Yüksek Hızlı Ağ Donanımı için Ethernet Anahtarı PCB Üretimi

Bir Ethernet anahtar PCB'si, çeşitli elektriksel alanlar için bir üretim platformudur: anahtarlama cihazı veya işlemci, Ethernet PHY'leri, bellek, saatleme, güç dönüştürme, yönetim devreleri ve bakır veya optik port arayüzleri. Kart, yalnızca birkaç bakır portu destekleyebilir veya birçok portu SFP/SFP+/diğer takılabilir arayüzlerle birleştirebilir. Elektriksel gereksinimler mimari ve veri hızıyla değiştiğinden, kullanışlı bir üretim planı, genel bir "ağ anahtar PCB'si" spesifikasyonundan değil, gerçek şemadan, katman yapısından, kanal kısıtlamalarından ve montaj malzeme listesinden başlar. Highleap Electronics, kontrollü empedanslı çok katmanlı kartlar, yoğun montaj ve üretim odaklı mühendislik incelemesi de dahil olmak üzere ağ donanımı için yüksek hızlı iletişim PCB üretimi ve anahtar teslimi PCBA desteği sağlar.

1. Genel bir "Ethernet PCB" spesifikasyonundan değil, anahtarlama mimarisinden başlayın.

Aynı ürün kategorisi, çok farklı PCB zorlukları içerebilir. Kompakt, yönetilmeyen bir switch, yüksek düzeyde entegre edilmiş bir switch/PHY aygıtı ve birkaç manyetik modül kullanabilir. Yönetilen bir platform ise ayrı bir CPU, DDR bellek, flash bellek, birden fazla PHY, SFP yuvaları, yedek güç kaynağı, konsol portları ve büyük bir switch ASIC'i ekleyebilir.

1.1 Stackup Sürümünden Önce Her Yüksek Hızlı Arayüzü Belirleyin

Tasarım ekibi, elektriksel davranışları kontrollü geometriye bağlı olan arayüzleri işaretlemelidir. Bunlar arasında PHY-manyetik diferansiyel çiftleri, bir anahtar ASIC'i ile PHY'ler arasındaki seri arayüzler, yüksek hızlı bellek veri yolları, saat hatları, daha karmaşık platformlardaki PCIe veya diğer ana bilgisayar arayüzleri ve optik modüllere yüksek hızlı bağlantılar yer alabilir.

Her ağın empedans kontrolüne ihtiyacı yoktur. Her rotayı "yüksek hızlı" olarak ele almak, performansı artırmadan maliyeti yükseltir. İmalat çiziminde, empedans kontrolüne gerçekten ihtiyaç duyan yapılar ve her biri için beklenen tolerans belirtilmelidir.

1.2 Bakır Bağlantı Noktaları ve Optik Bağlantı Noktaları Farklı Yerleşim Kısıtlamaları Oluşturur

Bakır Ethernet portları manyetikler ve harici konektörler üzerinden yönlendirilir. Takılabilir optik/elektrik modülleri yüksek hızlı seri kanallar, kafes mekaniği, konektör başlatma geometrisi ve daha uzun, kayba duyarlı yollar içerebilir. Her ikisi de mevcutsa, kartın farklı bölgelerinde farklı yönlendirme kurallarına ihtiyaç duyulabilir.

1.3 Port Sayısı, Kart Boyutundan Daha Fazlasını Sağlar

Port sayısı arttıkça, tasarım daha fazla PHY kanalı, güç rayı, saat dağıtımı, G/Ç konektörü, termal yayılım ve yoğun kaçış yönlendirmesi gerektirebilir. Bu durum, tasarımı daha yüksek katman sayısına veya HDI PCB özelliklerine doğru itebilir. Üretim hedefi, karmaşıklığı yalnızca yönlendirme veya sinyal bütünlüğü kısıtlamasını çözdüğü yerlerde artırmaktır.

2. Anahtar-Fizik ve Port Tarafı Yönlendirmesi için PCB Katman Yapısı ve Kontrollü Empedans

Katman yapısı, Ethernet anahtarlarının performansını önemli ölçüde değiştirebilecek en erken üretim kararlarından biridir. Dielektrik kalınlığı, bakır kalınlığı, reçine içeriği, cam stili, referans düzlemi yerleşimi ve son iz geometrisi, empedansı ve kayıpları etkiler.

2.1 Referans Düzlemleri Etrafında Katman Dizisini Oluşturma

Yüksek hızlı katmanlarda, kontrollü mesafelerde yerleştirilmiş sürekli referans düzlemleri bulunmalıdır. Bu, yerleşim ekibine öngörülebilir empedans ve kısa geri dönüş akımı yolları sağlar. Güç ve topraklama katmanlarının yerleşimi ayrıca güç dağıtım empedansını ve yönlendirme katmanları arasındaki çapraz etkileşimi de etkiler.

Üretim için, onaylanmış PCB katman yapısı spesifikasyonunda laminat ailesi, çekirdek/prepreg yapısı, bakır ağırlıkları, bitmiş kalınlık ve kontrollü empedans katmanları belirtilmelidir. Tedarikçi eşdeğer bir dielektrik yapı önerirse, değişiklik piyasaya sürülmeden önce elektriksel olarak incelenmelidir.

2.2 Her Ethernet Anahtarı PCB'sinin Düşük Kayıplı Malzemeye İhtiyacı Var mı?

Hayır. İyi tasarlanmış FR-4 sistemleri, kayıp bütçesi ve yapısı izin verdiğinde birçok Ethernet anahtarlama kanalı için uygundur. Kenar hızı, kanal uzunluğu, konektör çıkışları, seri veri hızı veya ekleme kaybı marjı standart malzemeyi yetersiz kıldığında daha düşük kayıplı laminatlar kullanışlı hale gelir. Doğru karar kanal bütçesinden gelir; yüksek hızlı PCB malzeme seçim kılavuzumuz, bir laminat markasını performans garantisi olarak ele almak yerine karşılaştırılması gereken üretim değişkenlerini açıklamaktadır.

Highleap, yüksek hızlı PCB üretiminde kullanılan standart ve düşük kayıplı malzeme aileleriyle çalışır . Malzeme ikameleri, Dk, Df, kalınlık bulunabilirliği, bakır profili, termal davranış ve laminasyon uyumluluğu açısından değerlendirilmelidir.

2.3 Empedans Numuneleri Üretilen Yapıyı Doğrular

Kontrollü empedans gerektiğinde , test numuneleri üretim paneline yerleştirilebilir ve imalat sonrasında ölçülebilir. Bir numune, üretilen katman yapısını ve geometrisini doğrular; monte edilmiş sistemdeki uçtan uca kanal doğrulamasının yerini almaz. Test gereksinimi, hedef, tolerans, referans katman ve numune yapıları sipariş dokümanının bir parçası olmalıdır.

3. Gigabit ve Çoklu Gigabit Anahtarlama Donanımında Via Yapıları, Konnektörler ve Kayıp Bütçesi

Sinyal kenar hızları ve kanal frekansları arttıkça süreksizlikler giderek daha önemli hale gelir. Via'lar, konektör çıkışları, kısa devreler, katman geçişleri ve referans düzlemi değişiklikleri parazitik etkiler ekler.

3.1 Ethernet anahtar PCB'lerinin her zaman arka taraftan delinmesi gerekir mi?

Hayır. Kanal bütçesi izin verdiğinde standart kaplamalı geçiş deliği tamamen kabul edilebilir olabilir. Kullanılmayan geçiş deliği uçları veya yönlendirme yoğunluğu, ek işlemi haklı çıkaracak kadar önemli hale geldiğinde PCB arka delme , kör geçiş delikleri veya mikro geçiş delikleri kullanılır. Üretici, Gerber dosyalarından niyet çıkarımı yapmak yerine, kontrollü derinlikte delme tablosunu veya HDI üretim dizisini almalıdır.

3.2 Bağlantı Noktası Başlatma Geometrisi Tutarlı Kalmalıdır

RJ45 manyetik konektörler, karttan karta konektörler, ara katman konektörleri ve takılabilir modül soketleri, yapılar arasında bir geçiş oluşturur. Ped boyutu, antipad geometrisi, referans-via yerleşimi ve bağlantı yolu yönlendirmesi, yerel empedansı belirleyebilir. Bu çıkış noktalarının yakınındaki üretim CAM değişiklikleri en aza indirilmeli ve gerektiğinde gözden geçirilmelidir.

3.3 Kafesler ve Bağlantı Elemanları Çevresindeki Mekanik Toleransları Göz Ardı Etmeyin

SFP ailesi kafesleri, üst üste dizilmiş RJ45 konektörleri, LED'ler, ışık kanalları ve kasa kesimleri sıkı mekanik ilişkiler oluşturur. Kart dış hat toleransı, konektör konumu, montaj deliği konumu ve lehim bağlantı yerleşimi nihai uyumu etkileyebilir. 3B model veya mekanik çizim, montajcının üretimden önce olası girişimleri belirlemesine yardımcı olur.

4. Ethernet Anahtarlama Kartlarında Güç Dağıtımı, Saat Sinyalleri ve Geri Dönüş Yolu Kontrolü

Sinyal yoluna genellikle çok dikkat edilir, ancak birçok anahtar arızası güç bütünlüğü, saat kalitesi veya geri dönüş yolu sorunlarıyla başlar.

4.1 Anahtarlama Cihazları Genellikle Birden Fazla Düşük Voltajlı Raya İhtiyaç Duyar

Anahtarlama ASIC'leri ve işlemciler ayrı çekirdek, G/Ç, bellek, analog ve SerDes beslemeleri kullanabilir. Regülatör topolojisi ve sırası cihaza özgüdür. PCB üzerinde, geniş güç düzlemleri, yerel ayırma, via yerleşimi ve düşük empedanslı bağlantılar, güç dağıtım ağının amaçlandığı gibi davranmasına yardımcı olur.

4.2 Saat Yönlendirmesi Elektriksel Bir Arayüz Olarak Ele Alınmalıdır

PHY'ler veya anahtarlama cihazları için referans osilatörler ve saatler gürültüye ve geri dönüş süreksizliklerine karşı hassas olabilir. Üretici, koruma/izin yapılarını korumalı ve onaylanmadığı sürece bu devreler etrafındaki bağlantı noktalarını veya referans bakırı hareket ettirmekten kaçınmalıdır.

4.3 Dönüş Yolu Süreksizlikleri, İz Uzunluğu Farklarından Daha Kötü Olabilir

Bölünmüş bir düzlemi geçen veya yeterli birleştirme yapılmadan referans değiştiren diferansiyel bir çift, ortak mod gürültüsü ve EMI'ye neden olabilir. Bu, yerleşim planı yayınlandıktan sonra imalatla düzeltilemez. Pratik bir DFM incelemesi, düzlem kırılmalarını, üretilebilirlik sorunlarını ve geçiş kısıtlamalarını belirleyebilirken, nihai sinyal bütünlüğü doğrulaması donanım tasarım sürecinin bir parçası olarak kalır.

5. Anahtar ASIC'leri, PHY'ler, Manyetikler, RJ45 ve Takılabilir Arayüzler için PCB Montajı

Ethernet anahtarı PCBA'sı genellikle karma teknolojili bir yapıya sahiptir. İnce aralıklı BGA montajı , QFN'ler, kristaller, güç indüktörleri, büyük RJ45 konektörleri, geçmeli veya delikli parçalar ve metal kafeslerin yanında yer alabilir.

5.1 BGA ve QFN Montajı Pakete Özgü Proses Kontrolü Gerektirir

Şablon tasarımı, macun hacmi, yeniden akış profili, kart desteği ve paket nem yönetimi, bağlantı kalitesini etkiler. BGA veya QFN termal pedlerin altındaki via-in-pad'lerin, açık via'ların lehim emmesini önleyecek şekilde doğru dolum/kapatma özelliklerine sahip olması gerekir. X-ışını, gizli bağlantılar ve termal ped boşluklarının değerlendirilmesi için faydalıdır çünkü bu özellikler AOI ile tam olarak değerlendirilemez.

5.2 Manyetik ve Ethernet Konnektörlerinin Kontrollü Değiştirilmesi Gerekir

Mekanik olarak benzer görünen iki RJ45 konektörü, farklı entegre manyetikler, LED pin düzenleri, orta bağlantı düzenlemeleri, koruma yapısı veya PoE özelliği kullanabilir. Benzer şekilde, ayrı manyetik modüllerin de tasarımla eşleşmesi gereken elektriksel özelliklere sahip olması gerekir. Bu nedenle, malzeme listesindeki değişikliklerin yalnızca boyut farkına göre değil, mühendislik departmanı tarafından onaylanması gerekir.

5.3 Büyük Konnektörler Lehimleme Yolunu Etkiler

Konektör tasarımına ve devre kartı karışımına bağlı olarak, delikli parçalar SMT'den sonra dalga lehimleme, seçici lehimleme veya manuel lehimleme ile lehimlenebilir. Isı yalıtımı, delik boyutu, bakır bağlantı ve komşu bileşenlerin etrafındaki temassızlık, seçilen işlemle uyumlu olmalıdır. Highleap'in SMT PCB montaj hizmeti, komple anahtar PCB'leri için delikli montaj ile entegre edilebilir.

6. Ethernet Anahtarı PCB'leri için Muayene ve Fonksiyonel Test Stratejisi

İyi bir test planı, üretim hatalarını sistem düzeyindeki Ethernet performansından ayırır.

6.1 Ham Levha

Üretilen devre kartları için %100 elektriksel süreklilik/izolasyon testi normal bir başlangıç ​​noktasıdır. Kontrollü empedans belirtildiğinde empedans numuneleri eklenir. Boyut, lehim maskesi, yüzey işlemi, delme ve görsel inceleme, fiziksel kartın yayınlanan gereksinimlere uygun olduğunu doğrular.

6.2 Montaj Denetimi

SPI, yerleştirmeden önce lehim macunu birikimini kontrol edebilir. AOI, bileşen varlığını, polaritesini, hizalamasını ve görünür lehim bağlantılarını kontrol eder. BGA, LGA, QFN veya diğer gizli lehim arayüzleri için X-ışını incelemesi eklenir. Bu yöntemler birbirini tamamlar; hiçbiri tek başına bir Ethernet portunun doğru çalıştığını kanıtlamaz.

6.3 Ethernet Anahtarı PCBA Fonksiyonel Testi Neleri Kapsamalıdır?

Fonksiyonel testler, güç rayları, akım tüketimi, önyükleme sırası, programlama, yönetim arayüzü, port bağlantısı, geri döngü veya trafik testi, LED çalışması ve uygun olduğu durumlarda optik modül tanıma işlemlerini içerebilir. Test derinliği, proje için sağlanan veya birlikte geliştirilen fikstüre ve yazılıma bağlıdır. PCB/PCBA incelemesi, bitmiş anahtarın IEEE 802.3 birlikte çalışabilirliği, EMC, güvenlik veya düzenleyici yeterliliğinin yerini almaz.

7. Mühendislik Paketi Kontrol Listesi: Prototip Ethernet Anahtarı PCB'sinden Üretime

Doğru fiyat teklifi ve kontrollü üretim onayı için şunları ekleyin:

• Gerber/ODB++ veri ve sondaj dosyaları
• Levha ölçüleri, toleranslar ve özel işlemler içeren imalat çizimi.
• Onaylanmış katmanlama ve malzeme gereksinimleri
• Hedef, tolerans ve referans katmanı içeren kontrollü empedans listesi
• Onaylı üretici parça numaraları ve alternatif politika içeren malzeme listesi (BOM).
• Yerleştirme verileri ve montaj çizimleri
• Kritik arayüzler için konektör/kafes mekanik detayları
• Programlama dosyaları ve talimatlar
• Fonksiyonel test prosedürü, yazılım, test ekipmanları ve geçme/kalma limitleri
• Prototip, pilot ve seri üretim miktarları ile izlenebilirlik gereksinimleri

Aşamalı bir PCB prototip üretimi, üretim veri seti kesinleşmeden önce katman yapısını, mekanik uyumu, montaj sürecini, termal davranışı ve test yöntemini doğrulamak için faydalıdır. Highleap Electronics, ekibiniz tarafından tanımlanan kaynak ve test kapsamına göre yalnızca üretim, emanet montaj veya anahtar teslimi PCB montajı desteği sağlayabilir. İlgili anahtar mimarisi ve doğrulama konuları için, anahtar PCB genel bakışımıza ve ağ anahtarı PCB güvenilirlik test kılavuzumuza bakın.