摘要：在电子产品领域，PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）是极为关键的部件，无论是高速电路、高频电路还是毫米波相关产品，都离不开它。而 PCB 板的加工是一项复杂的系统工程，涵盖 PCB 材料、药水、加工工艺以及线路几何参数等多个方面，其

在电子产品领域，PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）是极为关键的部件，无论是高速电路、高频电路还是毫米波相关产品，都离不开它。而 PCB 板的加工是一项复杂的系统工程，涵盖 PCB 材料、药水、加工工艺以及线路几何参数等多个方面，其中诸多因素都会对传输线的阻抗造成影响。

1、线宽

线宽与阻抗成反比关系，即线宽越宽，阻抗越小；线宽越窄，阻抗越大。在生产过程中，若工艺不稳定致使线宽发生变化，那么阻抗也会随之改变。据与众多厂商合作的经验，传输线线宽的变化幅度通常在 10% 左右。将线宽变化类型设为 Gauss 分布，std 设为 10%，利用 ADS CILD 进行仿真分析，结果显示阻抗最低可达 46ohm，最高可达 58ohm。在较长的传输线上，这种极端状态可能会导致回波损耗增大，插入损耗也会相应增加。

2、线长

传输线长度增加时，信号传输路径变长，分布电容和电感也会相应增加，进而导致阻抗发生变化。随着线长的增长，信号在传输过程中受到的影响更为复杂，阻抗的改变也会对信号完整性产生较大影响 。此处说的不是特征阻抗。我们单纯把走线和与参考平面看成是电容关系，随着走线越长，综合出来的电容值也会变大。

3、线间距

线间距增大，线间的耦合电容减小，互感也会有所变化，这会使传输线的阻抗增大。合适的线间距对于控制传输线阻抗以及减少线间干扰至关重要，在 PCB 设计时需要根据具体的电路要求和信号特性来合理设置线间距 。

4、参考平面

参考平面是 PCB 设计中影响传输线阻抗的重要因素。传输线与参考平面之间的距离、参考平面的完整性以及参考平面的材质等都会对阻抗产生影响。当传输线与参考平面的距离减小时，电容增大，阻抗减小；反之，距离增大则阻抗增大。同时，若参考平面存在不连续或分割的情况，会导致传输线的电流分布发生变化，从而改变阻抗。此外，不同材质的参考平面具有不同的电导率和磁导率，也会影响传输线的阻抗特性 。

1、铜箔厚度

在 PCB 产品里，铜厚分为基铜厚度和镀铜厚度。通常基铜相对较为均匀，但也并非绝对；镀铜的均匀性则因工厂稳定性不同而差异较大。镀铜厚度的变化会致使传输线阻抗和损耗改变。假设镀铜的变化范围为 10%，通过 ADS CILD 进行统计分析，结果显示阻抗主要在 49.5 到 51ohm 之间变化，相较于线宽变化对阻抗的影响，其变化区间较小。

2、介质厚度

在 PCB 生产时，介质厚度的变化主要源于原材料、生产过程中的压合以及填胶环节。一旦介质厚度发生变化，不仅会造成阻抗改变，还会影响损耗，严重时甚至会导致传输线出现较大损耗。从仿真结果来看，阻抗变化分布在 44ohm 到 54ohm 之间，变化范围可达 10ohm。

3、介电常数

介电常数对传输线阻抗有着重要影响，一般来说，介电常数与阻抗成反比关系。不同类型的 PCB 板材具有不同的介电常数，即使是同一种板材，其介电常数也可能存在波动，进而影响传输线的阻抗。

4、介质损耗角

介质损耗角同样会对传输线的性能产生作用。

把一块环氧树脂印刷电路板材料(两面都没有覆铜)放到微波炉中，全功率加热1分钟它会被微波显著地加热。同样地，用陶瓷盘子，或者耐热玻璃也放进微波炉，它同样也被加热。事实上，几乎任何绝缘材料都能被微波炉加热。在交变电场环境中被绝缘材料吸收的热量，与这种材料的介电损耗系数(dielectric loss factor)成正比。当绝缘材料作为传输线的绝缘介质时，介电损耗会转化为信号衰耗。介电损耗越高，导致的衰耗越大。

如果我们的信号线附着在电介质基板上，信号是高频变化的交变电磁场，效果跟把基板放在微波炉是一样的情况，只不过能量没有那么大而已。

介电损耗是频率的函数。当数字设备的频率低于1GHz时,通常作为印刷电路板材料的环氧树脂(FR-4)，其介电损耗可以忽略。在高频条件下，FR-4的介电损耗变得很大。对于高频电路，设计者应该选用陶瓷基板材料，如氧化铝。在千兆赫兹的情况下，这类材料的介电损耗系数更好。

1、蚀刻因子

由于导体存在一定厚度，在生产过程中蚀刻出的导线并非标准的 “矩形” 结构，而是接近 “梯形”（实际也并非完全梯形）。该梯形的角度会随铜厚变化而改变，铜厚越薄，角度越接近 90°，而这个角度大小会影响阻抗。例如，当角度为 70° 时，阻抗约为 50ohm；当角度为 90° 时，阻抗约为 48.37ohm。

2、蚀刻药水特性

蚀刻药水的特性会影响蚀刻效果，进而影响导线的最终形态和尺寸，对传输线阻抗产生间接影响。

3、加工稳定性

加工稳定性是一个综合因素，它涵盖了生产过程中的多个环节。以传输线线宽为例，如果 PCB 生产过程中工艺不稳定，会导致线宽发生变化。根据与众多厂商合作的经验，传输线线宽的变化幅度通常在 10% 左右。将线宽变化类型设置为 Gauss 分布，std 设置为 10%，利用 ADS CILD 进行仿真分析，结果表明阻抗最低可达 46ohm，最高可达 58ohm。在较长的传输线上，这种极端状态可能会导致回波损耗增大，插入损耗也会相应增加。

在实际生产过程中，影响传输线阻抗的因素并非单一变量变化，而是多个因素可能同时发生改变。当多个因素同时变化时，通过统计分析发现，阻抗主要在 40ohm 到 56ohm 之间变化，这已远远超出一般 50±10% 的要求。由此可见，对于高速高频电路产品或高端产品而言，在整个 PCB 设计和生产过程中，必须严格把控每一种物料、每一个线路几何参数以及每一个加工环节，否则极易导致产品出现意想不到的问题。

PCB工厂一般用于调整走线阻抗的手段有：

PCB生产工厂在实现特征阻抗控制时，一般采用以下方法和工艺来确保设计满足信号完整性要求：

使用具有精确且稳定介电常数（Dk）和介质损耗因子（Df）的材料，如 FR4、Rogers、PTFE 等。

控制基板厚度，以确保层间距离的一致性。

使用阻抗计算工具（如 Polar SI8000、ADS、HyperLynx）根据特定的特征阻抗要求（如 50Ω 或 100Ω）计算出走线宽度和间距。

精密的 PCB 生产设备可以将走线宽度和间距精确控制到微米级别。

合理设计 PCB 的层数和层间叠层结构，确保信号层与参考地层之间的距离符合阻抗要求。

精密控制蚀刻时间和蚀刻参数，避免走线宽度和边缘不规则导致的阻抗变化。

使用化学或激光蚀刻工艺来实现高精度走线。

考虑制造公差，设计时适当调整走线宽度进行预补偿，以确保成品阻抗接近设计目标。

控制铜层厚度，因为铜的厚度变化会直接影响特征阻抗。

使用电镀后蚀刻工艺或控制化学镀铜厚度来确保一致性。

阻焊层的厚度和介电常数会影响特征阻抗，因此需要严格控制阻焊材料的选择和厚度。

在 PCB 生产过程中，使用阻抗测试仪（如 TDR 测试仪）进行在线或抽样检测。

通过闭环反馈调整生产参数，以优化生产结果。

对于差分信号，需要严格控制差分对之间的走线间距、走线长度差（skew）和对称性。

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来源：硬件十万个为什么