Благотворное влияние структур с высокой плотностью соединений (HDI) на целостность высокочастотных сигналов. Часть 5

автор Хэппи Хольден (Happy Holden) |

Распространение сигнала и задержка соединения

Более высокая плотность отверстий, микроотверстия (боле маленькие отверстия), отверстия-в-площадке позволяют размещать компоненты ближе друг к другу, что снижает задержку распространения сигнала на межсоединениях до 50%. Распространение сигналов через линию передачи имеет характерную скорость, которая в первую очередь определяется квадратным корнет эффективной диэлектрической постоянной окружающей среды. Обратная этой скорости – задержка распространения сигнала на единицу длины проводника. Это касается классической микрополосковой топологии, но если проводник размещается между двумя референтными панелями, то она пропорциональна квадратному корню диэлектрической постоянной материала:

Где : e = диэлектрическая постоянная подложки

Рис. 9a: Рельеф панели заземления на внутреннем слое.

Рис. 9b: Рельеф первичной стороны панели заземления (земля убрана для ясности)

Рис. 9c: Рельеф вторичной стороны панели заземления (земля убрана для ясности).

Межсоединения со временем задержки меньшим, чем около 20% от времени нарастания сигнала, могут не нуждаться в завершении.

EMI излучение

Возвратный путь заземления

Волны напряжения и тока поддерживаются распространением электрических и магнитных полей. Идеальный возвратный путь – непрерывный и равномерный. В случае с высокоскоростными печатными платами высокой плотности это обычно не так. Чем более не идеален возвратный путь (с прерываниями), тем больше он создает петель заземления. Петля заземления обычного сквозного отверстия с заземлением и питанием на внутренних слоях обсуждалась ранее и показана на Рис.7 и 10. Характеристики непрерывного и равномерного пути проиллюстрированы на Рис.9а, 9b и 9с.

На Рис.9а показаны панели заземления высокоскоростной плотной многослойной печатной платы. Для этой 9.2-дюймовой по 6,3 дюйма 18-слойной платы, 8,46 кв. дюймов меди протравлены для создания места для сквозных отверстий. Рис. 9b – 10-слойная HDI многослойная печатная плата, которая заменила оригинальную 18-слойную плату. От поверхности панели заземления (первичная сторона, Рис.9b) удалено только 6,63 кв. дюйма, а со вторичной стороны (Рис.9с) удалено только 6,35 кв. дюймов. это на 21,6% и 24,9% соответственно меньше прерываний для возвратного пути. Кроме того, вы можете видеть, что на мелкошаговых BGA устройствах медь заземления проходит по всему пути до центральных выводов.

Возвратный сигнал может столкнуться с разрывами в панели заземления, что является известным источником помех, но многие не знают, что большие антиплощадки сквозных отверстий на панелях земли/питания под мелкошаговыми BGA могут так же быть причиной петель заземления, что создают помехи. Если петли заземления созданы под BGA, их очень трудно разместить. Эта ситуация отображена на Рис.10.

Более подробно об улучшенных RFI и EMI

На BGA с шагом 1,00 мм, что составляет 0.040” от центра до центра, медь осталась между антиплощадками 0.013” в диаметре. Сквозное отверстие 0.007” или меньше. Если у вас устройство с шагом 0,8 мм (0.032”), то 0.013” диаметр сквозного отверстия уничтожит всю медь. Сокращение диаметра сквозного отверстия до 0.008” обеспечит только 0.004” меди между антиплощадками. Эта идеальная ситуация не учитывает качество сверления и трудности металлизации такого маленького отверстия. На BGA с большими I/O может быть проложена только одна дорожка между соседними отверстиями. Здесь будет определенное количество аберраций сигнала, так как референтные панели будут слишком маленькими. При шаге 0,65 мм (0.032”), вам не только придется использовать HDI, но и может быть придется штабелировать микроотверстия.

Большая площадь возврата заземления на 22% и 25% на перемещении заземления на SMT слои не только снижает помехи, но два заземления на внешних слоях могут сработать как клетка Фарадея для минимизации излучения.

Источник: Журнал The PCB Magazine Октябрь 2017

 

Назад