阻抗设计指引.docx
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阻抗设计指引
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修订者/制订者
赞同者
A
新修订
PPEⅠ
副总经理曾红
品质保证部经理刘小刚
工艺部经理陈炯辉
品质控制部经理王峻
市场部经理郭凯
生产部经理胡长忠
批准
主管副总经理李学明
工程Ⅰ部经理方韦东
目录
段数
内容
页数
1
2
3
4
5
6
7
范围
阻抗分类
影响阻抗的相关因素及确定
阻抗各影响因素对阻抗值的影响趋势
如何使用polar软件计算阻抗
菲林制作指示和生产制作指示上阻抗要求的编写规范
引用标准
2－2
2－2
2－6
7－7
7－12
12－12
12－12
1范围
规范阻抗设计步骤、影响阻抗值的参数、Polar软件的使用方法，确保设计出的阻抗模块既易于生产过程控制、又能满足客户的阻抗要求，以求得用最经济、实用的方法、在最短的时间内设计出最稳定、最合理的阻抗。
实用于生益公司所有生产的特征阻抗和差分阻抗特性线路板。
2阻抗分类
2.1按阻抗线路所在层数分类：
外层阻抗、内层阻抗。
2.2按阻抗类别分类：
特征阻抗（包含共面波导特征阻抗）、差分阻抗（包含共面波导差分阻抗、层间差分阻抗等）
3影响阻抗的相关因素及确定
3.1影响阻抗的相关因素
阻抗线线宽底部（W1）
阻抗线线宽顶部（W）
阻抗线线间的间距或层间错位（S）
阻抗线两侧屏蔽层之间的介质总厚度（包括芯板厚度、铜厚、胶片厚度、光芯板）（H）
两侧屏蔽层中较厚的屏蔽层介质厚度（H1）（包括芯板厚度、铜厚、胶片厚度、光芯板,（H1）对于外层阻抗
而言，代表绿油的厚度）
阻抗线成品铜厚（T）
相对间质常数（Er）
阻抗线同层的屏蔽间距（S）（共面波导阻抗使用）
3.2阻抗结构示意图及其影响因素，举例如下:
外层特征阻抗结构示意图内层特征阻抗结构示意图
外层差分阻抗结构示意图内层差分阻抗结构示意图
层间差分阻抗结构示意图共面波导阻抗结构示意图
3.3影响阻抗的相关因素确定原则
3.3.1介质厚度（H/H1）的确定
3.3.1.1由芯板构成的介质的厚度按芯板的理论中心值计算（不包括铜厚）；
3.3.1.2对于由半固化片组成的介质的厚度分不同的铜厚以及两侧图形铜面积比例按以下标准计算：
3.3.1.2.1FR-4半固化片固化厚度（单位：
mil）
铜箔厚度
固化厚度
半固化片类型
HOZ
Copper/Gnd
Gnd/Gnd
Copper/Signal
Gnd/Signal
Signal/Signal
7628（Y）
7.3
7.0
6.8
6.7
6.6
2116（Y）
4.6
4.4
4.2
4.0
3.8
3313（Y）
3.9
3.8
3.7
3.5
3.3
1080（Y）
2.8
2.6
2.5
2.4
2.2
7628H（Y）
7.6
7.3
7.1
7.0
6.9
2116H（Y）
4.9
4.7
4.5
4.3
4.1
3313H（Y）
4.1
4.0
3.9
3.7
3.5
1080H（Y）
2.9
2.7
2.6
2.5
2.3
7628C（Y）
7.1
6.8
6.6
6.5
6.4
3313C（Y）
3.7
3.6
3.5
3.2
3.1
铜箔厚度
固化厚度
半固化片类型
1OZ
Copper/Gnd
Gnd/Gnd
Copper/Signal
Gnd/Signal
Signal/Signal
7628（Y）
7.1
6.8
6.6
6.5
6.4
2116（Y）
4.5
4.3
4.1
3.9
3.7
3313（Y）
3.8
3.7
3.6
3.4
3.2
1080（Y）
2.8
2.6
2.5
2.4
2.2
7628H（Y）
7.4
7.1
6.9
6.8
6.7
2116H（Y）
4.8
4.6
4.4
4.2
4.0
3313H（Y）
4.0
3.9
3.8
3.6
3.4
1080H（Y）
2.9
2.7
2.6
2.5
2.3
7628C（Y）
6.9
6.6
6.4
6.3
6.2
3313C（Y）
3.6
3.5
3.4
3.2
3.0
铜箔厚度
固化厚度
半固化片类型
2OZ
Copper/Gnd
Gnd/Gnd
Copper/Signal
Gnd/Signal
Signal/Signal
7628（Y）
6.8
6.5
6.3
6.1
6.0
2116（Y）
4.2
4.0
3.8
3.5
3.3
3313（Y）
3.5
3.4
3.3
3.1
2.8
1080（Y）
2.6
2.4
2.3
2.1
1.9
7628H（Y）
7.1
6.8
6.6
6.4
6.3
2116H（Y）
4.5
4.3
4.1
3.8
3.6
3313H（Y）
3.7
3.6
3.5
3.3
3.0
1080H（Y）
2.7
2.5
2.4
2.2
2.0
7628C（Y）
6.6
6.3
6.1
5.9
5.8
3313C（Y）
3.3
3.2
3.1
2.9
2.6
铜箔厚度
固化厚度
半固化片类型
3OZ
Copper/Gnd
Gnd/Gnd
Copper/Signal
Gnd/Signal
Signal/Signal
7628（Y）
6.5
6.2
6.0
5.7
5.6
2116（Y）
4.0
3.8
3.6
3.2
3.0
3313（Y）
3.3
3.2
3.1
2.8
2.5
1080（Y）
2.4
2.2
2.1
1.8
1.6
7628H（Y）
6.8
6.5
6.3
6.0
5.9
2116H（Y）
4.3
4.1
3.9
3.5
3.3
3313H（Y）
3.5
3.4
3.3
3.0
2.7
1080H（Y）
2.5
2.3
2.2
1.9
1.7
7628C（Y）
6.3
6.0
5.8
5.5
5.4
3313C（Y）
3.1
3.0
2.9
2.6
2.3
备注：
（1）GND层包括电源层等约65%以上铜面积之大铜面层；
（2）各半固化片白料与黄料固化厚度一致（“Y”指黄料）；
（3）后缀“H”表示高树脂含量，后缀“C”表示低树脂含量；
（4）当某层半固化片张数≥3时，中间的半固化片按Gnd/Gnd计算。
如：
半固化片张数为4，
则中间的2张半固化片均按Gnd/Gnd计算。
3.3.1.2.2RO4403半固化片厚度
铜箔厚度
Gnd/Gnd
Gnd/Signal
Signal/Signal
HOZ
4.0
3.6
3.3
1OZ
4.0
3.3
2.6
3.3.1.3介质厚度（H/H1）的确定:
3.3.1.3.1介质厚度（H）=阻抗线两侧屏蔽层之间所有介质厚度之和（包含两侧屏蔽层之间的芯板、半固化片、铜箔、光芯板）.
3.3.1.3.2介质厚度（H1）=阻抗线到介质厚度较厚侧屏蔽层之间所有介质厚度之和（包含其间的芯板、半固化片、铜箔、光芯板）.（对于外层阻抗而言，H1代表绿油的厚度）
3.3.2线宽的确定原则
线路图形在蚀刻的过程中必然存在侧蚀,这样使得成品的线宽的剖面将不是矩形,而是接近一个梯形的样子,这样线路在顶部线宽W和底部线宽W1将存在一定的差异,如下图所示:
W
W1
从前面的阻抗示意图中我们可以看到，W和W1都将影响的阻抗的大小，在阻抗设计的过程中对于W1代表阻抗设计的理论值（线宽的测量一般以底部为准）,对于不同底铜厚度，其蚀刻因子不一样，所以W1与W的差别也是不同的，总结以往的经验数据，W的大小我们按以下的标准计算:
3.3.2.1外层阻抗（W1-W）的确定:
底铜厚度
W1-W
0.3oz
1.0mil
0.5oz
1.0mil
1.0oz
1.4mil
2.0oz
/
3.3.2.2内层阻抗（W1-W）的确定:
底铜厚度
W1-W
0.5oz
0.6mil
1.0oz
0.8mil
2.0oz
1.8mil
3.3.3介质的介质常数的确定
3.3.3.1普通FR-4半固化片的介质常数如下（经验值）:
半固化片类型
内层阻抗设计介质常数（1.7GHZ）
外层阻抗设计介质常数
（1MHZ）
106
3.9
4.3
1080
3.9
4.3
3313
4.0
4.4
2116
4.0
4.5
7628
4.1
4.7
1500
4.1
4.7
3.3.3.2其他介质的介质常数如下:
（由供应商提供）
半固化片类型
内层阻抗设计介质常数
外层阻抗设计介质常数
Rogersprepreg/R04403
3.17
3.17
Rogersthin-core/R04003
3.38+/-0.05
3.38+/-0.05
Rogersthin-core/R04350
3.48+/-0.05
3.48+/-0.05
RCC
3.8
3.8
HitachiMCL-BE-67G（H）（1GHz）
HitachiGEA-67BE（H）（1GHz）
4.6
4.6
HitachiMCL-E-679（1GHz）
4.2
4.2
HitachiMCL-E-679F（1GHz）
4.6-4.8
4.6-4.8
HitachiMCL-E-679FG（1GHz）
4.8
4.8
DricladSSL-V180（1MHz）
DricladSSP-V180（1MHz）
4.5
4.5
NelcoN4000-2EF（1GHz）
4.2
4.2
NelcoN4000-6（1GHz）
4.1
4.1
NelcoN4000-13（1MHz）
3.9
3.9
GetekML200
3.9
3.9
MatsushitaR-1566（1GHz）
MatsushitaR-1551（1GHz）
5.2
5.2
3.3.3.3介质混合时介质常数的确定:
当介质混合的时候，我们计算阻抗时，实际介质常数=各种不同介质的介质常数的加权平均！
比如：
单张1080的Dk＝3.9，单张7628的Dk＝4.1，当我们排层压结构时如果使用了1080+7628，则DK=（3.9+4.1）/2=4.0,同样，如果用到1080+1080+7628，则DK=（3.9+3.9+4.1）/3=3.97,以次类推！
！
3.3.3.4当介质混合中含芯板时，芯板的介质常数按4.1记，而不再考虑其组份.
3.3.3.5当两侧屏蔽层中有一侧为芯板时,不考虑芯板的介质常数,而只考虑另一侧含半固化片的介质常数.
3.4 成品铜厚的确定
一般的情况下客户都会给出内、外层完成铜厚的要求,但是考虑到外层电镀不均匀和镀厚,以及内层蚀刻及后工序的微蚀量的存在,成品铜厚将发生变化,故在阻抗设计的时候并不是按底铜记内层铜厚,也不是按客户要求的完成铜厚记外层铜厚，具体的执行标准如下:
底铜铜厚要求
内层完成铜厚
外层完成铜厚
0.3oz（0.47mil）
0.35mil
1.5mil
0.5oz（0.7mil）
0.5mil
1.8mil（华为：
2.0mil）
1.0oz（1.4mil）
1.14mil
2.3mil（华为：
2.5mil）
2.0oz（2.8mil）
2.4mil
/
3.5 绿油厚度（对外层阻抗而言）
除非客户有特别的绿油厚度要求，在阻抗设计过程中，绿油厚度一般按0.4mil计算！
3.6 间距（对差分阻抗而言）
3.6.1对于一般的差分阻抗来说，间距的大小也直接影响到阻抗的大小，在设计阻抗的过程中我们常常需要调整差分对线的线宽来满足阻抗的要求，当线宽调整时间距将相应的变化，在阻抗设计过程中，秉承的原则是：
必须保证调整前后“线宽W1+间距S”的总和保持和客户原稿一致而不变！
3.6.2对于层间差分阻抗阻抗线，线路与线路的对准偏差间距S一般都按3mil计算；
3.6.3对于共面波导阻抗，由于其特殊的设计，线路两侧都有屏蔽层，在阻抗设计过程中，秉承的原则是：
必须保证调整前后“线宽W1（一个或多个线宽）+*间距S（二个或多个间距）”的总和保持不变！
4阻抗各影响因素对阻抗值的影响趋势
4.1 线宽（W1）对阻抗值的影响
4.1.1不论是特征阻抗还是差分阻抗，在其他条件不变的前提下，线宽变化趋势与阻抗的变化趋势相反，即当线宽加粗时，阻抗值将变小！
当线宽减小时，阻抗值将增大，在阻抗设计的过程中我们可以利用这一特性，通过调整阻抗线线宽来满足阻抗的要求！
4.1.2当线宽比较小时（比如线宽小于4mil时），线宽的细微变化，将导致阻抗值较大的变化，但是当线宽比较粗（比如线宽大于20mil以上），这种变化将趋于缓和，即当线宽比较宽的时候，线宽的变化对阻抗值影响不大了，这也就说明在阻抗设计过程中，较粗线的阻抗值比较稳定，故在阻抗设计的过程中，在满足客户线宽要求和间距允许的前提下，我们尽可能的应该将阻抗线宽设计的宽一些，这样将方便制作过程中阻抗的控制！
4.2 间距对差分阻抗阻抗值的影响
4.2.1在线宽和其他条件不变的前提下，阻抗值的大小随着间距的增大而增加，并且这种趋势随着间距的变大而趋于缓和，即当间距比较大时（比如间距/线宽≥2:
1），间距的变化，对阻抗值的影响不大！
故在差分阻抗的设计过程中，优先考虑将间距设计大些，这样得到的阻抗设计将是一个比较稳定和理想的设计，但是一般情况下，客户都已经给定了线宽/间距，在设计阻抗时我们必须保证“线宽+间距”的总和不变，而矛盾在于线宽和间距都是越宽阻抗越稳定，这样我们就得权衡线宽和间距谁对阻抗的贡献比较大，就优先保证谁，这个是需要经验的，一般的来说线宽对阻抗的影响大于间距对阻抗的影响！
4.2.1层间错位对层间差分阻抗的影响因层间错位的变化值在2-4mil之间,其影响变得很小,一般情况下,使用自动曝光机生产得到的结果比较稳定.
4.3介质厚度对阻抗的影响
4.3.1对于外层阻抗而言，在其他条件不变的前提下，介质厚度越厚，阻抗值越大；
4.3.2.1对于内层阻抗而言，由于影响阻抗的介质厚度包括H（两侧屏蔽层之间的介质总厚）和H1（阻抗线离介质厚度较厚一侧屏蔽层的介质厚度），当线宽、间距等条件不变的前提下，两者的厚度变化都将影响阻抗值的大小，总体的变化趋势是一个正态分布曲线，从经验数据来看，当阻抗线位于两个屏蔽层正中间的时候，即H1=H/2的时候，阻抗值达到最大.
4.3.3.2对于内层阻抗而言，当H1越接定H值时,H1对阻抗的影响将变得越小,影响阻抗值的介质将主要是另一側介质厚度.
4.4成品铜厚对阻抗的影响
铜厚对阻抗来说是一个影响比较小的因素，一般来说随着铜厚的增加，阻抗值变小.
4.5介质常数对阻抗的影响
介质常数变小，阻抗值将增大.
5如何使用Polar软件计算阻抗
了解了影响阻抗的各种因素及其对阻抗值的影响趋势以后，接下来的工作将是如何使用Polar软件这个工具来进行阻抗设计。
由于影响阻抗的因素较多，且各种因素在生产中交错作用于阻抗线路，给阻抗控制带来
了很大的难度，Polar软件作为一个工作平台，只能将各种影响因素独立化和理想化从而进行阻抗的理想模拟设计，因此用Polar软件设计的阻抗值将会同实际生产过程中测量到的阻抗值存在一定的差异;同样,同一个要求的阻抗值，可以模拟出多种设计方案！
实际生产时哪种最合理，这些都需要长时间的经验积累！
5.1 阻抗设计的必要条件
一般的情况下，在设计阻抗之前必须提供以下信息中的至少前五个或全部：
a）阻抗值
b）铜厚
c）线宽或线宽/间距（对差分而言）
d）成品板厚
e）层质
f）叠层结构或介质厚度要求
说明：
1）很多时候客户不一定提供了完整的叠层结构或介质厚度要求；
2）有的提供的结构没有办法满足的阻抗要求；
3）有的时候客户要求的线宽和间距在客户接受的公差范围内无法得到对应的阻抗要求；
4）有的时候客户仅仅提供成品板厚的要求
以上这些不全的信息，或者不合理的信息，使得我们必须更改客户设计，通过调整影响阻抗设计的各个因素来实现阻抗控制！
5.2 调整各种因素的优先次序
在调整客户设计满足阻抗要求是，按以下先后标准考虑：
优先考虑调整层压结构和线宽间距，其次考虑调整铜厚和阻抗值
5.3 内、外层阻抗设计顺序
由于影响外层阻抗值的因素只有线宽（或线宽/间距）和外层到屏蔽层（一般为次外层）的介质厚度两个主要因素（铜厚和绿油厚度对阻抗影响不大，生产上也易于控制，故可以暂时忽略不考虑），容易得到较少的或者唯一的设计，而内层阻抗的影响因素较多，所以通常情况下，当同时需要设计内外层阻抗的时候，我们一般先设计外层阻抗，将外层设计优先确定下来,然后才进行内层阻抗的设计！
5.4 外层阻抗设计特别说明
考虑到在生产中我们可以通过调整蚀刻参数来调整外层阻抗线宽和间距，从而达到适当调整外层阻抗值大小的目的，在设计外层阻抗时我们使用盖阻焊的模块设计，不盖绿油的模块仅对阻抗设计提供参考，由于阻抗线覆盖阻焊油墨后，阻抗将变小，而我们的生产前期监控是不盖绿油的模块,所以我们要采用不盖阻焊的模块设计阻抗，同时必须注意提高不盖绿油阻抗值的大小，一般采用以下原则：
阻抗类型
设计时计算阻抗值
特征阻抗
客户要求阻抗中值+（6%～8%）欧
差分阻抗
客户要求阻抗中值+（8%～10%）欧
当阻抗线宽比较小时（一般小于4.0mil），考虑线宽的波动对阻抗影响较大时，我们在计算阻抗时按上限补偿，当阻抗线宽比较大时（一般大于8mil），考虑到线宽的波动对阻抗的影响比较小时，我们按下限补偿！
5.5 内层阻抗实际特别说明
内层阻抗设计时，要特别注意认真查看客户资料中是否可以明确界定或客户已明确指明了阻抗线的屏蔽层，若无法确定,则需要与客户协商，另外必须认真查看客户原稿设计中的阻抗线屏蔽情况是否与客户要求的一样，因为屏蔽层不同时阻抗差别很大，出现此类问题时必须与客户澄清！
（有的时候客户设计的GND或者POWER大铜面层并没有屏蔽阻抗线,如果按客户的GND或POWER层屏蔽阻抗线设计，而实际上PCB成品中阻抗线没有被屏蔽，很有可能导致客户贴片后无法调试出信号的现象）
5.6 阻抗设计步骤
阻抗设计的过程我们主要使用Polar软件进行，将阻抗的各种相关因素按实际情况代入模块中并计算、分析，比较：
Polar软件模块示意图
a）首先按客户给出的层压结构或者根据客户给定的成品板厚要求设计好层压结构，初步计算好各层的介质厚度，并选好满足介质厚度要求的芯板或者半固化片；
b）将介质厚度代入Polar模块,见下图中H和H1；
c）将客户设计中的线宽/间距按标准折算后代入Polar模块中，见下图中W和W1，当差分模块时还有间距S；
d）将客户要求的底铜厚度，按标准折算成品铜厚后代入Polar模块，见下图中T；
e）根据半固化片的实际使用情况，按标准将折算后的平均介质常数（ErorDk）代入Polar模块，见下图Er；
f）点击”PresstoCalculate”按钮开始计算阻抗！
g）比较分析：
1）若计算出来的阻抗结果与客户要求值相差较小时（一般小于5ohm），则通过适当调整线宽/间距来获得客户要求的阻抗值（注意调整线宽时不能超过客户接受的线宽公差，客户无线宽公差要求情况下为+/-20％）；
2）若计算出来的阻抗结果与客户要求值相差很大时（一般大于5ohm），则需要重新调整层压结构（即调整各层的介质厚度来获得客户要求的阻抗值；
3）若以上两种方法调整后仍然无法完全满足客户所要求的阻抗值时，可以与客户协商调整铜厚或者调整阻抗值大小！
4）一般的情况下在同一层线路上客户会有多种不同类型或者同类型不同阻值的多种阻抗要求，有的时候不能同时满足各种阻抗的要求，在这种情况下，需要ICS与客户协商优先控制第一重要的阻抗，调整或者忽略一些次要的阻抗要求！
说明：
以上关于阻抗设计的步骤仅仅是一些常识性的东西，需要累计设计经验，灵活运用！
5.7 阻抗设计演示
以下我们演示一个六层板的特征阻抗设计过程
客户提供的基本信息为：
表面处理喷锡，成品板厚1.6+/-0.18mm，要求控制L1,L3,L6层原稿5mil单线特征阻抗60+/-6ohm，屏蔽层为GND和POWER层，客户提供以下层压结构：
a）首先因为客户提供了层压结构，我们按《ME08制作标准》中介质厚度的计算规则，核算此层压结构是否能够满足成品板厚的要求，此板的压板厚度＝0.7+4.8+1.4+18+1.4+6.5+1.4+18+1.4+4.8+0.7＝59.1mil＝1.50mm，按生益公司标准：
喷锡板的压板厚度＝成品板厚中值-（4～6mil），我们计算出来的压板厚度比成品板厚小0.1mm（约4mil），加上此板的板厚公差比较大（大于10％），所以层压结构ok；
b）首先计算外层阻抗：
将客户要求的铜厚，介质厚度，线宽，介电常数按标准代入不盖阻焊的外层阻抗Polar模块，并点击”PresstoCalculate”按钮计算阻抗，如下图
阻抗计算示意图 按客户要求计算阻抗模块调整线宽后计算阻抗模块
从计算结果来看，阻抗为62.82，按外层阻抗设计标准，不盖阻焊计算出来的阻抗值应该为64比较合理，计算和理论差别小于5ohm，我们优先调整阻抗线宽，阻抗需要增大，我们需要调小线宽来模拟，将线宽调整到4.8mil后，阻抗计算结果为63.94ohm，阻抗ok，且线宽的调整没有超过客户接受的最小值4mil！
外层阻抗设计完毕！
c）接下来设计内层阻抗，同样的方法，我们两个屏蔽层L2,L4层之间的介质厚度（H和H1），L3层的铜厚,阻抗线宽，半固化片的介电常数分别代入内层的Polar计算模块，进行计算：
从计算结果来看，阻抗值为60.01ohm，ok，不需要再调整层压结构和阻抗线宽等参数来满足阻抗的要求了！
说明：
此客户提供的结果比较完美，故我们在设计阻抗时不需要再做太大的调整，而再实际生产过程中有些时候客户根本就不提供层压结构，阻抗的类型也比较多，需要我们凭自身的经验多次反复的模拟试验才可以达到完全满足阻抗和板厚的要求，有的时候无法怎么调都无法满足阻抗和板厚的要求，这些都需要同客户进一步的协商！
6 菲林制作指示和生产制作指示上阻抗要求的编写规范
6.1 菲林制作指示上阻抗线的补偿原则
菲林制作指示上阻抗线的补偿原则以《ME08制作标准》中内外层菲林制作规范为准！
6.2 生产制作指示上阻抗控制要求的编写规范
生产制作指示上内层干膜和外层蚀刻指示中，阻抗线宽的控制
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