Υβριδικό πολυστρωματικό πολυστρωματικό πολυστρωματικό πολυστρωματικό πολυστρωματικό υβριδικό PCB 14 επιπέδων 14 επιπέδων με έλεγχο σύνθετης αντίστασης πολλαπλών σημείων

Ένα PCB M6 14 επιπέδων με έλεγχο σύνθετης αντίστασης πολλαπλών σημείων

Καθώς οι ρυθμοί δεδομένων ξεπερνούν τα 25 Gbps και στη σφαίρα των 56G και 112G PAM4, τα συμβατικά υλικά PCB όπως το τυπικό FR-4 φτάνουν στα πρακτικά τους όρια. Η ακεραιότητα του σήματος γίνεται πρωταρχικής σημασίας και η επιλογή του πολυστρωματικού υλικού καθορίζει άμεσα εάν ένας σχεδιασμός υψηλής ταχύτητας επιτυγχάνει ή αποτυγχάνει. Αυτό το άρθρο εξετάζει μια εξελιγμένη πλακέτα 14 στρώσεων που είναι κατασκευασμένη στο υλικό M6, που διαθέτει αυστηρό έλεγχο σύνθετης αντίστασης σε πέντε κρίσιμα σημεία, αξιοπιστία κλάσης IPC-3 και προηγμένες τεχνικές επεξεργασίας.

Στιγμιότυπο προϊόντος: Η πλακέτα υψηλής ταχύτητας 14 επιπέδων

Αριθμός στρώσεων: 14 στρώσεις

Υλικό βάσης: Σειρά M6 (Laminate R-5775(N), Prepreg R-5670(N))

Πάχος τελικής σανίδας: 2.406 mm

Βάρος χαλκού: Εσωτερικά στρώματα 0,5 ουγκιές τελειωμένος χαλκός, εξωτερικές στρώσεις 1 ουγκιά τελειωμένος χαλκός

Μάσκα συγκόλλησης: Πράσινη με λευκά γράμματα

Φινίρισμα επιφάνειας: Νικέλιο-Παλλάδιο-Χρυσό (ENEPIG)

Μέγεθος πάνελ: 106 mm x 102 mm = 1 τεμάχιο

Πρότυπο ποιότητας: Κλάση IPC-3 (υψηλής αξιοπιστίας)

Έλεγχος σύνθετης αντίστασης: 5 διαφορικά ζεύγη, το καθένα ελεγχόμενο στα 100Ω ±10%

Vias: 0,2 mm διάμετρος, ρητίνη βουλωμένη, ηλεκτρολυμένη για λείανση επιφανειών

Τι είναι το M6 Board Material;

Το M6 είναι ένα πολυστρωματικό υλικό υψηλής ταχύτητας, χαμηλών απωλειών από τη σειρά Megtron, ειδικά σχεδιασμένο για εφαρμογές που απαιτούν ανώτερη ακεραιότητα σήματος σε υψηλές συχνότητες. Το σύστημα υλικών περιλαμβάνει:

• Laminate: R-5775(N) – Το διηλεκτρικό υλικό πυρήνα
• Prepreg: R-5670(N) – Το συγκολλητικό φύλλο για πολυστρωματική πλαστικοποίηση

Και τα δύο ταξινομούνται ως "Υλικά πολλαπλών στρωμάτων υψηλής ταχύτητας, χαμηλών απωλειών" με γυάλινη κατασκευή χαμηλού Dk, η οποία μειώνει την καθυστέρηση μετάδοσης του σήματος και βελτιώνει τη συνοχή της σύνθετης αντίστασης.

Πίνακας βασικών παραμέτρων (από το φύλλο δεδομένων R-5775(N)

Παραλλαγές υλικού M6 (Τύποι πυρήνα)

Το M6 διατίθεται σε πολλαπλά πάχη πυρήνα, το καθένα με συγκεκριμένα στυλ γυάλινων υφασμάτων και περιεκτικότητα σε ρητίνη:

Περιοχές Εφαρμογής για Μ6

Υπολογιστές υψηλής απόδοσης (διακομιστές, μεταγωγείς, δρομολογητές)

Οπτικοί πομποδέκτες (400G, 800G)

Τηλεπικοινωνιακή υποδομή (σταθμοί βάσης 5G, backhaul)

Εξοπλισμός δοκιμής και μέτρησης

Αεροδιαστημική και άμυνα (ραντάρ, ηλεκτρονικός πόλεμος)

Βασικά σημεία επεξεργασίας για το M6

Με βάση την κατευθυντήρια γραμμή διαδικασίας M6, οι κατασκευαστές πρέπει να προσέχουν:

Αποθήκευση: Το Prepreg R-5670 πρέπει να φυλάσσεται σε θερμοκρασία ≤23°C και ≤50% RH. Η εκτεταμένη αποθήκευση απαιτεί 5°C. Οι ανοιχτές σακούλες πρέπει να επανασφραγίζονται. Η αθροιστική έκθεση δεν πρέπει να υπερβαίνει τις 8 ώρες.

Επεξεργασία δεσμού εσωτερικού στρώματος: Το μαύρο/καφέ οξείδιο είναι αποδεκτό, αλλά προτιμάται η εναλλακτική επεξεργασία οξειδίου (τεχνολογία υπεροξειδίου/θειικής χάραξης). Συνιστάται ψήσιμο στους 105°C για 20-30 λεπτά μετά από επεξεργασία με οξείδιο.

Διάτρηση: Χρησιμοποιήστε μύτες υψηλής γωνίας έλικας και λαδωμένα φύλλα εισόδου (π.χ. φύλλα LE). Η διάτρηση με ράμφος συνιστάται για λεπτά κομμάτια. Για ένα τρυπάνι 0,30 mm, τυπικές παράμετροι: 160 kRPM, ταχύτητα 151 m/min, φορτίο τσιπ 20 μm/στροφ, 3000 χτυπήματα.

Αφαίρεση επιχρίσματος: Το M6 έχει χαμηλότερη απώλεια βάρους από το τυπικό FR-4 (R-1766). Για την αφαλάτωση με υπερμαγγανικό, συνιστάται ο διπλάσιος χρόνος συνθήκης FR-4. Για την αφαλάτωση πλάσματος, συνιστάται ο μισός χρόνος συνθήκης FR-4. Για υβριδικές κατασκευές με FR-4, συνιστάται μια συνδυασμένη διαδικασία (ημίχρονο πλάσμα + υπερμαγγανικό χωρίς διόγκωση).

Προφυλάξεις ENIG: Εάν χρησιμοποιείτε το ENIG (όπως κάνει αυτό το προϊόν), απαιτείται ψήσιμο στους 150°C για 5 ώρες ή αποθήκευση σε θερμοκρασία δωματίου για 1 εβδομάδα πριν από την επινικελίωση για την αποφυγή ελαττωμάτων στην επιμετάλλωση.

Πλαστικοποίηση: Ρυθμός θέρμανσης: 2,0-4,0°C/min. Πίεση: 3,0-4,0 MPa. Η θερμοκρασία του προϊόντος πρέπει να υπερβαίνει τους 185°C για 75 λεπτά. Διακοπή κενού στους 90-130°C (30 λεπτά από την έναρξη).

Τύποι σύνθετης αντίστασης

Ο έλεγχος σύνθετης αντίστασης είναι η πρακτική της αντιστοίχισης της χαρακτηριστικής σύνθετης αντίστασης μιας γραμμής μεταφοράς με την πηγή και τις σύνθετες αντιστάσεις φορτίου για την ελαχιστοποίηση των ανακλάσεων του σήματος. Σε αυτό το προϊόν, πέντε διαφορικά ζεύγη ελέγχονται στα 100Ω ±10%. Ας εξετάσουμε τους βασικούς τύπους σύνθετης αντίστασης και τον τρόπο εφαρμογής τους.

Αντίσταση μονού άκρου

Ένας μόνος αγωγός που αναφέρεται σε ένα επίπεδο γείωσης (συνήθως σε ένα παρακείμενο στρώμα). Κοινές τιμές: 50Ω ή 75Ω. Χρησιμοποιείται για μεμονωμένα σήματα, όπως ρολόγια, διαδρομές ραδιοσυχνοτήτων ή γραμμές δεδομένων ενός άκρου.

Διαφορική σύνθετη αντίσταση

Αυτός είναι ο τύπος που χρησιμοποιείται στο τρέχον προϊόν. Δύο ταιριαστά ίχνη που φέρουν ίσα και αντίθετα σήματα. Η διαφορική σύνθετη αντίσταση είναι η σύνθετη αντίσταση μεταξύ των δύο ιχνών. Η τυπική τιμή για ζεύγη διαφορικών υψηλής ταχύτητας (USB, PCIe, Ethernet, LVDS) είναι 100Ω.

Γιατί διαφορικό 100Ω;Αυτή η τιμή εξισορροπεί την κατανάλωση ενέργειας, την ασυλία θορύβου και τη συμβατότητα με τυπικά σχέδια πομποδέκτη.

Συνεπίπεδη αντίσταση

Τα ίχνη αναφέρονται σε επίπεδα γείωσης στο ίδιο στρώμα (μέσω παρακείμενων χυτών εδάφους) εκτός από ένα επίπεδο αναφοράς παρακάτω. Αυτό παρέχει καλύτερη απομόνωση και αυστηρότερο έλεγχο, που χρησιμοποιείται συχνά σε σχέδια ραδιοσυχνοτήτων ή όταν η απόσταση από στρώμα σε στρώμα είναι ασυνεπής.

Microstrip εναντίον Stripline

Δομές σύνθετης αντίστασης σε αυτό το προϊόν

Από το φύλλο υπολογισμού της σύνθετης αντίστασης, μπορούμε να αναγνωρίσουμε δύο διακριτές δομές:

1. Microstrip 1B με επίστρωση Edge-Coupled (Impedance 1 & 2 – L1 and L14)

2. Γραμμή μετατόπισης με σύζευξη άκρων 1B1A (σύνθετη αντίσταση 3, 4, 5 – L5, L10, L12)

Γιατί πέντε σημεία ελέγχου αντίστασης;

Τα πέντε ελεγχόμενα ζεύγη διαφορικών (L1, L14, L5, L10, L12) αντικατοπτρίζουν την πολυπλοκότητα της δρομολόγησης υψηλής ταχύτητας:

L1 και L14 (εξωτερικά στρώματα): Πιθανό για σήματα που πρέπει να εισέλθουν/εξέλθουν από την πλακέτα χωρίς vias ή για σημεία δοκιμής.

L5, L10, L12 (εσωτερικά στρώματα): Κατασκευές stripline για μεγάλα ίχνη υψηλής ταχύτητας που απαιτούν μέγιστη προστασία EMI και σταθερή αντίσταση σε μεγαλύτερες αποστάσεις.

Το διηλεκτρικό ύψος κάθε στρώσης (H1/H2) και το Dk (Er1/Er2) διαφέρουν λόγω της στοίβαξης, απαιτώντας ανεξάρτητες ρυθμίσεις πλάτους ίχνους (W) και απόστασης (S)—ακριβώς όπως φαίνεται στις στήλες "Προσαρμοσμένο".

Πρόσθετα χαρακτηριστικά αξιοπιστίας

Οι βασικές απαιτήσεις περιλαμβάνουν:

100% ηλεκτρικές δοκιμές για συνέχεια και απομόνωση

Πιο αυστηρές απαιτήσεις δακτυλίου δακτυλίου (τουλάχιστον 50% του μαξιλαριού)

Πιο αυστηρή ποιότητα τοιχώματος οπών (χωρίς κενά, χωρίς ρωγμές μετά από θερμική καταπόνηση)

Πλήρης πλήρωση επιμεταλλωμένων οπών (χωρίς κενά στον χαλκό)

Vias 0,2 mm: Resin Plugged + Electroplated Smoothing

Μικρές διόδους (διάμετρος 0,2 mm) είναι στάνταρ για σχέδια υψηλής πυκνότητας.

Ωστόσο, οι ανοιχτές διόδους μπορεί να δημιουργήσουν προβλήματα:

Διαρροή συγκόλλησης κατά τη συναρμολόγηση

Παγιδευμένη ροή που προκαλεί εξάτμιση

Ανώμαλη επιφάνεια για τοποθέτηση εξαρτημάτων

Το βούλωμα ρητίνης γεμίζει πλήρως τη διέλευση με μια μη αγώγιμη εποξειδική ρητίνη. Επιμεταλλωμένη εξομάλυνση (επιμετάλλωση καπακιού) στη συνέχεια τοποθετεί χαλκό πάνω από το βουλωμένο μέσω, δημιουργώντας μια επίπεδη, επίπεδη επιφάνεια.

Αυτό επιτρέπει:

Σχεδιασμός Via-in-pad (οι αγωγοί τοποθετούνται απευθείας κάτω από τα μαξιλάρια BGA)

Βελτιωμένη αξιοπιστία (χωρίς κενά, χωρίς παγιδευμένους ρύπους)

Καλύτερη απαγωγή θερμότητας (συμπαγής χάλκινο καπάκι)

Σύναψη

Αυτό το PCB M6 14 επιπέδων αντιπροσωπεύει την τελευταία λέξη της τεχνολογίας στον ψηφιακό σχεδιασμό υψηλής ταχύτητας. Συνδυάζοντας το laminate M6 χαμηλών απωλειών (R-5775/R-5670) με τον έλεγχο διαφορικής αντίστασης 5 σημείων, την αξιοπιστία κατηγορίας IPC-3 και την προηγμένη επεξεργασία (βύσμα ρητίνης + επιμεταλλωμένη εξομάλυνση), η πλακέτα είναι ειδικά κατασκευασμένη για εφαρμογές που απαιτούν ακεραιότητα σήματος στα 25+ Gbps.

Η χρήση δομών μικροταινίας (L1, L14) και λωρίδας μετατόπισης (L5, L10, L12) καταδεικνύει μια περίπλοκη κατανόηση του ελέγχου σύνθετης αντίστασης σε διαφορετικούς τύπους στρωμάτων. Για τους μηχανικούς που καθορίζουν παρόμοιες πλακέτες, η προσοχή στην αποθήκευση υλικού, στις παραμέτρους διάτρησης, στους κύκλους αφαλάτωσης και στο προψήσιμο ENIG (όπως περιγράφεται στην Κατευθυντήρια γραμμή Διαδικασίας M6) είναι απαραίτητη για την επίτευξη επιτυχίας στο πρώτο πέρασμα.