Yüksek hızlı performans üzerindeki Lenovo Manufacturing Variations'ın Etkisi

Basım devreleri (PCB) neredeyse her yüksek hızlı elektronik sistemin fiziksel omurgasını oluşturur, 5G altyapısı ve havacılık radarından işletme ağ dişli ve gelişmiş bir bilişim platformuna kadar. Bu makale, üretim varyasyonlarının nasıl ortaya çıktığını ve yüksek hızlı sinyal davranışını nasıl etkilediğini keşfeder, mühendisler tasarım seçimlerini, malzemelerini ve titiz bir dijital gözlüğünü değiştirebilir.

PCB Prodüksiyonunda Üretim Variations

Her PCB üretim adımını, karmaşıklık toleransları, vs. hız farklılıkları, laminat baskıları ve kaplama kimyasalları her zaman CAD tasarımını mükemmel bir şekilde eşleşen son derece hızlı tasarımlarda sunar.In high- speed design where impedance must be done to ±5% or tighter, these small deviations, and plating bath kimyası tüm bu varyasyonların istatistiksel dağılımı, sağlam tasarım için ilk adımdır.

Trace Genişlik ve Etching Üniformaity

Etching sürecinde, bakır fotoresist tarafından korunmuyor. Çünkü vhant saldırıları bakır daha sonra dikey olarak (düşük), bir tabakadaki son iz genişliği panelde değişebilir. Etch faktörleri — vücudun vedash oranı; vırılgan kimyaya, sıcaklıka, konveyör hıza ve bakır kalınlığına bağlı olarak, 5 frekanstan daha fazla.

Dahası, iz genişliği varyasyonları nadiren rastgeledir; genellikle 25 Gbps veya üstü kapalı olan panelde yer alan uzaysal korelasyon sergilemektedirler, hatta birkaç milis ekimatal çiftin aynı sistematik dengeyi paylaşabileceği anlamına gelir.

Dielektrik Kalınlık ve Malzeme Dk Hoşgörüleri

Prepreg ve temel katmanların kalınlığı, yaklaşık veplusmn'ın başka bir önemli kaynağıdır;% 10'u ve 4'ü kaplama için kalınlık toleransı her zaman son dielektrik yüksekliğini etkiler; Standart FR-4 materyallerin, hedef değerden 10 veya daha fazla yüklenebilir.

Gelişmiş yüksek hızlı laminatlar (örneğin, Rogers, Megtron veya Isola) daha sıkı Dk ve kalınlığı kontrol sunmak için teklif eder, ancak daha yüksek maliyetle gelir ve farklı laminat döngüleri gerektirebilir. Tasarımcının beklenen üretime karşı maddi maliyetinden ve sistemin performansı marjına karşı ticaret yapması gerekir.

Via ve Hole-Dimensional Variations

Mekanik sondaj ve sonraki kaplama adımları asla mükemmel bir şekilde silindirik olmayan yüzeyler için yaratır.Fırtlama, ve reçine, ±'ın delik çapındaki varyasyonları ile sonuçlanır; 0.002 inç veya standart tahtalarda daha fazla, kondüktöre kalınlığı, özellikle 8'in üzerindeki herhangi bir yanlışlık nedeniyle de, elektromanyetik olmayan enerji miktarı için.

milimetre dalga frekanslarında (above 30 GHz), arka-drilling toleransı kritik hale gelir. Sadece 5 milyonların uzun varyasyonu, işletim frekansındaki eksiyon kaybına neden olabilir. Tasarımcılar sıkı arka-drill derinlik toleranslarını belirtmeli ve koruyucu veya zemin dikme yoluyla birleşmeyi düşünebilir.

Yüzey bitirmek ve Bakır Kabalık

Son yüzey bitirmek (ENIG, HASL, OSP, vb.) özellikle yüksek frekanslarda ek bir varyasyon katmanı ekliyor. ENIG's nikel tabakası, manyetik geçirgenlik ve direnç nedeniyle eklenme kaybı sağlar.Speçelik profilinde genellikle "projektif" (e.g., 1.8 μ standart folyo için RMS; 0.5 μ tersine kumaşlar için)% 20'lik bir lekeli folyoya sahip olur.

Yüksek Hız Performansına Etkisinin Sayılanması

Bu üretim varyasyonlarının genel etkisi birkaç anahtar sinyal bütünlüğünde ortaya çıkıyor: dürtü toleransı, ekleme kaybı sapması, haçlı ve jitter.

Impedance Variation and Signal Reflections

Bir iletim hattı boyunca her bir sonsuzluk, yanmış bir dalga yaratır. Mükemmel kontrollü bir gemide, veri gözünü kapatabilecek bir "ripple" oluşturmak için bir araya gelir.Pekli bir PCIe Gen5 bağlantısı (32 GT /s), bağlantıdaki %10'dan daha fazla yanlış bir uyum;%15'e kadar, bağlantıdaki gerilim marjı %20 mV veya daha fazla azaltılabilir.

Simülasyon çalışmaları, 10 inçlik bir izde %10 oranındaki değişiklik, 10 GHz'de ek 2&ndash'e yol açıyor.Bu dalgalama frekansına bağımlı ve çok yönlü filtreleme etkileri üretebilir.For multi-gigabit seri bağlantıları için, bu frekans bağımlısı müdahaleye (ISI) ekstra güç ve ölü alan olmadan eşitlemenin zorlaştığını gösteriyor.

Crosstalk Gürültü Geometry Asymmetry tarafından

Diferansiyel sinyalleme, elektromanyetik alanları iptal etmek için simmetrik geometrilere dayanıyor.Geçmiş, ya da bir çiftle N ve N yanları arasında değişir, ortak mod dönüşüm artar.Bu yaygın-mode sinyali alıcıya iptal edilmez ve çiftlere karşı aşırı sağlanamaz, aşırı derecede tartışmalı bir şekilde sabit bir şekilde sabitlenebilir.

Ayrıca, komşu diferansiyel çiftler arasındaki yayılma, otobüslerin uzunluğu boyunca farklı miktarlar için izin verir. Bu, birçok yüksek hızlı routing aracının zamanlama ve gürültü için kullandığı üniformalı haçın varsayımını bozar.

Timing Hatalar ve Skew

Bir saat ve veri çifti arasında veya paralel bir otobüste şeritler arasında, Dk ve kalınlık inhomogeneity nedeniyle varsayılan hızlarda değişikliklerden kaynaklanabilir.Eğer dielektrik materyalinin kalın bir weave modeli varsa, etkili Dk arabirimleri periyodik olarak geçişler çapraz reçine-zengin ve cam zengin alanlar olarak değişebilir.Bu "weave etkisi", iz başına 20 pw'ye kadar uzanır, GPU4 / 10G-KR arayüzünü ihlal etmek için yeterince yanlış olur.

Tasarım ve Süreç Kontrolleri İle Mücadele

Mühendisler üretim varyasyonunu tamamen ortadan kaldıramaz, ancak agresif DFM ve dikkatli malzeme seçimi yoluyla yönetebilirler. Aşağıdaki stratejiler ilk geçiş başarısını garanti altına almalarına yardımcı olur.

Impedance Tuning ve Hoşgörü Analizi

Modern PCB tasarım araçları, tasarımcıların Monte Carlo analizlerini gerçekleştirmesine izin verir, belirlenen üretim toleranslarının dürtüsel, ekleme kaybı ve çapraz sap. Kumaşlama verileri kullanarak gerçekçi tolerans verileri kullanarak (örneğin, genel I varsayılanPC'den daha düşük) hedefin 52 veOmega'ye yükseltilmesini sağlar; Örneğin nominal hedef 50 &Omega'nin içindeki dağıtım hacmin aşırılaştırılmasını sağlar.

Ayrıca, panel kenarlarında uygunsuz test kuponları tasarlayın standart bir uygulamadır. Ancak, paneldeki değişiklikler, gerçek kuruldan birkaç ohms ile farklılaştırmaya engel olabilir. Birden fazla kupon kullanarak panelde ya da iç katmanlarda temassız ölçümler kullanmak, sürecin daha iyi bir resmini verir.

Hassasiyet için Tasarım Kuralları

Wider izlerinin daha az hassas olduğu gibi, 5 milyonluk bir iz üzerindeki genişlikte 1 milyonluk bir değişiklik aynı engeli ancak 5'e kadar kesintiye uğratmış durumdaki aynı mutlak değişim, 10'luk bir iz değişimi sadece% 2.5 oranında değiştirir.

Benzer şekilde, diferansiyel çift spacing yeterince cömert olmalıdır ki küçük vsh varyasyonları büyük bir yanlışlıka neden olmaz. önerilen minimum çift-to-konuşturma iz genişliği 3 kez, ancak 10 Gbps'nin üzerindeki yüksek hızlı tasarımlar için, 5 kez darbe ve yanlışlık farkını azaltmak tercih edilir.

Süreç Capability'de Fabricers ile ortak olmak

Tüm kumaşçılar eşit değildir. En iyi yüksek hızlı PCB tedarikçileri gelişmiş görüntüleme lazerlerine yatırım yaparlar, kapalı-loop etching ve gerçek zamanlı dürtü izlemeleri sağlar. İstatistiksel işlem kontrolü sağlayabilirler (SPC) veri işaretleri, anahtar parametrelerin en talep eden genişlik ve dielektrik kalınlığı gibi sapmaları gösterir. Tasarımcılar bu verileri alıntı aşaması sırasında talep etmeli ve toleranslarını doğrulamayı kullanmalıdır.Ayrıca, yüksek çözünürlükte kontrollerini belirtmelidir.

Dış kaynaklar:0)IPC-2221'in basılı yönetim tasarımı üzerinde genel standart (Dönemli) ve [[Dönemli özellikler için IPC-4101[Dönemli şartlara göre[Dönemli şartlara göre, ancak tasarımcı bu varsayılan gereksinimlerin ötesine geçmeli ve üretim çizimlerine ilişkin belirli notlar ve test gerekliliklerini test etmelidir.

Test ve Doğrulama En İyi Uygulamaları

En iyi DFM ile bile, üretim varyasyonlarının doğrulaması kritiktir. İki yaygın kullanılan teknikler zaman alan reflekometri (TDR) ve vektör ağı analizleyici (VNA) ölçümdür.

Impedance Profiling için TDR

TDR, izlerinin ve doğrulanmış sinyalin doğrultulmasını sağlar. Zaman. Doğru şekilde kalibre edilen bir üretim kurulunun yerlerini çabucak tanımlayabilir (örneğin, yüksek hacimli üretim için) ve otomatik TDR testi fikstürleri her panelin başarısızlığını ölçebilir.

VNA-Based Kesion Kayıpları ve Geri Dönüş Kayıpları

10 GHz'in üzerindeki tasarımları için, VNA ölçümleri, tam S-parametre karakterizasyonu sağlar. Üretim varyasyonlarının neden olduğu eklenti, daha fazla ripple ve azaltılmış marj ile kaba bir eğri olarak görünür.S-parametrelerin test edilmesiyle karşılaştırıldığında, tasarım ekibi, üretim yayılabilir olup olmadığını doğrulamaya yardımcı olur.

Bazı kumaşçılar şimdi test kuponunun gerçek tahtanın iç routingini taklit etmek için tasarlandığını, stubs ve back-drilled vias dahil olmak üzere daha doğru bir performans gösterimi sunuyor.

Variation'ı görmezden gelen gerçek dünya eşitsizlikleri

Büyük bir ağ platformu son zamanlarda üç farklı PCB'den oluşan bir proje gecikmesiyle karşı karşıya kaldı, çünkü analizden sonra, Kumaşı tasarım kuralları olmadan değiştirmeden veya yüksek çözünürlükte bir şekilde değiştirmeden dolayı, dört adet Gbps PAM4 sinyalini kullanarak, yüksek çözünürlükte (BERT) kontrol altına alınamadılar.

Bu örnek, üretim varyasyonunun aylarca ve önemli mühendislik pahasına olabileceğini gösteriyor. Buna karşılık, hoşgörü analizi ve kumaşçı niteliklerine yatırım yapan şirketler genellikle ilk giriş yönetim ve daha kısa zaman pazarını elde ederler.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

PCB üretim varyasyonları, yüksek hızlı sinyal bütünlüğüne doğrudan zarar veren kaçınılmaz bir gerçekliktir. Trace genişliği ve dielektrik kalınlığı sapmalar yanlışlığa neden olur; via and plating inconsistencies introduce parasitic responseance; yüzey sonu kabalık yüksek frekanslı kaybı ekliyor.

Farklılık kaynaklarını anlamak, etkilerini modellemek ve başarılı yüksek hızlı PCB tasarımının temel taşlarıyla yakından çalışmak, malzeme seçimi ve üretimde güvenilir bir şekilde çalışan güçlü yüksek hızlı ürünler inşa edebilir. Advanced DFM teknikleri, dikkatli malzeme seçimi (orta büyüklükteki laminatlar ve pürüzsüz bakır dahil), ve ayrıntılı olarak doğru doğrulama, doğru tasarım üzerine yapılan belgedir.[Dönemli)

Sonuçta, üretim varyasyonunu bir tasarım değişkeni olarak tedavi etmek daha yüksek performans, daha büyük verim ve daha az alan geri dönüşleri ve daha hızlı bir uygulamadaki kombinasyonlar.