Структура МПП и расчет волнового сопротивления Докладчик: Александр Акулин

Структура МПП
и расчет волнового
сопротивления
Докладчик: Александр Акулин
www.pcbtech.ru
Варианты структуры 4-слойной платы
www.pcbtech.ru
Варианты структуры 6-слойной платы
www.pcbtech.ru
Варианты структуры 8-слойной платы
www.pcbtech.ru
Линии передачи на плате
www.pcbtech.ru
Планы земли и питания (опорные)
www.pcbtech.ru
Структура МПП
1. Стандартные материалы на складе нашего завода ?
Препреги (PP) FR4 (материал Shengyi S1170):
106 (0.057mm); 1080 (0.075mm); 3313 (0.095mm); 2116 (0.105mm); 7628 (0.185mm)
Препреги (PP) Rogers:
4450B (0.095mm); 4403 (0.095mm)
Ядра (Core) FR4: 0.05, 0.1, 0.13, 0.18, 0.21, 0.25, 0.3, 0.36, 0.41, 0.45, 0.51, 0.6, 0.71, 0.8,
1.0, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 mm
Материалы RCC для лазерных микроотверстий: 0.065, 0.100 mm
Ядра Rogers 3003: 1.52 mm
Ядра Rogers 4003: 0.2, 0.31, 0.51, 0.81 mm
Ядра Rogers 4350: 0.1, 0.17, 0.25, 0.34, 0.51, 0.76, 1.1, 1.52mm
Медь две стороны: 0.5/0.5 OZ (18 мкм), 1/1 OZ (35 мкм), 2/2 OZ (70 мкм), 3/3 OZ
Имеются также «асимметричные» ядра
www.pcbtech.ru
Структура МПП 2
2. Правила формирования структуры
Толщина
меди
Допустимое количество слоёв препрега
0.5OZ
1.Можно: 1 слой Rcc65t и Rcc100t
2.Нельзя: 1 слой 106 или 1080
3.Нельзя: более 3 слоев PP
1OZ
1.Можно: 1 слой Rcc65t и Rcc100t
2.Нельзя: 1 слой 106, 1080 или 7628
3.Нельзя: более 3 слоев PP
4.Нельзя: 1 слой Ro4403 или Ro4350
2OZ
1.Нельзя: 1 слой любого PP.
2.Нельзя: более 3 слоев PP.
3.Если 2 слоя PP, среди них нельзя использовать 7628.
Если 3 слоя PP, среди них можно использовать только 1 слой 7628.
4.Если плата более 8 слоёв, надо использовать не менее 2 PP.
www.pcbtech.ru
Пример 1А
6-layer (Материал FR-4 или FR-4 High TG)
Корректная структура
www.pcbtech.ru
Пример 1Б
6-layer (Материал FR-4 или FR-4 High TG)
Некорректная структура (недопустимо использовать
только 1 слой PP 1080 при меди 1 OZ)
www.pcbtech.ru
Пример 2А
6-layer (Материал СВЧ Rogers)
Корректная структура
www.pcbtech.ru
Пример 2Б
6-layer (Материал СВЧ Rogers)
Некорректная структура (недопустимо использовать только 1 слой PP Rogers
при меди 1 OZ, и такую плату надо делать по схеме L1/L2, L3/L4, L5/L6)
www.pcbtech.ru
Вычисление импеданса
1. Программа для расчета: Polar Si8000
2. Вычисление процента медного заполнения слоя: Cam 350/ Genesis 2000
3. Исходные данные:
Требуемое значение импеданса;
Допуск на импеданс;
Ширина проводника и зазора;
Опорные слои;
Структура ПП (толщины ядер не более 0.8 мм)
www.pcbtech.ru
Вычисление импеданса
www.pcbtech.ru
Вычисление импеданса
4. Особенности: Толщина препрега должна учитываться реальная после прессования:
Тип 1: толщина PP = номинал – толщина меди * (1 – медное заполнение%).
Тип 2: толщина PP = номинал – толщина меди1 * (1 – медное
заполнение1%) - толщина меди2 *(1 – медное
заполнение2%). (Точность: +/-0.05mm)
www.pcbtech.ru
Вычисление импеданса
5. Параметрические таблицы для расчета импеданса.
Препреги
Тип
3313
2116
Толщина, мм 0.0513 0.0773
0.1034
0.1185 0.1951
DK
3.85
3.95
1080
106
3.6
3.65
7628
4.2
Ro 4450B
Ro 4403B
4mil
4mil
3.54 +/-0.05 3.17+/-0.05
Ядра FR4 фирмы Shengyi
T, мм
0.051
0.075 0.1
0.13
0.15
0.18
0.21
T, mil
2
3.0
4
5.1
5.9
7.0
DK
3.6
3.65
3.95 3.95
3.65 4.2
0.36
0.51
0.71
≥0.8
8.27 10
14.5
20
28
3.95 3.95
4.2
4.1
4.2
≥31.
5
4.2
www.pcbtech.ru
0.25
Вычисление импеданса
Ядра Rogers
Тип
Rogers4350B
Ro4350B
Rogers4003
Толщина
4 mil
Все, кроме 4mill
все
DK
3.36+/-0.05
3.48+/-0.05
3.38+/-0.05
Значение DK при применении двух разных PP будет средним арифметическим.
Такое же правило - DK разных типов ядер. (отклонение DK может достигать +/-0.2 )
www.pcbtech.ru
Вычисление импеданса
Параметры толщины меди, mil (1 mil = 0.0254 мм)
Базовая толщина
меди
Компенсация
подтрава, mil
Внутренние 18um
0
0.65
Внутренние 35um
0.4
1.25
Внутренние 70um
1.2
2.56
Негативные 12um
0.8
1.8
Негативные 18um
1.0
2.0
Негативные 35um
2.2
2.7
Внешние 12um
1.2
2
Внешние 18um
1.3
2.2
Внешние 35um
1.8
2.9
Финишная
толщина,
внутренний
слой, mil
www.pcbtech.ru
Финишная
толщина,
внешний
слой, mil
Финишная
толщина,
внешний
негативный, mil
Вычисление импеданса
Параметры ширины проводника и зазора, которые надо вносить в расчет, mil
Базовая толщина меди
Ширина «верха»
Upper trace
width:W2
Ширина «низа»
Lower trace
width:W1
Зазор в
дифф.паре
Separation:S1
Внутренний слой 18um
W0-0.1mil
W0
S0
Внутренний слой 35um
W0-0.4mil
W0
S0
Внутренний слой 70um
W0-1.2mil
W0
S0
Негативный слой 42um
W0-0.4mil
W0+0.4mil
S0-0.4mil
Негативный слой 48um
W0-0.5mil
W0+0.5mil
S0-0.5mil
Внешний слой 12um
W0-0.6mil
W0+0.6mil
S0-0.6mil
Внешний слой 18um
W0-0.6mil
W0+0.7mil
S0-0.7mil
W0-0.9mil
W0+0.9mil
S0-0.9mil
Внешний слой 35um
W0 означает исходную ширину проводника по GERBER-файлам,
S0 означает исходное расстояние между проводниками
Допуск составляет +/-0.3mil.
www.pcbtech.ru
Вычисление импеданса
6. Теоретическое и практическое значение
импеданса:
A. Внешние слои многослойной платы:
Значение импеданса = вычисленное в Polar * 0.9 + 3.2
B. Внутренние слои:
Значение импеданса = вычисленное в Polar
www.pcbtech.ru
Пример
6layer
Требования по импедансу:
1) Проводники в слоях top и bottom должны иметь импеданс 50 Ом+/-10%
2) Дифф.парв в top и bottom должны иметь импеданс 100 Ом+/-10%
3) Проводники в L3 и L4 должны иметь импеданс 60 Ом+/-10%
4) Дифф.пары в L3 и L4 должны иметь импеданс 100 Ом+/-10%
www.pcbtech.ru
Пример, 1
Проводник на слоях top и bottom должен иметь импеданс 50 Ом+/-10%
L1
L2
Окончательное значение : 52.12*0.9+3.2=50.1 Ом (для внешних слоёв)
Проводник 6mil (0.15 мм), диэлектрик 4.04 mil (0.1 мм).
www.pcbtech.ru
Пример, 2
Дифф.пара на слоях Top и bottom должна иметь импеданс 100 Ом+/-10%
L1
L2
Окончательное значение : 106.95*0.9+3.2=99.45 Ом (для внешних слоёв)
Дифф.пара 4 / 7 mil, диэлектрик 4.04 mil.
www.pcbtech.ru
Пример, 3
Проводник на слоях L3 и L4 (относительно L2/L5) должен иметь импеданс 60 Ом
L2
L4
L5
Окончательное значение совпадает с расчетным 60 Ом (для внутренних слоёв).
Проводник 14mil (0.35 мм), диэлектрик 20.08 mil и 27.42 mil.
www.pcbtech.ru
Пример, 4
Дифф.пара на L3 and L4 должна иметь импеданс 100 Ом+/-10%
L2
L4
L5
Окончательное значение совпадает с расчетным (для внутренних слоёв).
Дифф.пара 4 / 4.5 mil, диэлектрик 20.08 mil и 27.42 mil.
www.pcbtech.ru
Правила контроля импеданса
1. Допуск на расчетное значение импеданса будет составлять:
а) для расчетного импеданса ≤50 Ом: +/-1.0 Ом;
б) для расчетного импеданса от 50 до 75 Ом: +/-1.5 Ом;
в) для расчетного импеданса 75 Ом: +/-2.0 Ом.
2. Выполняются без согласования с заказчиком следующие изменения:
а) изменение толщины диэлектрика ≤1mil (25 мкм)
б) изменение ширины проводника и расстояния ≤0.5mil (12.5 мкм).
3. Приоритет внесения изменений в проект:
а) Толщина диэлектрика;
б) Ширина проводников;
в) Расстояние между проводниками,
(при условии, что мы можем скорректировать проект так,
чтобы достичь требуемых значений импеданса).
www.pcbtech.ru
технология надёжности
Вопросы?
Александр Игоревич Акулин
технический директор
www.pcbtech.ru