Considerações de projeto de impedância para PCB flexível

À medida que os produtos eletrônicos testemunham seu rápido desenvolvimento, o mercado exige demandas cada vez mais altas por PCB flexível (placa de circuito impresso) e PCB de controle de impedância simultaneamente, juntamente com requisitos cada vez mais rigorosos. O principal problema de PCB flexível com requisito de impedância é encontrado em uma grande diferença entre o valor medido e o valor de projeto tão alto quanto 20Ω, levando a falhas na compensação de projeto e dificuldade de controlar a fabricação. Este artigo discute principalmente como atingir a precisão rigorosa do controle de impedância na perspectiva do projeto de PCB e espera-se que seja benéfico para o pessoal que atende à indústria de fabricação de PCB.

Análise de controle de impedância

Os elementos principais que afetam a impedância incluem constante dielétrica, espessura média, largura do traço e espessura do cobre.


Com base na análise da seção transversal, quando os dados práticos da seção transversal são aplicados em módulos, a diferença entre o valor calculado e o valor prático medido obtido pelo instrumento de impedância fica na faixa de 14Ω a 33Ω, resumida na tabela a seguir.

Valor teórico (Ω)	Valor medido (Ω)	Diferença (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

Com base na diferença demonstrada acima, a diferença entre o valor teórico e o valor medido é muito grande, possivelmente devido aos seguintes motivos:


Durante o projeto de engenharia, o acesso incorreto é substituído por parâmetro de software.


De acordo com os fatores que afetam os dados de impedância e seção transversal, talvez apenas a constante dielétrica leve a um acesso impreciso. Com base no conceito combinado de constante dielétrica, pode-se saber que a constante dielétrica do material do substrato PCB é um resultado abrangente da constante dielétrica do material dielétrico no material do substrato, que pode ser aproximadamente indicada pela soma ponderada da constante dielétrica da resina no material dielétrico e constante dielétrica do material de reforço. Quando se trata de material flexível, porém, ele é composto por adesivo e PI (poliimida). Assim, a constante dielétrica do material flexível é a constante dielétrica abrangente do adesivo e do PI.


O design do módulo de medição está incorreto em relação ao PCB


Durante o processo de projeto de impedância, a medição da linha de impedância geralmente envolve o projeto da linha de transmissão e o plano de referência e deve ser garantido que certa distância possa ser mantida entre a borda de cobre do plano de referência e a linha de impedância. Quanto a esta situação, a distância é de apenas 0,5 mm que pode ser muito curta, levando ao completo desconhecimento deste plano de referência.


• Esquema Experimental


Etapa 1:os dados de engenharia são projetados para verificar respectivamente:
i. Influência da folha de cobre de transmissão na impedância quando adicionada ou não ao módulo de medição.
ii. Qual é a influência da distância entre a borda da folha de cobre e a linha de impedância na impedância no módulo de medição. A distância horizontal entre a borda do projeto e a linha de impedância é respectivamente 0,5 mm e 4,5 mm.
iii. O projeto do módulo de medição decide a influência do plano de referência da grade e do plano de referência da folha de cobre na impedância.


Etapa 2:A placa flexível é fabricada e a impedância da placa flexível é medida.


Etapa 3:O acesso da seção transversal é substituído pela impedância teórica do cálculo do módulo e calculado de acordo com a constante dielétrica abrangente do material dielétrico para que os erros causados ​​pelo acesso possam ser eliminados.


Passo 4:As conclusões podem ser feitas através da comparação de dados:método de acesso aos parâmetros e regulamentos de projeto do módulo de medição.


• Resultado Experimental


1) De acordo com o esquema experimental com e sem folha de cobre de transmissão adicionada ao módulo de medição, os dados de medição originais indicam que a impedância leva a uma diferença tão pequena entre a adição e a não adição da folha de cobre de transmissão. Portanto, pode-se concluir que nenhuma influência é colocada na impedância, independentemente da folha de cobre de transmissão ser adicionada ou não.


2) De acordo com o esquema experimental projetado com base na distância entre a borda da folha de cobre do plano de referência e a linha de impedância, a diferença de impedância é tão pequena que pode-se concluir que a distância entre a borda da folha de cobre do plano de referência e a linha de impedância não influencia na impedância.


3) De acordo com o esquema experimental projetado com base no módulo de grade e folha de cobre projetado para o plano de referência do módulo de medição, pode-se concluir que a impedância será drasticamente influenciada quando o plano de referência do módulo de medição for projetado para ser folha de cobre e grade.


4) De acordo com o esquema experimental de diferentes larguras de traço, grades e módulos de folha de cobre com tamanhos diferentes, pode-se concluir que quando a grade é projetada para ser um plano de referência, ela está associada à taxa residual de cobre. Quanto maior a taxa residual de cobre, menor a diferença que levará com a folha de cobre. Quanto menor a taxa residual de cobre, maior a diferença que levará com a folha de cobre. Portanto, como a grade é usada como plano de referência, o cobre deve ser revestido no local de referência compatível com a posição da linha de impedância.


5) De acordo com o módulo de medição de projeto prático, o acesso de seção transversal é substituído pelo módulo para descobrir a impedância teórica que é então comparada com a impedância de medição prática. Como o material flexível é composto por adesivo e PI, a constante dielétrica do material flexível deve ser uma constante dielétrica abrangente de ambos os constituintes ou uma única constante dielétrica é adquirida através da aplicação de software para cálculo de impedância. Com base em resultados experimentais anteriores, pode-se concluir que a constante dielétrica do PI é 2,8 enquanto a do adesivo é 3,5. Como resultado, à medida que os dados são substituídos pelo software para cálculo, a precisão da constante dielétrica será verificada.

Considerações do projetista de PCB flexível e rígida sobre projeto de impedância

Consideração nº 1:O plano de referência deve ser o plano de referência da grade e o plano de referência da folha de cobre.


Com base nos resultados experimentais listados acima, pode-se concluir que o projeto de engenharia baseado no plano de referência da folha de cobre é capaz de atender o requisito de impedância do PCB flexível. Quando o plano de referência da grade é projetado, quanto maior a grade, maior será a diferença entre a impedância da grade para a taxa residual mínima de cobre e a impedância da folha de cobre, enquanto a grade menor for, a menor diferença será gerada entre a impedância da grade para a impedância máxima taxa residual de cobre e impedância de folha de cobre.


Em conclusão, o projeto da grade como plano de referência está intimamente relacionado com o tamanho da grade, ou seja, a taxa residual de cobre. Quanto maior a taxa residual de cobre, menor será a diferença entre ela e a impedância da folha de cobre e os dados teóricos do projeto. Quanto menor a taxa residual de cobre, maior será a diferença entre ele e a impedância da folha de cobre e os dados teóricos do projeto. Como resultado, quando a grade é selecionada como plano de referência, o cobre deve ser revestido no plano de referência compatível com a posição da linha de impedância correspondente.


Consideração nº 2:A impedância do PCB flexível deve ser projetada dependendo da adição da funcionalidade do software de cálculo de impedância.


Comparado com o software de cálculo de impedância comum, o software de cálculo de impedância com funcionalidade de adição contém função de aquisição de acesso para cada camada média e funciona com mais precisão em termos de aquisição de acesso. Além disso, é mais fácil simular situações práticas e mais conveniente para ser aplicado em projetos de engenharia.


Consideração nº 3:A constante dielétrica de cada camada única é adquirida na placa rígida flexível.


Pode-se verificar com base em experimentos em escala real que a constante dielétrica do PI é 2,8 enquanto a do adesivo é 3,5, o que pode ser usado como referência para o projetista de placas rígidas flexíveis. O cálculo de dados teóricos com base na aplicação de software de cálculo de impedância com funcionalidade adicional é capaz de atender a demanda de clientes de PCB flex-rigid.

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Recursos úteis
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