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叠层设计对信号完整性的影响
叠层设计对信号完整性的影响
信号完整性是高速 PCB 设计中必须从设计概念开始就考虑在内的要素之一。从一开始，信号完整性就贯穿于从设计到电路板制造和最终组装的整个过程。但是，在某些方面，信号完整性并不总是处于设计过程的最前沿，包括PCB 叠层的创建. 本文将研究电路板叠层对整体信号完整性的影响。它还将解决如何根据设计的整体信号完整性要求平衡成本和高效制造。该过程的核心是在工程部门和电路板制造商之间建立“合作伙伴关系”，他们共同努力确保任何 PCB 设计都按设计“可构建”。
叠层设计审查
在深入研究电路板叠层设计的特定方面之前，回顾一下叠层设计的含义以及相对于 SI 考虑因素需要考虑的内容是很有用的。
叠层或叠层图显示了多层 PCB 中层的排列和类型。图 1 是一个堆叠示例。
图 1. 包含所有必要数据的叠加图
除了层的排列之外，叠层图还必须包含铜层和介电层的厚度信息以及有关所用介电类型的信息。需要注意的是，在复杂的多层板的堆叠过程中，必须在每个点上确定层压板、预浸料和铜的确切类型。这些选择都不能留给制造商，在制造时，制造商已经同意产品开发团队指定的内容。
陷阱问题和良好沟通的必要性
当我们在高速 PCB 性能方面突破极限时，信号路径中的损耗成为一个值得关注的因素。如前所述，几年前困扰该行业的玻璃编织引起的歪斜已通过机械铺展玻璃编织成功解决，从而保持均匀的表面。然而，既然我们知道如何控制编织引起的歪斜，最重要的是玻璃样式是制造商无法更改的制造规范的一部分。从表面上看，这似乎不是一个重要的点，但它肯定可以成为如下所述的一个点。
为了公平对待电路板制造商，在过去的 40 年里，产品开发商允许制造商摆弄设计，以便他们建造适合自己的设计。当电路板不复杂，不需要与当今高速设计相关的层数和严格的性能限制时，制造商是否对设计叠层进行更改并不重要。如果这些变化导致电路板更便宜，则尤其如此。这也意味着制造商可以改用与他们现有的材料相匹配的不同材料。如前几篇文章所述，当指定板由FR-4 材料制成时，您可以获得许多不同的板。
为确保您的产品按设计制造，电路板制造商的说明必须包括不允许替换，并且未经事先书面同意，不得更改制造图纸上的任何内容。事实上，以最低成本生产电路板的要求已经被完全按照规定制造电路板的要求所取代。
什么是可建造的？
重要的是要记住，仅仅因为产品可以以某种方式设计，并不意味着它可以构建。举个例子，我们有一堂课，有一个工程师把他的叠层图交给了一群不同的制造商，他们都说他们无法建造电路板。他断定所有制造商都是“愚蠢的”。但是在他的叠层中，他在整个叠层中埋藏了贯穿每一对层的通孔。事实上，董事会在物理上是不可能建造的。
在另一个例子中，我们遇到了一个从制造的角度来看设计得很糟糕的电路板，没有人能够满足可制造性要求。再次，责任归咎于制造商，他们都被贴上愚蠢的标签，因为他们无法制造出无法制造的电路板。
在上述两个例子中，对板制造商的批评都是工程师没有制造板的实际经验的结果。归根结底，仅仅因为您可以在计算机上设计复杂的电路板，并不意味着它可以按照您设计的方式构建。
事实是，制造商对信号完整性一无所知，也不应该期望他们知道。他们所知道的是他们获得特定蚀刻宽度、特定厚度精度和特定电镀精度的能力。
工程师常犯的一个错误是询问制造商可以电镀的孔纵横比。相反，对于电镀，目标应该是使通孔导电，然后确保尺寸适合成功电镀。制造商可能会说他们可以电镀到 14:1 或 16:1。但这只有在手工电镀时才有可能。
现实情况是，如果您想获得可靠的电路板，您永远不应超过 10:1 的纵横比。仔细想想，制造商能够承诺这个数字真是太神奇了。想象一下置于溶液中的面板 - 裸露铜的密度不均匀。此外，电镀电流也不均匀。在特征相距很远的地方，您有非常高的电镀电流和大量电镀。因此，这会导致特别是压配合连接器和引脚数非常高的 BGA 出现问题。
概括
当最低成本主导设计领域时，对电路板叠层的更改和替换不仅是可以接受的，而且是设计人员和制造商的目标，尤其是如果它们能够节省成本的话。今天，创建满足其所有性能要求（包括信号完整性）的可构建设计成为首要关注的问题。性能和可制造性之间的权衡以实现最高水平的成本效益绝对是该过程的一部分。但是，要实现首次制造就正确的电路板，一个关键因素是在工程设计团队和电路板制造商之间建立积极的合作伙伴关系。而且，这个对话在设计的早期阶段就开始是绝对必要的。