Структура печатной платы FR408HR, импеданс, Dk/Df и TDR.

Схема расположения слоев печатной платы FR408HR представляет собой электрическую и производственную модель, а не декоративную схему слоев. Она связывает целевые платы с контролируемым импедансом с реальными конструкциями сердечников, типами препрегового стекла, содержанием смолы, толщиной прессования, медной фольгой, готовой медью, паяльной маской, поведением ламинирования и производственными допусками.

В данном руководстве рассматривается моделирование конструкций из FR408HR с учетом импеданса, потерь на вставке, планирования образцов и выпуска на производство. Для выбора поставщика и получения ценовых предложений ознакомьтесь с руководством по производителям и материалам для печатных плат FR408HR.

Свойства FR408HR, используемые при проектировании многослойной структуры.

Работы по построению многослойной структуры следует начинать с отделения опубликованных данных о ламинатах от эффективных электрических характеристик выбранной конструкции. Значения Dk и Df зависят от метода испытаний, частоты, содержания смолы, типа стекловолокна и способа изготовления готовой платы.

Для получения дополнительной информации о том, как интерпретируется диэлектрическая проницаемость ламината (Dk) в расчетах линий передачи, перед выбором значения решателя ознакомьтесь с руководством по диэлектрической постоянной печатных плат .

Краткий обзор электротехнических характеристик

В общем техническом описании модели Isola приводятся зависящие от частоты значения Dk и Df, а в отдельной таблице для различных конструкций представлены значения в зависимости от типа стекловолокна в сердцевине/препреге, содержания смолы, толщины и частоты. Приведенные ниже общие значения полезны только для ориентации. При создании производственной модели следует выбирать данные, соответствующие фактической конструкции и методологии полевого решателя.

Важно: характеристики сердечников и препрегов в таблицах Isola Dk/Df охватывают значительный диапазон. Процентное содержание смолы, стекловолокно, толщина прессованного слоя, шероховатость меди, паяльная маска и локальное распределение смолы изменяют эффективные электрические характеристики. В выпущенной таблице структуры следует указать значение и метод, использованный в моделировании.

Что может — и чего не может — предсказать информационный лист

В общем техническом описании Isola указаны типичные тепловые и электрические свойства семейства материалов. Оно полезно для выбора материала на ранних этапах. Таблицы Dk/Df, специфичные для конкретной конструкции, содержат более подробную информацию о диэлектрических свойствах отдельных сердечников и комбинаций стекловолокна и смолы в диапазоне частот от 100 МГц до 10 ГГц.

Одно значение Dk не отражает всей модели материала.

Часто повторяющиеся значения Dk 3.68 и Df 0.0092 соответствуют типичным значениям для частоты 2 ГГц в общей таблице данных. В отдельных конструкциях значения могут быть выше или ниже, поскольку стекло обладает иными диэлектрическими свойствами, чем смола, и процентное содержание смолы варьируется. Частота и метод тестирования также имеют значение. Поэтому группа разработчиков должна задокументировать, какое значение использовалось для моделирования перед компоновкой, и позволить производителю обновить окончательную модель импеданса на основе выбранной конструкции.

Значения, относящиеся к препрегам, требуют особого внимания.

Препрег — это не лист фиксированной толщины после ламинирования. Его конечная толщина зависит от типа стекловолокна, содержания смолы, топографии меди, давления, текучести и отверждения. Таблица препрегов предоставляет номинальную конструктивную основу, а не гарантированный диэлектрический зазор на каждой плате. Для готовой структуры следует использовать модель толщины, полученную методом прессования, разработанную производителем.

Стекло с распределенным плетением уменьшает, но не устраняет полностью, эффект стеклянной поверхности.

В обновленной таблице Dk/Df для FR408HR указано, что стекловолокно имеет распределенное плетение в обоих направлениях. Это способствует более равномерному распределению стекловолокна, чем при обычном открытом плетении, однако расположение, угол, ширина и локальный состав смолы/стекла по-прежнему могут иметь значение в каналах с точно подобранным дифференциальным плетением.

Медная фольга является частью электрической модели.

Компания Isola предлагает фольгу с обратной обработкой в ​​качестве стандартного варианта, но доступны и другие варианты. Профиль меди влияет на потери в проводнике и эффективную геометрию. Для конструкции, чувствительной к потерям, в структуре пакета следует указывать тип фольги или допущения о шероховатости, а не рассматривать всю одноунцовую медь как электрически идентичную.

Информация, необходимая перед моделированием структуры стека.

Количество слоев и конечная толщина недостаточны. Производителю необходимы геометрия проводников, масса меди, типы сигналов, целевые значения импеданса, опорные плоскости, ограничения по потерям, архитектура переходных отверстий, параметры сборки и механические ограничения, прежде чем можно будет предложить полезную конфигурацию для производства.

Начните с требований к продукту.

Прежде чем выбирать сердечники и препреги, определите ограничения, которым должна удовлетворять структура слоев. Эти ограничения часто противоречат друг другу, поэтому команда разработчиков должна определить приоритеты.

Тонкий диэлектрик может упростить достижение целевого импеданса за счет узкой дорожки, но может увеличить емкость плоскости и чувствительность к производственным процессам. Толстый диэлектрик может улучшить изоляцию, но потребует более широкой дорожки или увеличит перекрестные помехи. Увеличение количества меди может ограничить свободу выбора ширины дорожки. Правильная структура слоев — это оптимизация, а не фиксированный рецепт.

Назначьте функции слоев и опорные плоскости.

Размещайте критически важные сигналы вблизи непрерывных опорных плоскостей.

Высокоскоростные сигналы должны иметь свободный обратный путь. Разрывы плоскостей, пустоты, изменения опорного напряжения, вырезы в разъемах и плотные поля переходных отверстий могут увеличивать индуктивность обратного пути и преобразование мод, даже если импеданс трассы номинально правильный.

Используйте симметрию для обеспечения размерной и механической стабильности.

Симметричное расположение слоев не гарантирует идеально ровную плату, но обеспечивает более прочную основу для дальнейшей работы. Следует учитывать вес меди, степень покрытия медью, толщину диэлектрика, распределение по плоскостям и дисбаланс при сборке компонентов.

Раздельные цели обеспечения целостности сигнала и целостности питания.

Близко расположенные пары силовых и заземляющих проводников могут увеличить емкость плоскости, в то время как толстые диэлектрики между сигнальной и плоской поверхностями могут уменьшить емкость дорожек и изменить геометрию трассировки. При проектировании многослойной структуры следует целенаправленно распределять пары слоев, а не повторять стандартную схему расположения сигнальных и плоскостных проводников.

Перед маршрутизацией спланируйте переходы между точками маршрутизации.

Для сигнала, изменяющего плоскость отсчета, необходим близлежащий путь обратного тока, обычно через заземление или соответствующий путь развязки питания и земли. Структура каскадов определяет, можно ли реализовать этот путь вблизи сигнального переходного отверстия.

Выбор толщины сердцевины, препрега и прессованного материала FR408HR

Доступные конструкции сердечника и препрега должны быть согласованы с распределением меди, потребностью в смоле, толщиной готового изделия и импедансом. Номинальная толщина, указанная в каталоге, не является автоматически той толщиной диэлектрика, которая используется в полевом калькуляторе для готовых печатных плат.

Выберите сборные конструкции из несущего каркаса и препрегов.

Толщина сердцевины относительно определена; толщина препрега прогнозируется.

Сердечник с медным покрытием поставляется в виде отвержденного диэлектрика номинальной толщины и медной фольги. В процессе ламинирования в качестве диэлектрика для соединения используется препрег. Модель структуры слоев должна различать эти два источника неопределенности толщины.

В более широком руководстве по препрегам для многослойных печатных плат рассматриваются типы стекла, содержание смолы и свойства склеивания, а конструкция ламината печатной платы предоставляет общую информацию о различиях между сердцевиной и препрегом.

Тип стекла и содержание смолы влияют на Dk и локальные характеристики.

Более высокое содержание смолы обычно снижает диэлектрическую проницаемость композита (Dk), поскольку смола и стекловолокно вносят разный вклад. Это также может изменить текучесть и толщину. При проектировании не следует выбирать конструкцию исключительно ради более низкой диэлектрической проницаемости, не учитывая потребность в смоле, стабильность размеров, доступность и технологическую наценку.

Многослойные препреги не обладают электрическими свойствами, идентичными одному толстому слою.

Два или более слоя могут увеличить объем смолы или создать целевую толщину, но они также изменяют распределение стеклования и могут создавать границы раздела, обогащенные смолой. В окончательной модели, решаемой с помощью полевого решателя, следует использовать диэлектрические свойства композита, согласованные с производителем.

Наличие товара может определять практическую стоимость.

Теоретически идеальная конструкция может потребовать специальных закупок или неэффективного использования листового материала. Раннее взаимодействие с производителем позволяет выявить стандартные имеющиеся в наличии сердечники и препреги, которые соответствуют электрическим требованиям с меньшим риском срыва сроков.

Толщина прессованного образца и потребность в смоле

Толщина прессованного слоя — одно из наиболее распространенных различий между проектной и производственной структурой. На нее влияют содержание смолы в препреге, тип стекловолокна, высота меди на обоих соседних слоях, процентное содержание и распределение меди, растекаемость при прессовании и процесс отверждения.

Процент покрытия медью недостаточен.

Два слоя могут иметь одинаковое общее содержание меди, но совершенно разную локальную топографию. Широкая пустая область рядом с сплошной плоскостью создает иную проблему текучести смолы по сравнению с равномерно распределенными дорожками. Производители могут использовать локальные карты содержания меди или опыт, полученный при изучении схожих закономерностей, а не единое среднее значение.

Избыточное количество меди приводит к большему расходу смолы и изменению геометрии.

Толстый внутренний слой меди создает более глубокие впадины. Препрег должен заполнить эти впадины, не оставляя пустот или препятствий для стеклянной пленки. Может потребоваться больше смолы или дополнительные слои препрега, что изменит толщину диэлектрика и импеданс.

Допуск на толщину готового изделия должен быть реалистичным.

Общая толщина платы включает в себя сердечники, прессованные препреги, медь, покрытие, защитную маску и технологические отклонения. Слишком жесткие требования к общей толщине могут противоречить импедансу или запасу текучести смолы. Определите, является ли допуск механически необходимым или просто унаследованным от типового чертежа.

Факторы, влияющие на выходное сопротивление и потери на входе.

Итоговое импедансное сопротивление является результатом всей геометрической и материальной системы. Ширина дорожки, профиль травления, толщина меди, покрытие, паяльная маска, высота диэлектрика, эффективная диэлектрическая проницаемость (Dk), структура стекла, шероховатость меди, непрерывность в плоскости отсчета и переходы через переходные отверстия — все это влияет на результат.

Входные данные решателя поля для управляемого импеданса

Не следует смешивать несовместимые методы DK без документирования изменений.

Методы с использованием полосковой линии с зажимом, полосковой линии Берескина, резонатора, дифференциальной длины фазы и другие методы могут давать разные значения, поскольку они измеряют разные структуры и включают разные эффекты. Для решения задачи и использования модели приема следует применять значения, соответствующие предполагаемому назначению.

Допустимое отклонение импеданса должно отражать общую производительность процесса.

Ширина дорожки, высота диэлектрика, толщина меди и диэлектрическая проницаемость Dk — все эти параметры изменяются. Жесткий допуск по импедансу может потребовать более широкого технологического диапазона, более жестких требований к материалу, специальной графики, использования специальных образцов или более строгого контроля производства. Допуск должен определяться потребностями системы, а не автоматически копироваться из другого проекта.

Дифференциальные пары, стекловолокно и внутрипарное смещение

Дифференциальное сопротивление — не единственная проблема, связанная с дифференциальными парами проводников. Если один проводник взаимодействует с другой локальной средой стекло/смола, задержка распространения может отличаться и создавать внутрипарное искажение. Материалы с распределенным плетением уменьшают локальный контраст, но не делают печатную плату изотропной в каждой точке расположения проводника.

Варианты смягчения последствий

• Размещайте критически важные пары проводов под небольшим углом к ​​основному направлению стекла там, где это позволяет компоновка.
• Используйте более широкие дорожки, которые в среднем занимают большую площадь материала.
• Выбирайте конструкции с распределенным плетением и соответствующим распределением смолы.
• Обеспечьте согласованность геометрии пары и эталонной среды.
• Используйте метод неравномерного бюджетирования и моделирование каналов продаж, а не полагайтесь на одно-единственное правило.

Эти параметры могут конфликтовать с плотностью трассировки, согласованием длин, использованием панелей и процессом изготовления. Применяйте их к каналам, которые в них нуждаются, а не ко всем дифференциальным парам.

Какое место занимает FR408HR в бюджете на компенсацию убытков от показа рекламы через каналы сбыта?

FR408HR позиционируется как материал со средними потерями. Он может использоваться во многих высокоскоростных цифровых схемах, но ни одно название материала не определяет универсальный предел скорости передачи данных. Допустимый канал зависит от длины, частотного спектра, разъемов, переходных отверстий, профиля медных проводников, геометрии дорожек, температуры, эквализации и бюджета передатчика/приемника.

Разделите диэлектрические потери и потери в проводнике.

Диэлектрическая проницаемость (Df) влияет на потери в проводнике. Шероховатость меди, размеры дорожек и концентрация тока влияют на потери в проводнике. С повышением частоты шероховатость может стать основным фактором. Конструкция, в которой выбран материал FR408HR для улучшения диэлектрической проницаемости, но игнорируется профиль фольги, может не дать ожидаемого результата.

Обратное сверление может иметь большее значение, чем небольшая разница в коэффициенте диффузии (Df).

Длинные соединительные патрубки создают резонансы и потери. Для некоторых каналов удаление патрубка или изменение конструкции перехода между слоями дает больше преимуществ, чем замена ламината. Структура, архитектура соединительных патрубков и материал должны оптимизироваться одновременно.

Знайте, когда следует переходить к материалу с меньшими потерями.

Если модель канала не обеспечивает достаточного запаса прочности после учета реалистичных характеристик разъема, переходных отверстий, шероховатости и производственных отклонений, следует рассмотреть возможность использования материала Isola с меньшими потерями или гибридной конструкции. Решение должно основываться на измеренных или смоделированных характеристиках канала, а не на маркировке «высокоскоростной».

Пример архитектуры стека FR408HR

Приведенные ниже примеры представляют собой варианты расположения функциональных слоев для инженерного обсуждения, а не готовые производственные схемы. Окончательная толщина диэлектрика, тип стекла, масса меди и геометрия дорожек должны быть смоделированы с учетом фактических требований к плате и наличия материалов.

Приведенные ниже примеры демонстрируют логику работы слоев, а не типовые схемы, используемые в серийном производстве. В них намеренно опущены фиксированные значения толщины диэлектрика и ширины дорожек, поскольку эти значения должны определяться исходя из целевого импеданса, качества меди, выбранной конструкции FR408HR, технологического процесса изготовления панели и доступных материалов.

Шестислойная плата управления и интерфейса

В центре внимания обзора: баланс меди во внешнем слое, связь L3/L4, разделение плоскостей, сквозные переходные отверстия и вопрос о том, обеспечивает ли шестислойная архитектура достаточное количество непрерывных опорных точек для каждого критического маршрута. Общий эталон шестислойной структуры печатной платы может помочь сравнить роли плоскостей и трассировки, но конструкция FR408HR все еще требует собственной модели импеданса.

Восьмислойная высокоскоростная цифровая плата

Основные моменты проверки: имеет ли каждый сигнальный слой один доминирующий непрерывный опорный сигнал, как переходы обеспечивают возврат тока, поддерживает ли размещение силовой плоскости сеть распределения питания (PDN), и могут ли внешние и внутренние контролируемые геометрии совместно использовать требуемый допуск. Перед окончательным утверждением назначения слоев сравните функциональную компоновку с руководством Highleap по укладке 8-слойных печатных плат.

Двенадцатислойная плата для обработки данных, сетевого оборудования или объединительной платы.

Для двенадцатислойной платы FR408HR обычно требуется более явное распределение по классам сигналов, а не простое чередование сигналов и плоскостей. Один из возможных функциональных подходов: для получения дополнительной информации о платах с большим количеством слоев см. обсуждение структуры 10-слойных печатных плат и адаптируйте принципы, а не копируйте размеры.

L1 Компоненты / короткие высокоскоростные маршруты L2 Заземление L3 Группа высокоскоростных полосовых линий A L4 Заземление или опорное напряжение питания L5 Среднескоростная / управляющая трассировка L6 Питание L7 Заземление L8 Среднескоростная / управляющая трассировка L9 Заземление или опорное напряжение питания L10 Группа высокоскоростных полосовых линий B L11 Заземление L12 Компоненты / короткие высокоскоростные маршруты

Основные аспекты анализа: симметрия пар слоев, разветвления разъемов, высокоскоростная группировка слоев, стратегия перехода плоскостей, целостность питания, экспозиция стекловолокна, сквозные переходные отверстия, глубина сверления, необходимость последовательного ламинирования, потребность в смоле и накопление данных о совмещении. Если плата требует нескольких циклов ламинирования или глухих/скрытых переходных отверстий, архитектуру необходимо проанализировать вместе с запланированным многослойным методом изготовления.

Тестирование импеданса с помощью тестового образца FR408HR и рефлектометра с изменяемым сопротивлением (TDR).

Образец для производства должен достаточно точно отражать изготовленную линию передачи , чтобы обеспечить полезную обратную связь. Расположение образца, толщина медного слоя, конструкция диэлектрика, опорная плоскость, метод испытаний и допуски приемки должны быть согласованы до начала сборки панели.

Купон должен соответствовать конструкции доски.

Слои образца, опорные плоскости, конструкция диэлектрика, меднение, паяльная маска, ориентация дорожек и обработка должны соответствовать производственной структуре. Образец, размещенный в нетипичной области панели, может пройти проверку, в то время как область изделия будет вести себя иначе.

Измерительное окно не должно включать артефакты запуска.

Запуск разъема или зонда, переходы между образцами и отражения на концах могут искажать результат. Конструкция образца и схема тестирования должны обеспечивать стабильный участок достаточной длины для оценки.

Согласовать порядок отчетности до начала производства.

В отчете должны быть указаны целевое значение, допуск, измеренное значение, слой или структура, идентификатор образца, партия, дата и метод. Если требуются необработанные данные, графики или подтверждение калибровки, включите их в коммерческое предложение.

TDR подтверждает импеданс, а не потери на входе.

Пройденный тест на импеданс не доказывает, что весь проложенный канал соответствует требованиям к потерям или диаграмме глаз. Для подтверждения потерь в канале используйте соответствующие тестовые средства, методы анализа векторных цепей или системную валидацию.

Анализ структуры сборки, распространенные ошибки и передача на этап изготовления.

Заключительная проверка проекта должна устранить расхождение между структурой EDA и данными о сборке, предоставленными производителем. К распространенным ошибкам относятся использование неподходящего значения Dk, предположение о недоступной толщине препрега, моделирование базовой меди вместо готовой меди, отсутствие паяльной маски, нарушение опорных плоскостей и фиксация компоновки до утверждения серийного производства.

Перед утверждением макета ознакомьтесь с контрольным списком.

1. Убедитесь, что форма FR408HR необходима и что правила замены четко указаны.
2. Определите все структуры с управляемым импедансом по слою и опорной плоскости.
3. Определите целевое значение, допуск, номинальную геометрию и допустимые производственные корректировки.
4. Попросите изготовителя выбрать материалы с настоящим сердечником и препреговые конструкции.
5. Используйте соответствующие строительным нормам Dk/Df и задокументируйте метод.
6. Проверьте готовую медную прослойку, профиль фольги, маску для пайки и геометрию травления.
7. Проверьте симметрию слоев, баланс меди, назначение силовой плоскости и обратные пути.
8. Проверка осуществляется с помощью пролетов, соотношений сторон, обратного сверления и переходных точек.
9. Моделирование потерь на входе с учетом реалистичных предположений о разъемах, переходных отверстиях и медных проводниках.
10. Перед утверждением маршрутизации или началом изготовления оснастки необходимо утвердить производственную схему и образец.

Контролируемая передача объекта на этап изготовления.

Страница, посвященная построению многослойной структуры, заканчивается там, где начинается хронологический контроль процесса. После того, как проектная группа утвердит функции слоев, целевое сопротивление и варианты конструкции сердечника/препрега, изготовитель должен подтвердить наличие материалов, предположения о толщине прессованного слоя, компенсацию графического оформления, образцы панелей и фактический способ ламинирования.

После утверждения сборки необходимо подтвердить требования к ламинированию, сверлению, нанесению покрытий, контролю качества и сквозным отверстиям в технологической документации перед выпуском.

Часто задаваемые вопросы, справочные материалы и технический обзор по конструкции FR408HR Stackup

В этом разделе рассматриваются часто задаваемые вопросы проектирования, определяется роль соответствующих стандартов и эталонных испытаний, а также объясняется, какую информацию следует отправлять на проверку структуры проекта.

Часто задаваемые вопросы

Какую диэлектрическую проницаемость (Dk) следует использовать для стали FR408HR?

Используйте значение, привязанное к выбранной конструкции сердечника или препрега, диапазону частот и методу моделирования. Общепринятое значение не подходит для всех конструкций. Производитель и проектная группа должны задокументировать значение, использованное при расчете импеданса.

Можно ли использовать один и тот же DK для основы и препрега?

Не автоматически. В конструкциях из сердцевины и препрега могут использоваться разные типы стекловолокна и состав смолы. Кроме того, толщина прессованного препрега может быть неопределенной. Используйте данные, специфичные для данной конструкции, и модель, предоставленную производителем.

Требуется ли для FR408HR специальный метод измерения импеданса с помощью тест-полосок?

Не требуется какой-либо уникальный метод только из-за материала, но образец должен отражать фактическую конструкцию и готовую медную деталь. Договоренность о приемке и оформлении заказа должна быть достигнута до начала производства.

Подходит ли FR408HR для PCIe, Ethernet, DDR или SerDes?

Он может подходить для многих вариантов реализации, но одного названия интерфейса недостаточно. Пригодность определяется скоростью передачи данных, длиной канала, топологией, разъемами, переходными отверстиями, допустимыми потерями, эквализацией и производственными вариациями.

Следует ли включать в сводную таблицу цитаты?

Справочные материалы по структуре стека, моделированию и тестированию.

Приведенные ниже источники подтверждают обсуждение материалов и стандартов на этой странице. Значения, указанные в технических паспортах поставщиков, являются типичными значениями, измеренными по установленным методам; чертежи заказчика, заказы на покупку, утвержденная схема сборки и стандартная редакция, указанная в договоре, остаются определяющими требованиями для приемки продукции.

• Конструкционные столы Isola FR408HR Dk/Df — Значения характеристик сердцевины и препрега в зависимости от конструкции, содержания смолы и толщины и частоты применения.
• Техническое описание Isola FR408HR — Общие частотно-зависимые значения Dk/Df и методы тестирования.
• IPC-2141 — Рекомендации по проектированию с регулируемым импедансом и высокой скоростью; использование моделирования с помощью решателя поля и обратной связи от производителя для получения окончательной геометрии.
• IPC-2221 / IPC-2222 — Общие и жесткие требования к конструкции печатных плат, определяющие решения по структуре слоев, проводникам, расстоянию между ними, отверстиям и документации.
• ИПК-ТМ-650 — Библиотека методов измерения материалов и печатных плат; при сравнении результатов необходимо указывать точный метод.

Отправьте сводку данных на рассмотрение инженерам.

Отправьте информацию о функциях слоев, конечной толщине, исходном и конечном количестве меди, таблицу контролируемого импеданса, номинальную геометрию дорожек, критически важную информацию о каналах, архитектуру переходных отверстий и объем производства. Highleap сможет сопоставить концептуальную конструкцию с имеющимися сердечниками и препрегами FR408HR и определить размеры, требующие письменного согласования до утверждения компоновки или изготовления оснастки.

Приложите утвержденную конструкцию из стали FR408HR к коммерческому предложению производителя.