um或 1.4mil）三种，但经过一系列表面处理后，外层铜箔的最终厚度一般会增加将近 1OZ 左右。内层铜箔即为芯板两面的包铜，其最终厚度与原始厚度相差很小，但由于蚀刻的原因，一般会减少几个 um。

多层板的最外层是阻焊层，就是我们常说的“绿油”，当然它也可以是黄色或者其它颜色。阻焊层的厚度一般不太容易准确确定，在表面无铜箔的区域比有铜箔的区域要稍厚一些，但因为缺少了铜箔的厚度，所以铜箔还是显得更突出，当我们用手指触摸印制板表面时就能感觉到。如下图：

当制作某一特定厚度的印制板时，一方面要求合理地选择各种材料的参数，另一方面，半固化片最终成型厚度也会比初始厚度小一些。下面是一个典型的 4 层板叠层结构：

PCB 的参数：

不同的印制板厂，PCB 的参数会有细微的差异。

表层铜箔：可以使用的表层铜箔材料厚度有三种：12um、18um 和 35um。加工完成后的最终厚度大约是 44um、50um 和 67um。 芯板：我们常用的板材是 S1141A，标准的 FR-4，两面包铜。

半固化片：规格（原始厚度）有 7628（0.185mm），2116（0.105mm），1080（0.075mm），3313 （0.095mm），实际压制完成后的厚度通常会比原始值小 10-15um 左右。同一个浸润层最多可以使用3个半固化片，而且3个半固化片的厚度不能都相同，最少可以只用一个半固化片，但有的厂家要求必须至少使用两个。如果半固化片的厚度不够，可以把芯板两面的铜箔蚀刻掉，再在两面用半固化片粘连，这样可以实现较厚的浸润层。

阻焊层：铜箔上面的阻焊层厚度 C2≈8-10um，表面无铜箔区域的阻焊层厚度 C1 根据表面铜厚的不同而不同，当表面铜厚为 45um 时 C1≈13-15um，当表面铜厚为 70um 时 C1≈17-18um。

导线横截面：以前我一直以为导线的横截面是一个矩形，但实际上却是一个梯形。以TOP层为例，当铜箔厚度为1OZ时，梯形的上底边比下底边短 1MIL。比如线宽5MIL，那么其上底边约4MIL，下底边5MIL。上下底边的差异和铜厚有关，下表是不同情况下梯形上下底的关系。

W表示布线宽度

介电常数：半固化片的介电常数与厚度有关，下表为不同型号的半固化片厚度和介电常数参数：

板材的介电常数与其所用的树脂材料有关，FR4 板材其介电常数为 4.2—4.7，并且随着频率的增加会减小。介质损耗因数：电介质材料在交变电场作用下，由于发热而消耗的能量称之为介质损耗，通常以介质损耗因数 tanδ表示。S1141A 的典型值为 0.015。 能确保加工的最小线宽和线距：4mil/4mil。

阻抗计算的工具简介：

通常，当我们了解了多层板的结构并掌握了所需要的参数后，就可以通过 EDA 软件来计算PCB的阻抗。可以使用Allegro来计算，推荐另一个工具 Polar SI9000，这是一个很好的计算特征阻抗的工具。

无论是差分线还是单端线，当计算内层信号的特征阻抗时，会发现 Polar SI9000 的计算结果与 Allegro 仅存在着微小的差距，这跟一些细节上的处理有关，比如说导线横截面的形状。但如果是计算表层信号的特征阻抗，建议选择 Coated 模型，而不是Surface模型，因为这类模型考虑了阻焊层的存在，所以结果会更准确。下图是用Polar SI9000计算在考虑阻焊层的情况下表层差分线阻抗的部分截图：

由于阻焊层的厚度不易控制，所以也可以根据板厂的建议，使用一个近似的办法：在Surface 模型计算的结果上减去一个特定的值，建议差分阻抗减去8欧姆，单端阻抗减去2欧姆。