從板材到加工,差分阻抗該如何管控?

來源:一博科技 時間:2020-2-17 類別:微信自媒體

公眾號 | 高速先生
作者 | 黃剛 (一博科技高速先生團隊隊員)


近期會發布關于美國通信行業的“奧斯卡”,也就是DesignCon2020論壇的文章解讀,希望能幫助大家了解更多關于PCB方面的技術方向哈。
 
今年的春節讓人記憶深刻,相信大部分的同行都還宅在家里,網上很多朋友們都在調侃著沒想到這輩子在退休前還能過個寒假,其實高速先生也知道大家多少有點百無聊賴,急需充電,隨著DesignCon2020論壇如期在美國舉行,也同步的發布了一批關于研究相關行業的發展方向的技術文章。高速先生將會給大家做最及時的解讀,并以我們的視角來加以分析,以便大家能更好的理解作者的思路和想法,希望能對廣大粉絲們有所幫助。國際慣例,我們會首先解讀一批與PCB設計強相關的文章哈。

 
今天給大家帶來的是以下這篇文章,題目的翻譯就是對PCB材料參數的優化以及找出影響差分帶狀線的幾個加工因素的權衡。
高速先生其實也比較透徹的研究過這個方向,本篇文章的思路是首先進行仿真和測試對比,然后通過得到的阻抗和損耗結果來分離出幾個影響的參數,從而對他們在一定范圍內的加工因素波動的情況下,看看每個加工因素對總體結果影響所占的比重,從而更精確和有方向性的對PCB加工進行管控。

當然首先要做的就是得到一個高精度的測試結果了,也就是在測試中進行去嵌,高速先生之前的文章有寫過為什么要去嵌,這里就不再重復了哈。本文章進行了兩種去嵌方式的對比,分別是Delta-L和AFR。Delta-L是一種很快速很快速的去嵌方式,能通過簡單的加減的方式得到DUT的損耗,例如5inch的線減去3inch的線就能得到2inch的結果。方法雖然快速簡單,卻是以犧牲精度為代價,例如回損的去嵌,模態轉換的情況等,都是Delta-L去嵌很難精確完成的。
業界現在公認比較好的兩個去嵌方式之一的AFR其實能夠很好的兼顧精度和效率(另外一種是更復雜的TRL校準)。AFR會涉及到時域和頻域的轉換校準,因此能去嵌得到更多精度的指標。當然本文要得到的是DUT結果是單純的差分帶狀線。下面是去嵌前后的fixture和DUT的幾個參數對比結果。
接著,文章的作者進行了仿真和通過簡單的RLGC模型擬合的結果,用于后面和測試結果進行對比,從而分離出DK,DF等參數。這里面用來擬合最重要的模型是下圖的K參數,主要是對表面粗糙度的擬合公式,是一個數字的模型。另外還把DF這個參數作為擬合的一部分導入進去。
當然參數足夠多之后,是能夠做到以下精度的,下圖是仿真和RLGC擬合模型的對比結果。
緊接著,作者又給出了如何分離不同參數的步驟,主要步驟是首先通過相位分離DK,然后通過不同的迭代把DF和粗糙度分離開來。
 
文章主要進行了以下3類情況的對比,分別是不同玻纖布,不同樹脂含量以及RTF和HVLP銅箔之間這三種情況的對比,當然,肯定是做在同一個層疊下面的。
得到的結論大概如下:不同的玻纖布的DK和DF不盡相同,另外樹脂含量(RC值)也會影響DF,不用說,RTF和HVLP這兩種不同的粗糙度的銅箔當然會影響損耗了。作者通過大量的樣品找到比較了穩定的規律,把不同情況下的影響都量化出來了。
文章也通過對加工完的樣品進行分析(估計是進行了切片的分析),得到了不同加工因素對PCB參數的波動情況,如下所示:
根據上面大量的分析樣品,給不同的加工因素做了一個波動的范圍制定(例如線寬10%波動,介質厚度10%波動),然后去通過各自組合的方式來得到阻抗和損耗隨著加工因素的變化。
 
從而得到了可能是本文中高速先生覺得最重要的一個表格了,也就是,到底哪個加工因素對阻抗和損耗結果的影響更大?結論是:線寬對阻抗的影響最大,占到了66%,而DF值影響損耗的比例也超過了50%。
 
這樣我們就可以對板廠的加工作更加細致的約束,例如把線寬約束得更緊,對介質厚度可以適當的放松。當然高速先生認為約束是最好在不怎么增加成本和工序的情況下才更有意義。
 
最后,通過測試對比,優化約束之后的樣品阻抗和損耗都比之前有了更好更穩定的表現。



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