Vermindering van Crosstalk en Impedance Discontinuities in HDI printplaat ontwerp

High Density Interconnect, of HDI, is het antwoord op de dubbele vraag naar hogere functionaliteit in kleinere apparaten. Maar HDI roept zijn eigen problemen op, in het bijzonder met signaalintegriteit, waarvan we twee in ons artikel voor vandaag zullen onderzoeken: crosstalk en impedantie discontinuiteiten.

Crosstalk

In moderne HDI-printplaat layouts, crosstalk management is een primaire ontwerpfocus. Ontwerpers benadrukken dat HDI-printplaat routing vereist strikte naleving van afstandsregels. Crosstalk is een probleem dat ontstaat wanneer elektromagnetische velden die worden gegenereerd door een spoor interfereren met een ander spoor, waardoor signaalhelderheid wordt verminderd, wat resulteert in lawaai en soms in timingfouten. De fijne lijnen en hun smalle afstand die definiëren HDI-printplaat Structuur is ook precies wat deze problemen verhoogt. In moderne HDI-printplaat layouts, crosstalk management is een primaire ontwerpfocus.

Een hoge frequentie, bijvoorbeeld in een 5G-module, verergert crosstalks, waardoor zelfs kleine interferentie het gegevensoverdrachtproces kan vervormen en grote foutpercentages kan verhogen. Vergeet niet om deze situaties te vermijden die onvermijdelijk aanleiding geven tot crosstalk: lange parallelle routing van hogesnelheidssignalen, onvoldoende afstand in fijne opzet en gebrek aan goede isolatie tussen differentiële paren.

Impedantie Discontinuiteiten

Ingenieurs die werken met HDI-printplaten Deze discontinuiteiten moeten zorgvuldig worden geminimaliseerd. Gecontroleerde impedantie is een voorwaarde voor het voorspelbaar reizen van signalen door een transmissielijn. In HDI-printplaat layouts, discontinuiteiten optreden wanneer abrupte veranderingen in geometrische of materiaaleigenschappen signaalreflectie veroorzaken.

- Plotselinge veranderingen in de diameters van microvias en gestapelde vias kunnen gelokaliseerde impedantie mismatches veroorzaken

- Kleine afwijkingen van sporbreedte en afstand veroorzaken versterkte fouten bij hogere frequenties

- Inconsistenties met diëlektrische dikte, en verschuivingen zelfs op het micronniveau kunnen de stabiliteit van de impedantie beïnvloeden

- Veranderingen in de diëlektrische constante of verliesfactor kunnen ook berekeningen skew

Onaangepakt manifesteren deze discontinuiteiten zich als reflecties, invoegingsverlies en vervormde oogdiagrammen.

Stack-up strategieën

Een goed geplande HDI-printplaat stack-up helpt zowel signaalverlies als warpage te verminderen. Een goede stack-up streeft naar een evenwicht tussen elektrische prestaties en vervaardigbaarheid:

- Behoud een consistente diëlektrische dikte om de impedantie te stabiliseren

- Vermijd asymmetrische kopergewichten die vervorming kunnen veroorzaken en impedantie kunnen vervormen

- Opbouwen van lagen met hars gecoate koperen films om fijne pitch interconnecten te creëren

- Plaats deze grond- en krachtvliegtuigen met strategie, om gevoeligere signalen te beschermen en om elektromagnetische interferentie te verminderen.

Symmetrische stapels worden vaak aanbevolen voor geavanceerde verpakkingen voor de betere mechanische betrouwbaarheid die ze bieden en die schraaiing kan verminderen.

Trace Routing Richtlijnen

Deze routing regels zijn vooral belangrijk in dichte HDI-printplaat ontwerpen.

- De gewijde industrie-brede praktijk is om altijd te doen trace afstand van drie keer de lijnbreedte voor standaard signalen, en vijf keer voor kritische signalen. Dit staat ook bekend als de 3W regel en de 5W regel.

- Strakke koppeling binnen differentiële paren kan geluidsimmuniteit garanderen, maar het is niet minder belangrijk om voldoende afstand van naburige signalen te handhaven

- Op aangrenzende lagen, oriënteren signalen rechtop elkaar in wat bekend staat als orthogonale routing. Dit is voor het verminderen van brede koppeling

- Geaarde beveiligingssporen tussen hogesnelheidssignalen kunnen ook de koppeling in dichte routinggebieden verminderen

Via Ontwerp

Optimaliseren van vias in HDI-printplaten vermindert de inductancie en verhoogt de algehele betrouwbaarheid. Robuuste via ontwerppraktijken zijn cruciaal bij productie HDI-printplaten voor telecom- en ruimtevaartotoepassingen. HDI-printplaten zijn zwaar op microvias en via-in-pad ontwerpen, die zorgvuldige optimalisatie vereisen, omdat vias zelf een bron zijn van impedantie discontinuiteiten:

- Verwijder ongebruikte stubbels door achterboor om reflecties in door-gat vias te verminderen

- Gebruik met hars gevulde vias om de betrouwbaarheid te verbeteren en vlakke oppervlakken voor de montage van componenten te verzekeren

- Versterk uw gestapelde microvias wanneer ze dicht zijn, opnieuw om de betrouwbaarheid te verbeteren

- Gebruik via-in-pad plated over of VIPPO , om de inductancie te verminderen en signaalpaden te verkorten, om de prestaties onder hogere frequenties te verbeteren

Materiaal

Het selecteren van geavanceerde materialen is essentieel voor stabiele HDI-printplaat prestaties. Deze keuze van materiaal bepaalt hoe goed een HDI-printplaat presteert onder stress. Wij vinden de standaard FR-4 onvoldoende voor de hoge snelheden van HDI-printplaat vanwege het hogere diëlektrische verlies, waarover wij deze materialen aanbevelen:

- Laag-Dk en laag-Df laminaten kunnen stabiele impedantie verstrekken en ook signaalverlies verminderen

- Polyimide systemen bieden hoge thermische stabiliteit, zeer waardevol voor luchtvaart en defensie toepassingen

- Lijfloze laminaten kunnen ook de variabiliteit in diëlektrische dikte minimaliseren en dus de consistentie verbeteren

- Geavanceerde harssystemen zijn ook geweldig voor toepassingen waar vochtabsorptie een probleem zal zijn

Simulaties

Simulatietools maken het mogelijk om te anticiperen HDI-printplaat problemen vóór de productie. Profiteer van de vele simulatietools die pas zoveel jaren eerder niet beschikbaar waren, waarmee u problemen kunt anticiperen voordat u verder gaat met de volgende stap

- Signaal Integriteit, of SI simulaties kunnen u helpen voorspellen crosstalk en impedantie mismatches

- Time Domain Reflectometry, of TDR, kan exacte impedantieprofielen verstrekken en discontinuiteiten detecteren

- Analyse van het oogdiagram kan de cumulatieve effecten van crosstalk, jitter, reflecties en andere acties onthullen

Maak gebruik van deze simulatietools voor de fabricage en combineer vervolgens hun resultaten met tests op monsters om uw product voor te bereiden op elke denkbare combinatie van omstandigheden.

Ontwerpen voor productiebaarheid

Consistente communicatie met fabrikanten zorgt voor HDI-printplaten voldoen aan zowel kosten- als prestatiedoelstellingen.

• Vergeet niet met uw fabrikant uw eisen voor minimale sporen en minimale ruimte te bevestigen
• Houd uw microvia aspect verhoudingen binnen grenzen om plating leegte te voorkomen
• Dichte lay-outs zullen onvermijdelijk de opbrengsten verminderen als toleranties niet realistisch waren

Vooruit kijken, HDI-printplaten zal een kernenabler blijven van miniaturisatie en high-speed functionaliteit. HDI-printplaten zijn de unieke oplossing voor de kleinere en kleinere apparaten die onze tijd vereist, maar hun signalen zijn prooi van de dubbele dreiging van crosstalk Impedance Discontinuities. Maar deze problemen kunnen worden beheerst met een goed ontwerp, en u kunt altijd verwijzen naar de bovenstaande richtlijnen om uw project veilig te houden.