Redução de discontinuidades de intercomunicação e impedância no HDI projeto de placa de circuito impresso

A interconexão de alta densidade, ou HDI, tem sido a resposta à dupla demanda de funcionalidade superior em dispositivos menores. Mas o HDI levanta seus próprios problemas, especificamente com a integridade do sinal, dos quais exploraremos dois em nosso artigo para hoje: discontinuidades de crosstalk e impedância.

Crosstalk

Em moderno HDI PCB layouts, gerenciamento de crosstalk é um foco de design primário. Os designers enfatizam que HDI PCB O roteamento requer a estrita adesão às regras de espaçamento. Crosstalk é um problema que surge quando os campos eletromagnéticos gerados por um rastro interferem com outro rastro, reduzindo a clareza do sinal, resultando em ruído e, às vezes, em erros de temporização. As linhas finas e seu espaço estreito que definem HDI PCB estruturas também são precisamente o que aumenta esses problemas. Em moderno HDI PCB layouts, gerenciamento de crosstalk é um foco de design primário.

Uma alta frequência, em um módulo 5G, por exemplo, piora as conversas cruzadas, pelo que mesmo pequenas interferências podem distorcer o processo de transferência de dados e aumentar grandes taxas de erro. Lembre-se de evitar essas situações que inevitavelmente dão origem ao crosstalk: roteamento paralelo longo de sinais de alta velocidade, espaçamento inadequado em layouts de tom fino e falta de isolamento adequado entre pares diferenciais.

Discontinuidades de impedância

Engenheiros que trabalham com HDI PCBs Essas descontinuidades devem ser cuidadosamente minimizadas. Impedância controlada é uma condição para os sinais viajarem previsivelmente através de uma linha de transmissão. Em HDI PCB layouts, descontinuidades ocorrem quando mudanças abruptas de propriedades geométricas ou materiais causam reflexão de sinal.

- Mudanças súbitas nos diâmetros de microvias e vias empilhadas podem causar desconligências de impedância localizadas

- Menores desvios de largura e espaçamento causam erros amplificados em frequências mais altas

Inconsistências com espessura dielétrica e mudanças mesmo no nível de mícron podem afetar a estabilidade da impedância

- Alterações na constante dielétrica ou fator de perda também podem desviar os cálculos

Não abordadas, essas descontinuidades se manifestam como reflexos, perda de inserção e diagramas oculares distorcidos.

Estratégias de Stack-Up

Um bem planejado HDI PCB stack-up ajuda a reduzir a perda de sinal e distorção. Um bom empilhamento procura um equilíbrio entre o desempenho elétrico e a fabricabilidade:

- Mantenha a espessura dielétrica consistente para estabilizar a impedância

- Evite pesos de cobre assimétricos que podem causar deformação e distorcer a impedância

- Construir camadas com filmes de cobre revestidos de resina para criar interconexões finas

Coloque esses planos de terra e energia com estratégia, protegendo sinais mais sensíveis e de modo a reduzir a interferência eletromagnética.

Empilhamentos simétricos são frequentemente recomendados para embalagens avançadas para a melhor confiabilidade mecânica que eles fornecem que pode reduzir o desvio.

Diretrizes de roteamento de rastreamento

Estas regras de roteamento são particularmente importantes em densos HDI PCB desenhos.

A prática consagrada em toda a indústria é sempre fazer um espaçamento de rastreamento de três vezes a largura da linha para sinais padrão e cinco vezes para sinais críticos. Estes também são conhecidos como a regra 3W e a regra 5W.

O acoplamento apertado dentro de pares diferenciais pode garantir a imunidade ao ruído, mas não é menos importante manter um espaçamento adequado dos sinais vizinhos.

Em camadas adjacentes, orientar sinais perpendiculares uns aos outros no que é conhecido como roteamento ortogonal. Isto é com o objetivo de reduzir o acoplamento de lado amplo

- Traças de proteção aterrizadas entre sinais de alta velocidade também podem reduzir o acoplamento em áreas de roteamento densas

Via Design

Otimizar vias em HDI PCBs reduz a indutância e aumenta a confiabilidade geral. Práticas de design robustas são cruciais na fabricação HDI PCBs para aplicações de telecomunicações e aeroespaciais. HDI PCBs são pesados em microvias e via-in-pad designs, que exigem otimização cuidadosa, como vias são em si uma fonte de descontinuidades de impedância:

- Remova os tampões não utilizados por back-perfuração a fim de reduzir os reflexos em vias através do furo

- Use vias cheios de resina para melhorar a confiabilidade e garantir superfícies planas para montagem de componentes

- Reforce seus microvias empilhados quando eles são densos, novamente para melhorar a confiabilidade

- Use Via-in-Pad chapado sobre ou VIPPO , para reduzir a indutância e encurtar os caminhos do sinal, de modo a melhorar o desempenho sob frequências mais altas

Materiais

A escolha de materiais avançados é essencial para a estabilidade HDI PCB desempenho. Essa escolha de materiais determina o quão bem uma HDI PCB atua sob estresse. Nós mesmos achamos o padrão FR-4 insuficiente para as altas velocidades de HDI PCB devido à sua maior perda dielétrica, sobre a qual recomendamos estes materiais:

- Os laminados de baixa Dk e baixa Df podem fornecer impedância estável e também reduzir a perda de sinal

- Sistemas de poliimida oferecem alta estabilidade térmica, muito valiosa para aplicações aeroespaciais e de defesa

- Laminados sem adesivos também podem minimizar a variabilidade na espessura dielétrica e, assim, melhorar a consistência

- Sistemas de resina avançados também são ótimos para aplicações onde a absorção de umidade vai ser um problema

Simulações

Ferramentas de simulação permitem antecipar HDI PCB questões antes da produção. Aproveite as muitas ferramentas de simulação indisponíveis apenas tantos anos antes, pelas quais você pode antecipar problemas antes de passar para o próximo passo

- Integridade do sinal, ou simulações SI podem ajudá-lo a prever discordâncias de crosstalk e impedância

- A Reflectometria de Domínio do Tempo, ou TDR, pode fornecer perfis de impedância exatos e detectar descontinuidades

- Análise do diagrama ocular pode revelar os efeitos cumulativos de crosstalk, jitter, reflexos e outras ações

Aproveite essas ferramentas de simulação antes da fabricação e, em seguida, combine seus resultados com testes realizados em amostras para preparar seu produto para cada combinação de circunstâncias imagináveis.

Projeto para fabricabilidade

Comunicação consistente com os fabricantes garante HDI PCBs cumprir as metas de custo e desempenho.

• Lembre-se de confirmar com o seu fabricante seus requisitos para o mínimo de rastro e espaço mínimo
• Mantenha as proporções de aspecto da microvia dentro dos limites para evitar vazios de chapagem
• Os layouts densos inevitavelmente reduzirão os rendimentos se as tolerâncias não fossem realistas

Olhando para a frente, HDI PCBs permanecerá um facilitador central da miniaturização e da funcionalidade de alta velocidade. HDI PCBs são a solução única para os dispositivos cada vez menores que os nossos tempos exigem, mas seus sinais são presas da dupla ameaça de discontinuidades de impedância de crosstalk. Mas esses problemas podem ser controlados com um bom design, e você sempre pode se referir às diretrizes acima para manter seu projeto seguro.