Благотворное влияние структур с высокой плотностью соединений (HDI) на целостность высокочастотных сигналов. Часть 4

автор Хэппи Хольден (Happy Holden) |

Отверстие-в-площадке и короткая длина отверстий

В статье Богатина приводится частичная собственная индуктивность микроотверстия в 2 мил глубиной и 1 мил в диаметре, составляющая менее чем 10 pH (где pH = pico-Henrys), тогда как у просверленного отверстия 10 мил диаметром и 32 мил глубиной собственная индуктивность составляет почти 200 pH[2]. Это очень значительно для разработок с более высокой частотой. Богатин продолжает, что на 300 МГц импеданс HDI микроотверстия только 18 миллиОм по сравнению с 400 миллиОм у сквозного отверстия. Снижение индуктивности отверстия-в-площадке даже еще более драматично. Один из самых больших источников индуктивности на устройствах и развязывающих конденсаторах – это комбинация трассировки по мощности и заземлению. При размещении микроотверстия на площадке для поверхностного монтажа эта индуктивность уменьшается до практически нуля. Это по сравнению с обычной дорожкой к сквозному отверстию в 20 мил будет около 500 pH на петлю индуктивности. Эта разница в петлях показана на Рис.7.

Рис. 7: Разница петель.

При использовании микроотверстия в площадке и панель заземления, по существу на землю нет индуктивности, а если питание используется как второй слой под микроотверстием, то будет только минимум индуктивности на питание. Близкая природа этой комбинации питания/заземления будет снижать петлю индуктивности и обеспечивать достаточное количество развязывающей емкости. И финальным преимуществом является сокращение части пространства и укорачивание всех сигнальных дорожек. Рис. 8а и Рис.8b показывают высокоскоростную многослойную плату с контролем импеданса переработанную с использованием только микроотверстий в площадке [5]. Никакие детали не изменились и было замечено минимальные зазоры текущей сборки. Преимущества с точки зрения затрат и размеров выглядят как: около 40% снижение затрат, сокращение слоев с 12 до 8, уменьшение размеров на 40%, что позволяет увеличить производительность на производственной панели. Значительно улучшилась целостность сигнала.

Обратите внимание, что Рис.8а показывает 12-слойную плату с контролем импеданса, которая была переработана, используя только микроотверстия-в-площадках для поверхностного монтажа. Оригинальная версия со сквозными отверстиями показана в левой части рисунка, а версия с микроотверстиями, требующая только 8 слоев, показана справа. Также обратите внимание, что Рис. 8b показывает вторую сторону переработанной платы, иллюстрирую преимущества слепых отверстий и концепции разработки отверстия-в-площадках.

Распределение Питания/Заземления

 

Удержание индуктивности распределения питания и заземления на низком уровне – это основная цель, если планируется использовать схемы с быстрым временем нарастания. Два фактора влияют на индуктивность межсоединения питания и земли – это физическая длина пути и разделение между реальными панелями питания и заземления.

И снова обратимся к совету Богатина [3]: «Использование очень тонких слоев диэлектрика между панелями питания и заземления приводит к очень низкой петле индуктивности для токов питания и заземления. Для двух прямоугольных листов проводника, разделенных толщиной диэлектрика h, петля индуктивности для тока, идущего на одну поверхность и возвращающегося обратно на другую, выражается как: 

Где
Len – длина пути тока
W - ширина.

Рис. 8a: Переработанная многослойная плата (сторона с компонентами).

Рис. 8b: Переработанная многослойная плата (сторона схемы).

Петля индуктивности уменьшается, если расстояние между питанием и заземлением сокращается.

«Когда толщина диэлектрика 1 мил, петля индуктивности может быть 33 pH/квадрат. Когда ток идет в проводниках в форме квадрата и имеющих одинаковую длину и ширину, то петля индуктивности не зависит от размера квадрата. Это представляет собой грубое приближение к типичной индуктивности межсоединений в панелях питания и заземления. Между площадками развязывающего конденсатора и площадками присоединения чипов, соединяющая петля индуктивности может составлять около одного квадрата. Тонкие слои HDI могут удерживать индуктивность питания и заземления очень низкой [3]».

Источник: Журнал The PCB Magazine Октябрь 2017

 

 

 

Назад