กลุ่มอิมพีแดนซ์หลายกลุ่มในการผลิต PCB: ความท้าทายหลักและโซลูชันที่พิสูจน์แล้ว

ในการออกแบบ PCB ที่ทันสมัย เมื่ออิเล็กทรอนิกส์มีความซับซ้อนมากขึ้น คิดถึงอุปกรณ์ 5G อุปกรณ์การแพทย์ และเซ็นเซอร์อุตสาหกรรมกลุ่มเหล่านี้, ซึ่งกําหนดวิธีการเคลื่อนไหวของสัญญาณไฟฟ้าผ่านร่องรอย, รับประกันว่าสัญญาณจะยังคงแข็งแกร่งและไม่ได้รับการรบกวนการบูรณาการกลุ่มอัมพานซ์หลายกลุ่มใน PCB เดียวสร้างความท้าทายพิเศษสําหรับศักยภาพการผลิต, ประสิทธิภาพและคุณภาพ มาดูปัญหาเหล่านี้ ทําไมมันสําคัญ และวิธีการแก้ไขมัน

กลุ่มอัมพาต คืออะไร?
กลุ่มอัมพาตแบ่งประเภทการประพฤติของสัญญาณบน PCB โดยแต่ละกลุ่มมีกฎการออกแบบเฉพาะเจาะจงเพื่อรักษาความสมบูรณ์แบบของสัญญาณ

กลุ่มหลายกลุ่มจําเป็นเพราะ PCB ที่ทันสมัยมักจัดการสัญญาณผสมผสาน เช่น ข้อมูลแบบแอนาล็อกของเซ็นเซอร์ พร้อมกับคําสั่งดิจิตอลของไมโครคอนโทรลเลอร์แต่การผสมผสานนี้ นํามาซึ่งอุปสรรคการผลิตที่สําคัญ.

ความท้าทายของกลุ่มอัดอัดหลายในการผลิต
การบูรณาการหลายกลุ่มอุปสรรค ทําให้ความสามารถในการผลิต PCB มีปัญหากับหลายวิธี ตั้งแต่ความซับซ้อนของการออกแบบจนถึงการควบคุมคุณภาพ

1. ความซับซ้อนของการสะสม
PCB stack-up (การจัดเรียงชั้น) ต้องออกแบบอย่างละเอียดเพื่อรองรับกลุ่ม impedance แต่ละกลุ่มต้องการความกว้างของร่องรอยที่แตกต่างกันและการจัดวางระดับระดับระดับพานมาตรฐานความซับซ้อนนี้นําไปสู่:

a.จํานวนชั้นเพิ่มขึ้น: กลุ่มที่มากขึ้นมักต้องการชั้นเพิ่มเติมเพื่อแยกสัญญาณและป้องกันเสียงข้ามสาย, เพิ่มเวลาการผลิตและต้นทุน
b.ปัญหาความเสมือน: การสะสมแบบไม่เสมือนทําให้เกิดการบิดระหว่างการผสม, โดยเฉพาะกับจํานวนชั้นที่ไม่สมควร. การออกแบบชั้นเท่า ๆ กันลดความเสี่ยงนี้ แต่เพิ่มความซับซ้อน.
c.ความท้าทายในการจัดการด้วยความร้อน: สัญญาณความเร็วสูงสร้างความร้อน ซึ่งต้องการช่องทางความร้อนและวัสดุที่ทนความร้อน

ตัวอย่าง: PCB 12 ชั้นที่มี 3 กลุ่มอุปสรรค (ปลายเดียว, อนุพันธ์, coplanar) ต้องการ 2 หน่วย 3 ชั้นเพิ่มเติมสําหรับระดับพื้นที่พิเศษเพิ่มเวลาการละเมิด 30% เมื่อเทียบกับการออกแบบที่เรียบง่ายกว่า.

2วัสดุและขีดจํากัดความอดทน
อัตราต่อต้านมีความรู้สึกสูงต่อคุณสมบัติของวัสดุและความอดทนในการผลิต ความแตกต่างเล็ก ๆ น้อย ๆ สามารถโยนความสมบูรณ์ของสัญญาณ:

a.Dielectric เสมอ (Dk): วัสดุเช่น FR-4 (Dk ~ 4.2) vs Rogers 4350B (Dk ~ 3.48) มีผลต่อความเร็วสัญญาณ
b. ความแตกต่างของความหนา: การเปลี่ยนแปลงความหนาของ Prepreg (วัสดุเชื่อม) แม้แต่ 5μm สามารถเปลี่ยนแปลงความคับค้านได้ 3 ٪ 5% หากไม่มีสเปคที่เข้มงวด
c.ความเหมือนกันของทองแดง: การเคลือบหรือถักที่ไม่เท่าเทียมกันเปลี่ยนแปลงความต้านทานของร่องรอย, สําคัญสําหรับคู่ความแตกต่างที่ symmetry เป็นกุญแจ

3. ข้อจํากัดทางเดินและความหนาแน่น
แต่ละกลุ่มอัมพานซ์มีกฎความกว้างและระยะทางที่เข้มงวด จํากัดความหนาแน่นขององค์ประกอบที่สามารถวางได้

a.ความต้องการความกว้างของร่องรอย: คู่ความแตกต่าง 50Ω ต้องการความกว้าง ~ 8 มิลลิกรัมที่มีระยะห่าง 6 มิลลิกรัม, ในขณะที่ร่องรอย 75Ω ที่มีปลายเดียวอาจต้องการความกว้าง 12 มิลลิกรัมในการชนกันในพื้นที่แคบ.
b.Crosstalk ความเสี่ยง: สัญญาณจากกลุ่มที่แตกต่างกัน (ตัวอย่างเช่น อานาล็อกและดิจิตอล) ต้องแยกกันด้วยความกว้างของร่องรอย 3 5x เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวน
c. การวางช่องทาง: ช่องทาง (รูที่เชื่อมชั้น) ทําให้ช่องทางการกลับผิดปกติ ซึ่งต้องวางไว้อย่างละเอียด เพื่อหลีกเลี่ยงความไม่ตรงกันของอุปสรรค

4ปัญหาในการทดสอบและตรวจสอบ
การตรวจสอบอุปสรรคในหลายกลุ่มมีความผิดพลาด:

a.ความแตกต่างของ TDR: เครื่องมือ Time Domain Reflectometry (TDR) จะวัดอัตราต่อต้าน แต่เวลาขึ้นที่แตกต่างกัน (100ps VS 50ps) สามารถทําให้การปรับเปลี่ยนการวัด 4%
ขั้นต่ําในการเก็บตัวอย่าง: การทดสอบทุกร่องรอยไม่เป็นไปตามความเป็นจริง ดังนั้นผู้ผลิตจึงใช้ ราคากูปองการทดสอบ (ตัวสําเนาขนาดเล็ก) การออกแบบราคากูปองที่ไม่ดีจะส่งผลให้ไม่แม่นยํา
c. ความแตกต่างจากชั้นต่อชั้น: ความขัดแย้งสามารถเปลี่ยนระหว่างชั้นภายในและชั้นนอกเนื่องจากความแตกต่างในการถัก ทําให้การตัดสินใจผ่าน / ล้มเหลวยากขึ้น

การแก้ไขเพื่อเพิ่มศักยภาพการผลิต
การเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ ต้องการการผสมผสานวินัยการออกแบบ วิทยาศาสตร์วัสดุ และความเข้มงวดในการผลิต

1. การจําลองและการวางแผนในช่วงต้น
ใช้เครื่องมือเช่น Ansys SIwave หรือ HyperLynx เพื่อทําแบบกลุ่มอุปสรรคระหว่างการออกแบบ

ซิมูเลอร์การสะสมเพื่อปรับปรุงจํานวนชั้นและการเลือกวัสดุ
วิ่งการวิเคราะห์เสียงข้ามสาย เพื่อระบุความขัดแย้งทางเดิน ก่อนการผลิต
ทดสอบผ่านการออกแบบ เพื่อลดการกระโดดอัดอัด

2การควบคุมวัสดุและกระบวนการอย่างเข้มงวด
ล็อคในสเปควัสดุ: ทํางานกับผู้จําหน่ายสําหรับ prepreg / dielectric กับความละเอียดความหนา < 3%
การผลิตที่ก้าวหน้า: ใช้การเจาะเลเซอร์สําหรับ microvias (ความแม่นยํา ± 1μm) และการตรวจสอบทางออโต้ (AOI) เพื่อจับความผิดพลาดการถัก
ไนโตรเจนเลเมนท์: ลดการออกซิเดชั่น, รับประกันคุณสมบัติ dielectric สม่ําเสมอ

3การออกแบบร่วมกับผู้ผลิต
ลงมือกับผู้ผลิต PCB ของคุณเร็วๆนี้

แบ่งปันตารางอุปสรรครายละเอียด (ความกว้างของร่องรอย, ระยะห่าง, ค่าเป้าหมาย) ในข้อตกลงการผลิต
ใช้ไฟล์มาตรฐาน (IPC-2581, Gerber) เพื่อหลีกเลี่ยงการสื่อสารผิดพลาด
ยืนยันการออกแบบหุ้นทดสอบร่วมกันเพื่อให้แน่ใจว่าการวัดแม่นยํา

4. ระเบียบการทดสอบที่เรียบง่าย
มาตรฐานบนเครื่องมือ TDR ด้วยเวลาขึ้น 50ps เพื่อผลผลที่สม่ําเสมอ
รวม TDR กับตัววิเคราะห์เครือข่ายเวกเตอร์ (VNA) สําหรับกลุ่มความถี่สูง
ปฏิบัติ AOI 100% สําหรับชั้นภายนอกและ X-ray สําหรับชั้นภายในเพื่อพบความบกพร่องในระยะแรก

วิธี ที่ ดี ที่สุด เพื่อ ประสบ ผล สําเร็จ
เอกสารอย่างเข้มงวด: สร้างตารางอุปสรรคหลักที่มีการมอบชั้น, ความอดทน (โดยทั่วไป ± 10%), และสเปคของวัสดุ
ให้ความสําคัญกับความสมอง: ใช้การสะสมชั้นเท่า ๆ กันเพื่อลดการบิด
รูปแบบแรก: ทดสอบชุดเล็ก ๆ เพื่อรับรองการควบคุมอุปสรรค ก่อนที่จะปรับขนาดไปยังการผลิตปริมาณสูง

สรุป
กลุ่มอุปสรรคหลายประเภทเป็นสิ่งจําเป็น สําหรับผลงาน PCB ที่ทันสมัย แต่มันทําให้ความสามารถในการผลิตข้อจํากัดในการตั้งเส้นทาง, และการทดสอบ ช่องว่าง ด้วยการร่วมมือในระยะแรกระหว่างนักออกแบบและผู้ผลิต คุณสามารถรักษาประสิทธิภาพ คุณภาพและการจัดส่งในเวลา