在電子產品領域，PCB（Printed Circuit Board，印刷電路板）是極為關鍵的部件，無論是高速電路、高頻電路還是毫米波相關產品，都離不開它。而 PCB 板的加工是一項復雜的系統(tǒng)工程，涵蓋 PCB 材料、藥水、加工工藝以及線路幾何參數(shù)等多個方面，其中諸多因素都會對傳輸線的阻抗造成影響。

一、影響傳輸線阻抗的因素

（一）線路幾何參數(shù)

1、線寬

線寬與阻抗成反比關系，即線寬越寬，阻抗越??；線寬越窄，阻抗越大。在生產過程中，若工藝不穩(wěn)定致使線寬發(fā)生變化，那么阻抗也會隨之改變。據(jù)與眾多廠商合作的經(jīng)驗，傳輸線線寬的變化幅度通常在 10% 左右。將線寬變化類型設為 Gauss 分布，std 設為 10%，利用 ADS CILD 進行仿真分析，結果顯示阻抗最低可達 46ohm，最高可達 58ohm。在較長的傳輸線上，這種極端狀態(tài)可能會導致回波損耗增大，插入損耗也會相應增加。

2、線長

傳輸線長度增加時，信號傳輸路徑變長，分布電容和電感也會相應增加，進而導致阻抗發(fā)生變化。隨著線長的增長，信號在傳輸過程中受到的影響更為復雜，阻抗的改變也會對信號完整性產生較大影響 。此處說的不是特征阻抗。我們單純把走線和與參考平面看成是電容關系，隨著走線越長，綜合出來的電容值也會變大。

3、線間距

線間距增大，線間的耦合電容減小，互感也會有所變化，這會使傳輸線的阻抗增大。合適的線間距對于控制傳輸線阻抗以及減少線間干擾至關重要，在 PCB 設計時需要根據(jù)具體的電路要求和信號特性來合理設置線間距 。

4、參考平面

參考平面是 PCB 設計中影響傳輸線阻抗的重要因素。傳輸線與參考平面之間的距離、參考平面的完整性以及參考平面的材質等都會對阻抗產生影響。當傳輸線與參考平面的距離減小時，電容增大，阻抗減?。环粗?，距離增大則阻抗增大。同時，若參考平面存在不連續(xù)或分割的情況，會導致傳輸線的電流分布發(fā)生變化，從而改變阻抗。此外，不同材質的參考平面具有不同的電導率和磁導率，也會影響傳輸線的阻抗特性 。

（二）PCB 材料相關

1、銅箔厚度

在 PCB 產品里，銅厚分為基銅厚度和鍍銅厚度。通常基銅相對較為均勻，但也并非絕對；鍍銅的均勻性則因工廠穩(wěn)定性不同而差異較大。鍍銅厚度的變化會致使傳輸線阻抗和損耗改變。假設鍍銅的變化范圍為 10%，通過 ADS CILD 進行統(tǒng)計分析，結果顯示阻抗主要在 49.5 到 51ohm 之間變化，相較于線寬變化對阻抗的影響，其變化區(qū)間較小。

2、介質厚度

在 PCB 生產時，介質厚度的變化主要源于原材料、生產過程中的壓合以及填膠環(huán)節(jié)。一旦介質厚度發(fā)生變化，不僅會造成阻抗改變，還會影響損耗，嚴重時甚至會導致傳輸線出現(xiàn)較大損耗。從仿真結果來看，阻抗變化分布在 44ohm 到 54ohm 之間，變化范圍可達 10ohm。

3、介電常數(shù)

介電常數(shù)對傳輸線阻抗有著重要影響，一般來說，介電常數(shù)與阻抗成反比關系。不同類型的 PCB 板材具有不同的介電常數(shù)，即使是同一種板材，其介電常數(shù)也可能存在波動，進而影響傳輸線的阻抗。

4、介質損耗角

介質損耗角同樣會對傳輸線的性能產生作用。

把一塊環(huán)氧樹脂印刷電路板材料(兩面都沒有覆銅)放到微波爐中，全功率加熱1分鐘它會被微波顯著地加熱。同樣地，用陶瓷盤子，或者耐熱玻璃也放進微波爐，它同樣也被加熱。事實上，幾乎任何絕緣材料都能被微波爐加熱。在交變電場環(huán)境中被絕緣材料吸收的熱量，與這種材料的介電損耗系數(shù)(dielectric loss factor)成正比。當絕緣材料作為傳輸線的絕緣介質時，介電損耗會轉化為信號衰耗。介電損耗越高，導致的衰耗越大。

如果我們的信號線附著在電介質基板上，信號是高頻變化的交變電磁場，效果跟把基板放在微波爐是一樣的情況，只不過能量沒有那么大而已。

介電損耗是頻率的函數(shù)。當數(shù)字設備的頻率低于1GHz時,通常作為印刷電路板材料的環(huán)氧樹脂(FR-4)，其介電損耗可以忽略。在高頻條件下，F(xiàn)R-4的介電損耗變得很大。對于高頻電路，設計者應該選用陶瓷基板材料，如氧化鋁。在千兆赫茲的情況下，這類材料的介電損耗系數(shù)更好。

（三）加工工藝相關

1、蝕刻因子

由于導體存在一定厚度，在生產過程中蝕刻出的導線并非標準的 “矩形” 結構，而是接近 “梯形”（實際也并非完全梯形）。該梯形的角度會隨銅厚變化而改變，銅厚越薄，角度越接近 90°，而這個角度大小會影響阻抗。例如，當角度為 70° 時，阻抗約為 50ohm；當角度為 90° 時，阻抗約為 48.37ohm。

2、蝕刻藥水特性

蝕刻藥水的特性會影響蝕刻效果，進而影響導線的最終形態(tài)和尺寸，對傳輸線阻抗產生間接影響。

3、加工穩(wěn)定性

加工穩(wěn)定性是一個綜合因素，它涵蓋了生產過程中的多個環(huán)節(jié)。以傳輸線線寬為例，如果 PCB 生產過程中工藝不穩(wěn)定，會導致線寬發(fā)生變化。根據(jù)與眾多廠商合作的經(jīng)驗，傳輸線線寬的變化幅度通常在 10% 左右。將線寬變化類型設置為 Gauss 分布，std 設置為 10%，利用 ADS CILD 進行仿真分析，結果表明阻抗最低可達 46ohm，最高可達 58ohm。在較長的傳輸線上，這種極端狀態(tài)可能會導致回波損耗增大，插入損耗也會相應增加。

二、綜合影響分析

在實際生產過程中，影響傳輸線阻抗的因素并非單一變量變化，而是多個因素可能同時發(fā)生改變。當多個因素同時變化時，通過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，阻抗主要在 40ohm 到 56ohm 之間變化，這已遠遠超出一般 50±10% 的要求。由此可見，對于高速高頻電路產品或高端產品而言，在整個 PCB 設計和生產過程中，必須嚴格把控每一種物料、每一個線路幾何參數(shù)以及每一個加工環(huán)節(jié)，否則極易導致產品出現(xiàn)意想不到的問題。

PCB工廠一般用于調整走線阻抗的手段有：

PCB生產工廠在實現(xiàn)特征阻抗控制時，一般采用以下方法和工藝來確保設計滿足信號完整性要求：

1. 選擇合適的基板材料

• 使用具有精確且穩(wěn)定介電常數(shù)（Dk）和介質損耗因子（Df）的材料，如 FR4、Rogers、PTFE 等。

• 控制基板厚度，以確保層間距離的一致性。

2. 走線寬度與間距控制

• 使用阻抗計算工具（如 Polar SI8000、ADS、HyperLynx）根據(jù)特定的特征阻抗要求（如 50Ω 或 100Ω）計算出走線寬度和間距。

• 精密的 PCB 生產設備可以將走線寬度和間距精確控制到微米級別。

3. 層疊結構優(yōu)化

• 合理設計 PCB 的層數(shù)和層間疊層結構，確保信號層與參考地層之間的距離符合阻抗要求。

4. 蝕刻工藝控制

• 精密控制蝕刻時間和蝕刻參數(shù)，避免走線寬度和邊緣不規(guī)則導致的阻抗變化。

• 使用化學或激光蝕刻工藝來實現(xiàn)高精度走線。

5. 預補償設計

• 考慮制造公差，設計時適當調整走線寬度進行預補償，以確保成品阻抗接近設計目標。

6. 電鍍厚度控制

• 控制銅層厚度，因為銅的厚度變化會直接影響特征阻抗。

• 使用電鍍后蝕刻工藝或控制化學鍍銅厚度來確保一致性。

7. 阻焊層厚度與材料控制

• 阻焊層的厚度和介電常數(shù)會影響特征阻抗，因此需要嚴格控制阻焊材料的選擇和厚度。

8. 阻抗測試與校準

• 在 PCB 生產過程中，使用阻抗測試儀（如 TDR 測試儀）進行在線或抽樣檢測。

• 通過閉環(huán)反饋調整生產參數(shù)，以優(yōu)化生產結果。

9. 差分對走線控制

• 對于差分信號，需要嚴格控制差分對之間的走線間距、走線長度差（skew）和對稱性。