Teknik PCB - Impedance matching in HDI PCB design

Perpadanan kemudahan adalah cara untuk konfigur kemudahan input muatan atau kemudahan output sumber isyaratnya. Lakukan untuk mencapai penghantaran kuasa maksimum dan mengurangkan refleksi isyarat dari muatan. Impedance matching in HDI is entirely to avoid transmission failures, especially losses due to resistance and PCB dielectric.

Microvias boleh digunakan untuk mencipta jejak PCB mudah-untuk-hasilkan untuk sistem yang sepadan impedance. Teknologi kabel melarikan diri BGA dan struktur penggemar-keluar anjing-tulang boleh digunakan untuk mencapai persamaan impedance dalam HDI.

Bila jejak PCB perlu sepadan impedance?

Perpadanan ketidaktepatan ditentukan oleh ketidaktepatan dan masa naik/jatuh isyarat, bukan dengan frekuensi. Jika masa naik/jatuh isyarat (berdasarkan 10% hingga 90%) lebih pendek daripada 6 kali lambat jejak, ia dipanggil isyarat kelajuan tinggi. Di sini, sepadan impedance yang tepat patut dilakukan.

Strategi laluan melarikan diri yang digunakan bila merancang papan sirkuit bergantung pada sebagian besar pada pitch BGA, yang menentukan lebar jejak yang dibenarkan ditempatkan diantara bola askar. Kecantikan jejak juga bergantung pada keterangan pembuat, tumpukan lapisan dan keterangan yang diperlukan. Apabila memilih rancangan laluan melarikan diri, ingat arahan berikut.

Teknik laluan melarikan diri untuk BGA-pitch halus dengan bilangan pertengahan lapisan bermula dengan kaedah leher kerana jejak dijalurkan masuk dan keluar dari BGA.

Jejak luaran boleh dijalurkan secara langsung ke baris pertama pads pada papan sirkuit.

Lebar jejak baris kedua pads pada tatasusunan grid bola dikurangkan secara signifikan sehingga ia boleh diletak diantara baris pertama pads.

Untuk mencapai pad dalaman baris yang tersisa, pergilah melalui lapisan dalaman. Biasanya, setiap lapisan isyarat dijalurkan ke dua baris sementara mengatasi impedance dan HDI crosstalk.

Penggemar tulang anjing adalah kaedah pelarian BGA yang paling popular

Microvia untuk kawat pelarian BGA

Jika saiz pad (termasuk cincin) cukup kecil untuk BGA landasan halus, guna mikrovia untuk laluan pelarian BGA lapisan dalaman. Ciri-ciri berikut membezakan mikropore dari lubang tradisional:

Panjang laluan: Laluan hanya boleh melewati satu atau dua lapisan paling. Jika PCB tebal piawai mempunyai bilangan lapisan yang sangat tinggi, lubang melalui dapat menambah lapisan lebih, tetapi ini memerlukan prosedur penghasilan tambahan. Guna kunci buta dan terkubur yang menambah lapisan tunggal sebanyak yang mungkin.

Nisbah aspek lubang-mikro: Nisbah aspek lubang-mikro (kedalaman dibahagi dengan diameter) sepatutnya 0.75:1. Mari kita faham perkara yang sama dengan mempertimbangkan contoh plat tebal 32 lapisan. Kerana tebal lapisan (untuk inti 2 lapisan) adalah 2 mils, diameter tidak boleh kurang dari 2.7 mils.

Via mikro hanya boleh menggali secara mekanik hingga 8 mils dengan selamat, tetapi kerana pecah menggali sering, biaya menggali PCB mekanik 8 mils boleh mendekati harga menggali laser. Kelajuan lubang mekanik lebih rendah dari lubang-lubang laser kerana pengeboran mekanik mesti dilakukan dengan berhati-hati untuk menghindari pecah bit pengeboran. Oleh itu, apabila anda mula menggunakan pengeboran laser, anda akan melihat jumlah kos setiap papan jatuh.

Untuk menggunakan fan-out anjing-tulang pada 0.8 mm pitch BGA, lebar jejak mesti 10 mils atau kurang, dan lubang mikro mesti lebih kecil (kira-kira 6 mils). Untuk tatasusunan grid bola pitch yang lebih baik (0.5 mm), guna lubang-mikro penuh dan terletak dalam pads untuk dijalurkan ke lapisan dalaman melalui jejak 7 juta atau 8 juta. Ini akan menyediakan ruang yang cukup antara pads bersebelahan.

Walaupun gaya desain, mikrovia boleh ditangkap atau ditangkap untuk mencapai ketepatan kabel yang diperlukan. Melewati keperluan IPC 6012 untuk memastikan kepercayaan terbaik saiz lubang-mikro dan cincin annular sekitar. Kerelevan mikrovia dalam pads dalam laluan pelarian BGA boleh dipahami oleh fakta bahawa jangkauan BGA boleh menjadi sebanyak 0.3 mm dalam beberapa kes.

Bagaimana untuk menempatkan lubang buta untuk kabel melarikan diri

Kaedah lubang buta untuk ruang kawat dalaman.

Via buta adalah kaedah desain HDI yang berharga yang boleh membebaskan ruang tambahan untuk wayar dalaman. Apabila digunakan diantara botol, jenis botol ini menggandakan ruang kawat lapisan dalaman. Ia membenarkan jejak tambahan untuk disambung ke pins pada baris BGA dalaman. Lihat gambar di atas; Di sini, hanya dua jejak boleh melarikan diri antara lubang melalui permukaan 1.0 mm BGA. Namun, sekarang ada 6 jejak di bawah lubang buta, yang meningkatkan ruang laluan dengan 30%.

Dengan kaedah ini, seperempat lapisan isyarat diperlukan untuk menyambungkan BGA I/O tinggi. Lubang buta ditempatkan dalam corak salib, bentuk L atau diagonal untuk membentuk bulevar. Tugasan pin kuasa dan tanah menentukan konfigurasi mana yang digunakan.

Meletakkan lubang buta dalam bentuk salib, L-bentuk atau diagonal mencipta batu pada lapisan dalaman untuk membolehkan kabel dan melarikan diri dengan ketepatan yang lebih tinggi.

Panjang seksyen penggemar-keluar dan lebar jejak

Apabila menggunakan ICs kelajuan tinggi, impedance hampir sentiasa faktor. Apabila memeriksa panjang seksyen penggemar-keluar, hubungan antara kabel penggemar-keluar dan kawalan impedance datang ke permainan. Kerana panjang jejak melalui (jika ada) dan kapasitas/induktan parasit, bahagian penggemar keluar BGA akan mempunyai impedance.

Pertama, periksa lebar banding isyarat untuk menentukan jika isyarat akan ditangkap pada impedance jejak. Jika panjang jejak jauh lebih kecil daripada panjang gelombang yang sepadan dengan hujung tinggi lebar band, bahagian jejak penggemar-keluar BGA boleh diabaikan. Cara terbaik ialah menghitung impedance muatan, yang merupakan fungsi panjang jejak penggemar-keluar, dan impedance input rangkaian (selepas leher) dicipta oleh jejak penggemar-keluar.

Guna had 10% untuk panjang panjang gelombang isyarat yang diperlukan sebagai kiraan yang baik. Had berhati-hati 10% bagi isyarat digital dengan frekuensi lutut 20GHz akan menghasilkan panjang kritik 0.73mm (garis garis garis dalam substrat FR4). Ini bermakna ICs yang lebih besar, seperti FPGAs, perlu menyediakan penggemar yang sepadan dengan impedance untuk pasangan yang berakhir satu dan berbeza.

Melalui induktan, kapasitas parasit antara papan sirkuit dan pad, dan induktan pin dalam IC adalah kritikal. Sirkuit penapis T lewat rendah terdiri dari bahagian-bahagian ini. Frekuensi pemotongan 3dB adalah nombor biasa yang boleh diukur dari sirkuit resonan LC, dengan syarat yang induktan lubang melalui ditetapkan sama dengan induktan lead. Sirkuit penapis T digunakan sebagai sirkuit yang sepadan impedance untuk mengubah impedance output IC pemacu.

Sirkuit penapis T lewat rendah dengan induksi lubang melalui, kondensasi parasit antara papan sirkuit dan pad, dan induksi pin sebagai komponen utama.

Jika pengendalian bahagian melalui yang menyambung jejak penggemar-keluar ke jejak dalaman tidak pasti, ia sukar untuk sepadan pengendalian bahagian penggemar-keluar. Namun, selagi bahagian melalui sangat pendek dan langsung melempar beberapa lapisan, fakta ini boleh diabaikan. Jumlah impedance input, termasuk vias dan jejak dalaman, ditentukan oleh impedance jejak dalaman melalui sejumlah kecil lapisan. Inilah sebabnya impedance biasanya tidak dianggap.

Mengapa lebar jejak tidak lebih besar daripada saiz pad?

Lebar jejak adalah proporsional dengan impedance, dan ia bermain peran penting apabila and a memasuki keadaan HDI. Vias akan menjadi begitu kecil sehingga apabila lebar jejak cukup kecil, mereka mesti dibuat sebagai mikrovia.

Cipta lengkung impedance untuk tumpukan PCB dan guna lebar ini sebagai panduan desain. Selepas menghitung lebar yang diperlukan untuk kawalan impedance, anda hanya perlu nyatakan nilai ini sebagai peraturan reka. Lebih baik untuk melakukan simulasi percakapan salib bagi lebar jejak yang direkomendasikan untuk melihat jika ia akan menyebabkan percakapan salib berlebihan.

Impedance matching in HDI is related to maintaining signal quality because components and traces are closely spaced. Oleh itu, mengawal impedance menjadi tugas yang luar biasa. Penggunaan mikrovia yang berkesan adalah kunci untuk memulakan sistem HDI yang sepadan. Teknologi jalur melarikan diri BGA yang lebih baik dan kaedah penggemar-tulang anjing boleh digunakan untuk mencapai persamaan impedance dalam HDI.