IPC-2221A-2003中文版-印制板设计通用标准 - 第55页
IPC-2221 a -6-05 图6-5 印制板 传输 线结构 表6-2 常见 印制板材料的 相对整 体 介 电 常 数 代 号 树脂 参考 代码 增强材料/ 树脂 介 电 常 数 NEMA 1 IPC 规 范 MILITARY 2 4202 4101 4103 S-13949 E r 值 3 G-10 /20 /3 GEN E 玻璃 布/环 氧 4.6-5.4 G-11 /22 /2 GB E 玻璃 布/环 氧 4.5-5.4 FR…
久性聚合物涂层。装配焊接后印制板不用敷形
涂覆、留下焊接点和焊接盘不涂。
注: 所有导线、除了焊接盘外、必须完全涂覆
以确保本栏中涂覆导线的电间距要求。
6.3.5 A5-组装件上有敷形涂层的外层导线(任
意⾼度)
本栏中规定了可用于任意高度下、
总装结构中想进行敷形涂覆的外层导线的电间
距要求。
典型的应用是军用品、整个总装要进行敷形涂
覆。一般不使用永久性聚合物涂料、除了可能
用作阻焊膜。聚合物涂料和敷形涂料并用时、
必须考虑其兼容性。
6.3.6 A6-从海平⾯到3050m[10,007ft]的⽆
涂层外层元件引线/端接
本栏中是没有敷形涂
覆的外层元件引线和端接的电间距要求。
典型的应用与前面B4类中所提到的一样。B4/
A6组合最常用于民用、非苛刻性环境、有永久
性聚合物涂层(也可阻焊)保护的高密度导线或
对返工和修理方便性不作要求的地方、这样能
得到最大利益。
6.3.7 A7-有敷形涂层的外层元件引线/端接(任
意⾼度)
和裸板上裸线与涂覆线相比较一样、
有涂层元件引线和端接比无涂层引线和端接的
电间距要小。
6.4 阻抗控制
多层板是特别设计要求阻抗
和电容控制的互连布线的理想选择。一般称为
“微带线”或“埋入式微带线”的技术、尤其
适合阻抗和电容需要。图6-5给出了传输线结
构的四种类型:
A. 微带线: 矩形线路或导线位于两种不同电
介质(通常为空气和通常为FR-4)的界面、
主电流回路(通常为一整体铜片)在高
ε
r
材
料另一边。导线的三个边与低
ε
r
(
ε
r
=1)材
料相接、另一边与高
ε
r
材料(
ε
r
>1)相接。
B. 埋⼊式微带线: 类似于微带线、只是导线
完全埋入高
ε
r
材料中。
C. 对称带状线: 矩形线路或导线完全被同一
绝缘介质包围、对称地分布于两基准面之
间。
D. 双(不对称)带状线: 类似于带状线、除了一
个或一个以上导线层是不对称地分布于二
基准面之间。
这种多层印制板的设计宜参考IPC-D-317和
IPC-2141的指南。
6.4.1 微带线
印制板上经镀铜和蚀刻处理
制作的扁平导线为常见几何形状(见图6-5A)。
电容量受信号线和邻近的接地(或电源层)之间
区域的影响最大。电感是工作频率形成的“环
路”(即趋肤效应)、微带线和带状线到基准面
的距离以及导线长度的函数。
下列公式给出了微带电路的阻抗(Z
0
)、传播延
迟(T
pd
)和固有线路电容(C
0
)。
式中:
C = 真空中光速(3.0×10
8
m/s)
H = 绝缘层厚度、英寸
W = 为线路宽度、英寸
T = 为线路厚度、英寸
ε
r
= 为基材的相对电容率(介电常数)
(见表6-2)
线路的辐射电磁干扰(EMI)信号是线路阻抗、
信号线长度和入射波型特性的函数。在一些高
速电路中这是考虑的重要方面。另外、连接线
路间的串扰直接依赖于线路间距、到基准面的
距离、导线并行长度和信号上升时间(见IPC-
D-317)。
IPC-2221A 2003年5月
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IPC-2221a-6-05
图6-5 印制板传输线结构
表6-2 常见印制板材料的相对整体介电常数
代号
树脂参考代码 增强材料/ 树脂
介电常数
NEMA
1
IPC 规范 MILITARY
2
4202 4101 4103 S-13949 Er 值
3
G-10 /20 /3 GEN E 玻璃布/环氧 4.6-5.4
G-11 /22 /2 GB E 玻璃布/环氧 4.5-5.4
FR-4
4
/24 /4 GF GFN GFK E 玻璃布/环氧 4.2-4.9
FR-5 /23 /5 GH E 玻璃布/环氧 4.2-4.9
GPY /42 /10 GI GIJ E 玻璃布/聚铣亚胺 4.0-4.7
/50 /15 AF 芳铣胺布/改性环氧 3.8-4.5
/55 /22 BF 非织芳铣胺/环氧 3.8-4.5
/53 /31 BI 非织芳铣胺/聚铣亚胺 3.6-4.4
/60 /19 QIL 石英布/芳铣亚胺 3.0-3.8
/30 /24 GM
GFT
E 玻璃布/三嗪/BT 4.0-4.7
/71 /29 GC E 玻璃布/氰酸酯 4.0-4.7
4103/03 /6 GP 非织玻璃/PTFE 2.15-2.35
4103/04 /7 GR 非织玻璃/PTFE 2.15-2.35
4103/01 /8 GT 玻璃布/PTFE 2.45-2.65
4103/02 /9 GX 玻璃布/PTFE 2.4-2.6
4103/05 /14 GY 玻璃布/PTFE 2.15-2.35
/1
5
非支撑聚铣亚胺 3.2-3.6
注：介电常数数值会在给定的范围内变动, 它取决于增强材料/树脂比例。一般地、薄的层压板数值会较低
1. 美国电气制造商协会。有几种NEMA型号、比如纸/纸复合基产品XPC、FR-1、FR-2、CEM等、在上表中省略了。关于这些型号的
更完善的对照及性能参见IPC-4101。
2. MIL-S-13949已取消、这里例出仅供参考。
3. 介电常数1MHZ最大。(层压板或层压的预浸材料)
4. 在IPC-4101中FR-4的分类有多张规格单代码。具体的树脂成份和T
g
的差别参见IPC-4101/21,/25,/26,/82。
5. 列出聚铣亚胺挠性膜是为了比较增强材料；具有涂层和覆层的挠性膜的其它特性分别见IPC-FC-4203和IPC-4204。应用又参见
IPC-2223。
2003年5月 IPC-2221A
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6.4.2 埋⼊式微带线
埋入式微带线与上面
讨论的无涂层微带线有同样的几何形状、但因
导线被绝缘材料完全封闭、其有效介电常数不
同(见图6-5B)。埋入式微带线路与带修正有
效介电常数的无涂层微带线的计算公式一样。
如果导线上绝缘材料厚度大于等于0.025mm
[0.0009843in]、有效介电常数可用IPC-D-317
的标准来确定。对很薄的绝缘涂层(小于0.025
mm[0.0009843in])、有效介电常数将介于空气
和主体材料介电常数之间(见表6-2)。
6.4.3 带状线性能
带状线是一夹在两个AC接
地层之间的薄而窄的导线(见图6-5C)。既然所
有电力线和磁力线都包含在两个接地层中、除
了印制板边缘附近的电路以外、带状线具有降
低EMI的优点。因为每一电路对地有较近的电
耦合、线路中的串扰也会减少(与微带线的情
况相比)。由于带状线电路两边都有接地层、
与微带线相比、线路电容增大、阻抗减小。
下面给出了扁平导线形状的带状线阻抗(Z
0
)和
固有线路电容(C
0
)参数。公式中假定电路层处
于两个接地层的正中间。
式中:
H = 线路与其中一接地层的距离
T = 线路厚度、英寸
W = 线路宽度、英寸
ε
r
= 基材的相对电容率
pF = 皮法
6.4.4 不对称带状线性能
当一电路层处于两
接地层(或电源层)之间、但不在正中间时、带
状线公式需作修正。这说明了线路与最近接地
层之间增强耦合、比远接地层弱耦合更有意
义。线路置于两接地层中间的三分之一处时、
比假设线路处于中间的误差相当小。
一种不平衡层叠的例子是双带状线结构。双带
传输线非常近似于带状线、除了在电源层间有
两个信号层以外。一个层的线路与另一层的线
路一般是正交的、这样可以使层间线路平行和
串扰最小。双带状线阻抗(Z
0
)和固有线路电容
(C
0
)参数为:
式中:
H = 为与电源层距离
C = 为信号层的间距
T = 为线路厚度、英寸
W = 为线路宽度、英寸
pF = 为皮法
该层叠见图6-5D。同带状线的情况一样、EMI
将完全屏蔽、靠近印制板边缘的信号线除外。
上述公式可用来确定非双带状线的不对称带状
线电路Z
0
或C
0
。四层印制板的层序宜如图6-5D
所示。对超过四层的印制板、排序要让信号层
对接地层或电压层对称。达到这个目的有几种
方法、只要邻近的信号层不被接地层或电压层
分开、宜使它们的主轴相互垂直。对六层印制
板、顺序可为:
AB
信号#1信号#1
层#1信号#2
信号#2层#1
信号#3层#2
层#2信号#3
信号#4信号#4
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