对高速访问互联网和社交网络要求手持设备高集成和小型化。目前靠最先进的4-N-4的HDI技术。但为了下一代新技术,实现更高的互连密度,在这个领域, 埋入无源甚至于有源的零件进入PCB和基板中可满足以上要求。当你设计手机,数码相机等消费类电子产品,考虑如何将无源和有源的零件埋入PCB和基板是当 前设计的最好选择。这种方法可能因为你采用不同的供应商略有不同。埋入零件的另外一个好处,该技术提供对知识产权保护,防止所谓的逆向设计。 Allegro PCB Editor可以提供最好的工业级解决方案。Allegro PCB Editor还可以同HDI板,柔板和埋入式零件更加紧密的合作。你可以得到正确的参数和约束对完成埋入式零件的设计。埋入器件的设计不仅可以简化后面 SMT的工艺,同时对产品表明的整洁度都有很大的提高。
埋阻又称埋电阻或者薄膜电阻,是将特殊的电阻材料压合在绝缘基材上,然后通过印刷,蚀刻等工艺,得到所需电阻值,然后与其他PCB板层一起压合,形成平面电阻层。常见的有PTFE埋电阻多层印制板制造技术,可以达到所需的电阻精度。
埋电容则是利用具有较高电容密度的材料,同时减少层间的距离,来形成一个足够大的平板间电容,来起到电源供电系统的去耦和滤波作用,从而减少板子上所需的 分立电容,并且能达到更好的高频滤波特性。埋容由于其寄生电感非常小,其谐振频率点会比普通电容或者低ESL电容效果都好。
由于工艺和技术的成熟,以及高速设计对于电源供电系统的需要,埋容的技术应用越来越多,使用埋容技术,我们首先得计算平板电容的大小,公式如下:
其中:
经过计算,3M的C-ply埋容材料,在每平方英寸的面积上,能实现6.42nF的平板间电容量。
同时,还需要使用PI仿真工具进行PDN目标阻抗的仿真,从而确定单板的电容设计方案,避免埋容和分立电容的冗余设计。图七是一个埋容设计的PI仿真结 果,只考虑板间电容的效果,没有加入分立电容的效应。能看到只是增加埋容,整个电源阻抗曲线性能得到很大提升,尤其是500MHZ以上,是板级分立滤波电 容很难起作用的频段,平板电容能有效降低电源阻抗。
基于篇幅的关系,埋入式器件的设计方式就不做详细介绍了,大家可以参考一博科技和Cadence合作出版的《Cadence印制电路板设计—Allegro PCB Editor设计指南》一书。
高速串行总线技术的发展,信号传输速率继续提升,过孔寄生参数带来的影响也越来越被重视。高速仿真工程师关注过孔优化,通过各种手段来减小过孔寄生参数带 来的影响。HDI由于采用盘中孔的设计要求,可以减少表层器件的寄生参数。同时,微孔的电感和电容大约只是一个标准过孔的十分之一左右。图九是能在很多资 料上找到的过孔电感和电容,这是根据以下两个计算公式得到的。
然后通过TDR的公式可以看到过孔的阻抗和回损曲线是密切相关的,S11在全频段的仿真精度,也决定了通过软件仿真看TDR曲线来研究阻抗的准确性,如图十一所示:
TDRZ(t) = Zref*(1+IFFT(S11*input)) / (1-IFFT(S11*input))
微孔的阻抗可以比较容易优化到差分线的100欧姆阻抗值,这样就减少了过孔引起的阻抗不连续带来的高速问题。
从以上分析可以看出,微孔的高速性能远远优于普通机械孔,并且没有Stub的问题,机械孔就算是采用背钻工艺,也不可避免的要出现一定长度的Stub。而这个Stub,往往是影响高速电路性能的致命杀手。
有如果关心微孔的过电流能力,需要的时候可采用微孔填铜来提高载流能力。
Cadence的SPB16.X平台提供了出色的小型化设计能力,在HDI多阶过孔设计,任意阶过孔设计,埋入式器件设计以及基于PDN的埋容仿真分析等 领域都提供了出色的支持。全面基于HDI进行优化更新的约束管理器,帮助工程师实现在小型化设计领域的约束驱动布局布线,提升设计效率和保证设计成功率。
基于Cadence强大的平台和自身HDI设计上丰富的经验,同时结合自有板厂以及合作伙伴在国内领先的HDI加工能力,一博科技可以提供全方位的小型化设计、仿真、生产、贴片、组装等一站式服务,全面实现客户在小型化领域的各类需求,更多资讯请参见:www.edadoc.com。
一博科技和Cadence合作,强强联手,推出《Cadence印刷电路板设计 – Allegro PCB Editor设计指南》一书,书中也专题介绍了小型化设计的技术,欢迎大家参考交流。
[1] 《Cadence印刷电路板设计 – Allegro PCB Editor设计指南》
[2] 《High-Speed Digital Design – A Handbook of Black Magic》
本文引用了《Cadence印刷电路板设计 – Allegro PCB Editor设计指南》王辉负责的小型化章节,同时仿真部分和Cadence 钟章明做了很多交流,在此表示感谢!
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