ทำไมบอร์ด PCB ถึงต้องการอิมพีแดนซ์

อิมพีแดนซ์คืออะไร

ในวงจรที่มีความต้านทาน ความเหนี่ยวนำ และความจุ ความต้านทานต่อไฟฟ้ากระแสสลับเรียกว่าอิมพีแดนซ์ อิมพีแดนซ์มักจะแทนด้วย Z ซึ่งเป็นจำนวนเชิงซ้อน ส่วนจริงเรียกว่าความต้านทาน ส่วนจินตภาพเรียกว่ารีแอกแตนซ์ ผลการปิดกั้นของความจุไฟฟ้ากระแสสลับในวงจรเรียกว่า ตัวเก็บประจุรีแอกแตนซ์ และเรียกผลการปิดกั้นของตัวเหนี่ยวนำต่อไฟฟ้ากระแสสลับในวงจร ปฏิกิริยา อิมพีแดนซ์มีหน่วยเป็นโอห์ม

ประเภทอิมพีแดนซ์

(1) อิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ

ในผลิตภัณฑ์ข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ เช่น คอมพิวเตอร์และการสื่อสารไร้สาย พลังงานที่ส่งในวงจรของ PCB เป็นสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม (เรียกว่าพัลส์) ประกอบด้วยแรงดันและเวลา และความต้านทานที่พบเรียกว่าอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ

(2) อิมพีแดนซ์ส่วนต่าง

ส่วนท้ายของไดรฟ์จะป้อนรูปคลื่นสัญญาณที่เหมือนกันสองรูปซึ่งมีขั้วตรงข้ามกัน ซึ่งจะถูกส่งตามลำดับโดยสายดิฟเฟอเรนเชียลสองสาย และสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลทั้งสองจะถูกลบออกที่ปลายด้านรับ อิมพีแดนซ์ดิฟเฟอเรนเชียลคืออิมพีแดนซ์ Zdiff ระหว่างสายทั้งสอง

(3) อิมพีแดนซ์โหมดคี่

สวนสัตว์อิมพีแดนซ์ของหนึ่งบรรทัดลงกราวด์ในสองบรรทัด ค่าอิมพีแดนซ์ของทั้งสองบรรทัดเท่ากัน

(4) อิมพีแดนซ์โหมดคู่

ปลายขับจะป้อนรูปคลื่นสัญญาณที่เหมือนกัน 2 รูปซึ่งมีขั้วเดียวกัน และอิมพีแดนซ์ Zcom เมื่อสายทั้งสองเชื่อมต่อกัน

(5) อิมพีแดนซ์โหมดทั่วไป

Zoe อิมพีแดนซ์ของหนึ่งบรรทัดลงกราวด์ในสองบรรทัด ค่าอิมพีแดนซ์ของทั้งสองบรรทัดจะเท่ากัน มักจะใหญ่กว่าอิมพีแดนซ์โหมดคี่

ทำไมบอร์ด PCB ถึงต้องการอิมพีแดนซ์?

ความต้านทานของแผงวงจร PCB หมายถึงพารามิเตอร์ของความต้านทานและรีแอกแตนซ์ซึ่งขัดขวางกระแสสลับ ในการผลิตแผงวงจร PCB การประมวลผลอิมพีแดนซ์เป็นสิ่งสำคัญ เหตุผลมีดังนี้:

1. วงจร PCB (ด้านล่างของบอร์ด) ควรพิจารณาการติดตั้งชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ และพิจารณาการนำไฟฟ้าและประสิทธิภาพการส่งสัญญาณหลังจากเสียบปลั๊ก ดังนั้นยิ่งอิมพีแดนซ์ต่ำเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น

2. ในระหว่างกระบวนการผลิต แผงวงจร PCB ต้องผ่านกระบวนการจมทองแดง ดีบุกชุบด้วยไฟฟ้า (หรือการชุบแบบไม่ใช้ไฟฟ้า หรือดีบุกพ่นความร้อน) การบัดกรีขั้วต่อ และกระบวนการอื่นๆ และวัสดุที่ใช้ในข้อต่อเหล่านี้ต้องมั่นใจว่า ความต้านทานต่ำเพื่อให้แน่ใจว่าความต้านทานโดยรวมของแผงวงจรต่ำเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านคุณภาพของผลิตภัณฑ์และสามารถทำงานได้ตามปกติ

3. การดีบุกของแผงวงจร PCB มีแนวโน้มมากที่สุดที่จะเกิดปัญหาในการผลิตแผงวงจรทั้งหมด และเป็นกุญแจสำคัญที่ส่งผลต่ออิมพีแดนซ์ ข้อบกพร่องที่ใหญ่ที่สุดของชั้นชุบดีบุกแบบไม่ใช้ไฟฟ้าคือการเปลี่ยนสีได้ง่าย (ออกซิไดซ์หรือหลุดลอกง่าย) และความสามารถในการบัดกรีไม่ดี ซึ่งจะทำให้แผงวงจรบัดกรียาก และอิมพีแดนซ์จะสูงเกินไป ส่งผลให้การนำไฟฟ้าไม่ดีหรือประสิทธิภาพการทำงานไม่เสถียรของ ทั้งกระดาน

4. จะมีการส่งสัญญาณต่าง ๆ ในตัวนำในแผงวงจร PCB เพื่อปรับปรุงอัตราการส่งสัญญาณจะต้องเพิ่มความถี่ หากตัวเส้นแตกต่างกันเนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น การแกะสลัก ความหนาของสแต็ค และความกว้างของเส้นลวด ค่าอิมพีแดนซ์จะเปลี่ยนไป เพื่อให้สัญญาณผิดเพี้ยนและประสิทธิภาพของแผงวงจรลดลง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องควบคุมค่าอิมพีแดนซ์ให้อยู่ในช่วงที่กำหนด

ความหมายของอิมพีแดนซ์สำหรับแผงวงจร PCB

สำหรับอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ จากการสำรวจของอุตสาหกรรม จุดอ่อนที่ร้ายแรงที่สุดของการชุบดีบุกแบบไม่ใช้ไฟฟ้าคือการเปลี่ยนสีได้ง่าย (ทั้งออกซิไดซ์หรือหลุดลอกได้ง่าย) ความสามารถในการบัดกรีไม่ดี ซึ่งนำไปสู่การบัดกรีที่ยาก และอิมพีแดนซ์สูง ซึ่งนำไปสู่การนำไฟฟ้าที่ไม่ดีหรือ ประสิทธิภาพที่ไม่เสถียรของทั้งกระดาน ,หนวดดีบุกขึ้นง่าย ส่งผลให้วงจร PCB ลัดวงจร และอาจไหม้หรือไฟไหม้ได้

ต่อมาเมื่ออุตสาหกรรมการผลิตเพื่อสังคมทั้งหมดพัฒนาขึ้นถึงระดับหนึ่ง ผู้เข้าร่วมในภายหลังจำนวนมากมักจะลอกเลียนแบบซึ่งกันและกัน ในความเป็นจริง องค์กรจำนวนมากเองไม่มีความสามารถในการพัฒนาหรือริเริ่มนวัตกรรม ดังนั้นจึงมีการสร้างผลิตภัณฑ์จำนวนมากและผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ของผู้ใช้ (แผงวงจร) สาเหตุหลักที่ทำให้ประสิทธิภาพต่ำคือปัญหาอิมพีแดนซ์ เนื่องจากเมื่อใช้เทคโนโลยีการชุบดีบุกแบบไม่ใช้ไฟฟ้าที่ไม่เหมาะสม ดีบุกที่ชุบบน PCB นั้นแท้จริงแล้วไม่ใช่ดีบุกบริสุทธิ์ (หรือโลหะบริสุทธิ์) แต่เป็นสารประกอบของดีบุก ( นั่นคือไม่ใช่โลหะเลย แต่เป็นสารประกอบโลหะ ออกไซด์หรือเฮไลด์ โดยตรงมากกว่าคือสารที่ไม่ใช่โลหะ) หรือดีบุก ส่วนผสมของสารประกอบกับองค์ประกอบของโลหะดีบุก แต่เป็นการยากที่จะตรวจจับด้วยตาเปล่า ...

เนื่องจากวงจรหลักของแผงวงจร PCB เป็นฟอยล์ทองแดง ชั้นเคลือบดีบุกจึงอยู่ที่ข้อต่อบัดกรีของฟอยล์ทองแดง และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จะถูกเชื่อมบนชั้นกระป๋องด้วยน้ำยาประสาน (หรือลวดบัดกรี) ในความเป็นจริงวางประสานกำลังละลาย สถานะที่บัดกรีระหว่างชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และการเคลือบดีบุกคือดีบุกโลหะ (นั่นคือองค์ประกอบโลหะที่นำไฟฟ้าได้ดี) ดังนั้นจึงสามารถชี้ให้เห็นสั้นๆ ว่าชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เชื่อมต่อกับฟอยล์ทองแดงที่ด้านล่างของ PCB ผ่านการเคลือบดีบุก ดังนั้น การเคลือบดีบุก ความบริสุทธิ์ของเครื่องมือและอิมพีแดนซ์จึงเป็นกุญแจสำคัญ แต่ก่อนที่จะเชื่อมต่อชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อเราใช้เครื่องมือโดยตรงเพื่อตรวจจับอิมพีแดนซ์ อันที่จริง ปลายทั้งสองของโพรบเครื่องมือ (หรือสายวัดทดสอบ) จะถูกสัมผัสโดยพื้นผิวฟอยล์ทองแดงที่ด้านล่างของ PCB ด้วย ชั้นชุบดีบุกเชื่อมต่อกับฟอยล์ทองแดงที่ด้านล่างของ PCB เพื่อเชื่อมต่อกระแส ดังนั้นชั้นการชุบดีบุกจึงเป็นกุญแจสำคัญ กุญแจสำคัญที่ส่งผลต่ออิมพีแดนซ์และกุญแจที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของ PCB ทั้งหมด และเป็นกุญแจสำคัญที่มองข้ามได้ง่าย

อย่างที่เราทราบกันดีว่า ยกเว้นองค์ประกอบที่เป็นโลหะ สารประกอบของมันเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดีหรือแม้แต่ไม่นำไฟฟ้า (ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการดำรงอยู่ของความสามารถในการกระจายหรือความสามารถในการส่งผ่านในวงจร) ดังนั้นจึงมีตัวนำไฟฟ้าประเภทนี้ แต่ไม่ใช่ดีบุกนำไฟฟ้าในชั้นชุบดีบุก เมื่อใช้สารประกอบหรือสารผสม ค่าความต้านทานที่พร้อมใช้งานหรือค่าความต้านทานและอิมพีแดนซ์ที่สอดคล้องกันหลังจากปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลต์เนื่องจากปฏิกิริยาออกซิเดชันและความชื้นในอนาคตจะค่อนข้างสูง (เพียงพอที่จะส่งผลต่อระดับหรือการส่งสัญญาณในวงจรดิจิทัล) และลักษณะของอิมพีแดนซ์ก็ไม่สอดคล้องกันเช่นกัน ดังนั้นจะส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของแผงวงจรและตัวเครื่องทั้งหมด

ดังนั้น เท่าที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์การผลิตทางสังคมในปัจจุบัน วัสดุและคุณสมบัติของสารเคลือบที่ด้านล่างของ PCB เป็นสาเหตุหลักและโดยตรงที่สุดที่ส่งผลต่อความต้านทานคุณลักษณะของ PCB ทั้งหมด แต่เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่า มันมีผลทำให้อายุของสารเคลือบและอิเล็กโทรไลซิสเมื่อสัมผัสกับความชื้น ความแปรปรวน ดังนั้นผลกระทบที่น่าหนักใจของอิมพีแดนซ์จึงร้ายกาจและแปรปรวนมากขึ้น สาเหตุหลักของการปกปิดคือ: ประการแรก ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า (รวมถึงการเปลี่ยนแปลง) และประการที่สอง ไม่สามารถวัดค่าได้ตลอดเวลา เนื่องจากมีความแปรปรวนตามเวลาและการเปลี่ยนแปลงของความชื้นในสิ่งแวดล้อม ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายที่จะเป็น ละเว้น