Печатные платы с контролем импеданса

Производительность, на которую рассчитана система, является ее важным техническим параметром. Многие  цифровые системы работают на тактовых частотах, превышающих порог в 100МГц. При таком быстродействии важную роль играет скорость и задержка распространения электрических сигналов в линиях передач. Это обстоятельство требует от конструкторов электронной аппаратуры правильного выбора материалов и структуры межсоединений в печатной плате.

Для систем, работающих при частотах основной гармоники сигнала выше 25МГц, межсоединения должны иметь такие характеристики линий передачи, при которых потери сигналов и их искажения были бы минимальными. Правильный расчет линий передачи требует внимательного учета расстояний между элементами печатного рисунка и соблюдения высокой точности их размеров при изготовлении. Это позволяет предотвратить рассогласование линий передач и обеспечить высокое быстродействие и отсутствие сбоев в работе систем.

Конструкция

Существуют два основных типа линий передач:

• открытая (микрополосковая) линия, когда сигнальный проводник находится над единственным экраном (опорной плоскостью);
• закрытая (полосковая) линия, когда сигнальные линии расположены между двумя экранами (опорными плоскостями).

Микрополосковые линии реализуются как в составе ДПП, так и в составе МПП. Полосковые линии передачи могут быть реализованы только в составе МПП.

Кроме наличия быстродействующих линий передач, конструкция печатных плат с контролем импеданса ничем не отличается от описанных ранее конструкций ДПП и МПП.

Область применения

Область применения ПП с контролем импеданса очень широка. Везде, где присутствуют быстродействующие компоненты, обработка информации в режиме реального времени, скоростная передача данных, находят применение ПП с контролем импеданса. Ниже перечислены основные направления, в которых доля МПП с контролем импеданса очень высока:

• сложная бытовая техника (видеокамеры, фотоаппараты и т.п.);
• мобильные устройства высокой сложности;
• изделия военного применения;
• бортовые (авиационные, космические и т.п.) системы управления;
• устройства вычислительной техники и автоматики;
• сложная измерительная техника;
• системы цифровой обработки сигналов;
• устройства техники связи.

Технология изготовления

С точки зрения технологии изготовления МПП с контролем импеданса ничем практически не отличаются от обычных многослойных печатных плат. Однако для обеспечения заданного волнового сопротивления линий передачи данных на этапе производства необходимо минимизировать все дестабилизирующие факторы, свойственные производству печатных плат. К этим факторам относят различные технологические отклонения производства, погрешности в изготовлении, формировании печатного рисунка, которые неизбежно возникают в любом, даже самом современном производстве. При изготовлении МПП с соблюдением обычных норм контроля технологического процесса погрешность воспроизведения импеданса линий может достигать ±15%. Такой большой разброс возникает вследствие кумулятивного накопления разнообразных небольших отклонений в технологии изготовления, в свойствах применяемых материалов.

Для уменьшения погрешности воспроизведения импеданса линий все технологические процессы изготовления МПП подвергаются тщательному контролю. Для таких плат применяются только сертифицированные материалы с нормируемыми допусками и малыми отклонениями в составе. При прессовании заготовок МПП ужесточаются требования по загрузке прессов, по контролю параметров прессования. Все эти меры позволяет снизить погрешности импеданса линий передачи до значений 8..10% от расчетных параметров. При особом отборе материалов, которое имеет место при штучном производстве опытных образцов, погрешности импеданса могут снизиться до значения 4..6% от расчетного.

Помимо контроля параметров технологического процесса существует еще одна технологическая операция, которая отличает изготовление МПП с контролем импеданса от техпроцесса изготовления обычных МПП. Речь идет об измерении импеданса линий, волновое сопротивление которых должно быть нормировано. Для этого на технологических полях групповой заготовки размещены несколько тест-купонов, которые представляют собой специальным образом спроектированные линии, геометрическая конфигурация и расположение которых повторяет размеры и расположение на платах. После завершения технологических процессов изготовления МПП и нанесения защитной маски производится измерение импеданса линий на всех тест-купонах. При отклонении импеданса хотя бы на одном из тест-купонов сверх нормы вся групповая заготовка бракуется.

Технологические параметры изготовления многослойных печатных плат с контролем импеданса

Рекомендации

На этапе подготовки к проектированию и предварительного проектирования уточняйте особенности применяемых материалов, а также их наличие на складах производителей. Это позволит сразу создать корректный дизайн МПП с контролем импеданса, не требующий доработок и правок на этапе подготовки к производству.

На этапе подготовки проекта к производству обязательно проконсультируйтесь у специалистов НИИ КТ относительно достоверности расчетов и корректности дизайна линий передач. Это позволит уменьшить сроки изготовления ПП, снизить риск неправильного толкования элементов дизайна технологами завода-изготовителя.