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从板材到加工,差分阻抗该如何管控?

来源:新萄京娱乐场2959c 时间:2020-2-17 类别:微信自媒体

公众号 | 高速先生
作者 | 黄刚 (新萄京娱乐场2959c 高速先生团队队员)


近期会发布关于美国通信行业的“奥斯卡”,也就是DesignCon2020论坛的文章解读,希望能帮助大家了解更多关于PCB方面的技术方向哈。
 
今年的春节让人记忆深刻,相信大部分的同行都还宅在家里,网上很多朋友们都在调侃着没想到这辈子在退休前还能过个寒假,其实高速先生也知道大家多少有点百无聊赖,急需充电,随着DesignCon2020论坛如期在美国举行,也同步的发布了一批关于研究相关行业的发展方向的技术文章。高速先生将会给大家做最及时的解读,并以我们的视角来加以分析,以便大家能更好的理解作者的思路和想法,希望能对广大粉丝们有所帮助。国际惯例,我们会首先解读一批与PCB设计强相关的文章哈。

 
今天给大家带来的是以下这篇文章,题目的翻译就是对PCB材料参数的优化以及找出影响差分带状线的几个加工因素的权衡。
高速先生其实也比较透彻的研究过这个方向,本篇文章的思路是首先进行仿真和测试对比,然后通过得到的阻抗和损耗结果来分离出几个影响的参数,从而对他们在一定范围内的加工因素波动的情况下,看看每个加工因素对总体结果影响所占的比重,从而更精确和有方向性的对PCB加工进行管控。

当然首先要做的就是得到一个高精度的测试结果了,也就是在测试中进行去嵌,高速先生之前的文章有写过为什么要去嵌,这里就不再重复了哈。本文章进行了两种去嵌方式的对比,分别是Delta-L和AFR。Delta-L是一种很快速很快速的去嵌方式,能通过简单的加减的方式得到DUT的损耗,例如5inch的线减去3inch的线就能得到2inch的结果。方法虽然快速简单,却是以牺牲精度为代价,例如回损的去嵌,模态转换的情况等,都是Delta-L去嵌很难精确完成的。
业界现在公认比较好的两个去嵌方式之一的AFR其实能够很好的兼顾精度和效率(另外一种是更复杂的TRL校准)。AFR会涉及到时域和频域的转换校准,因此能去嵌得到更多精度的指标。当然本文要得到的是DUT结果是单纯的差分带状线。下面是去嵌前后的fixture和DUT的几个参数对比结果。
接着,文章的作者进行了仿真和通过简单的RLGC模型拟合的结果,用于后面和测试结果进行对比,从而分离出DK,DF等参数。这里面用来拟合最重要的模型是下图的K参数,主要是对表面粗糙度的拟合公式,是一个数字的模型。另外还把DF这个参数作为拟合的一部分导入进去。
当然参数足够多之后,是能够做到以下精度的,下图是仿真和RLGC拟合模型的对比结果。
紧接着,作者又给出了如何分离不同参数的步骤,主要步骤是首先通过相位分离DK,然后通过不同的迭代把DF和粗糙度分离开来。
 
文章主要进行了以下3类情况的对比,分别是不同玻纤布,不同树脂含量以及RTF和HVLP铜箔之间这三种情况的对比,当然,肯定是做在同一个层叠下面的。
得到的结论大概如下:不同的玻纤布的DK和DF不尽相同,另外树脂含量(RC值)也会影响DF,不用说,RTF和HVLP这两种不同的粗糙度的铜箔当然会影响损耗了。作者通过大量的样品找到比较了稳定的规律,把不同情况下的影响都量化出来了。
文章也通过对加工完的样品进行分析(估计是进行了切片的分析),得到了不同加工因素对PCB参数的波动情况,如下所示:
根据上面大量的分析样品,给不同的加工因素做了一个波动的范围制定(例如线宽10%波动,介质厚度10%波动),然后去通过各自组合的方式来得到阻抗和损耗随着加工因素的变化。
 
从而得到了可能是本文中高速先生觉得最重要的一个表格了,也就是,到底哪个加工因素对阻抗和损耗结果的影响更大?结论是:线宽对阻抗的影响最大,占到了66%,而DF值影响损耗的比例也超过了50%。
 
这样我们就可以对板厂的加工作更加细致的约束,例如把线宽约束得更紧,对介质厚度可以适当的放松。当然高速先生认为约束是最好在不怎么增加成本和工序的情况下才更有意义。
 
最后,通过测试对比,优化约束之后的样品阻抗和损耗都比之前有了更好更稳定的表现。



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