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高速PCB的銅箔選用指南—外層避坑設計

edadoc ? 來源:高速先生成員--王輝東 ? 作者:高速先生成員--王 ? 2024-01-10 11:53 ? 次閱讀

高速先生成員--王輝東

趙理工說:見到你的那一刻,我心內有一場海嘯,激浪滔天,但是我靜靜的站著,沒有讓任何人知道。現在你板子上有個問題,我要告訴你。”

林如煙說什么問題,你趕緊告訴我,晚上一定有驚喜。

趙理工說這個外層銅箔不能用HVLP類型。

林如煙說,黃教授上次不是講過銅箔粗糙度對高速PCB的影響,客戶說要用HVLP。

銅箔的分類

HTE:高延展性電解銅箔

RTF:反轉銅箔

HVLP:超低輪廓銅箔

wKgZomWeFL2AA319AAH4dRMStKQ336.jpg

粗糙度是指表面的不平整程度,通常以Ra或Rz來表示。上圖中的RZ就是表示銅箔粗糙度中的銅牙長度。

wKgaomWeFL2ABoRFAAAoXGZotTM434.jpg

為什么高速的時候要用低輪廓銅箔,這要從一個叫趨膚效應的東東說起。

什么是趨膚效應?

交變電流通過導線時,電流在導線橫截面上的分布是不均勻的,導體表面的電流密度大于中心的密度,且交變電流的頻率越高,這種趨勢越明顯,該現象稱為趨膚效應(Skin effect)。

當導線表面存在微觀凸起和凹陷時,電流在導線上的傳輸路徑會變得更加迂回,導致電阻的增加。

由于信號在頻率越來越高的情況下,電流在傳輸路徑上會重新調整分布,沿著最小電阻的路徑去傳輸。

wKgZomWeFL6AFWSeAACEn-zFdQw695.jpg

因為趨膚效應的影響,導線的等效電阻增大,進而使其導體損耗增大。

對于在表面附近傳播的電流而言,一個極其粗糙和不平整的表面相當于增加了其傳播路徑的長度。

wKgaomWeFL6AZ5r4AACNXDnyFxc386.jpg

趨膚效應示意圖

“沿著江山起起伏伏溫柔的曲線。放馬愛的中原 愛的北國和江南……”

林如煙說有些東西只可意會不可言傳,就像《向天再借五百年》歌中唱得一樣。

只要銅箔粗糙度比較大,就像這道路起起伏伏,路面崎嶇不增,是不是相對路徑變長,影響車速。

高速產品將銅箔粗糙度作為一個主要考慮因素。在信號速率高,損耗要求嚴格的鏈路下,低粗糙度的銅箔是必須的,而這也是產品高速化必然選擇。

只要銅粗糙度過大,轉輸路徑變長,導體損耗過大,用低輪廓的銅箔是必然的。

趙理工說:如煙你說的都有道理,但是有一個細節你忽略了…….”

我們常規的PCB壓合結構是foil+pp+core的方式,銅箔+pp+芯板的方式。

wKgZomWeFL-AYBqxAAET3yJhzBw075.jpg

從上圖中我們可以看出,最外層用的是銅箔,在壓合時,在高溫高壓真空的情況下,通過壓機和PP壓合在一起。

看下圖的層疊設計,乍一看感覺很合理,其實仔細看就有些異常的地方,外層用了HVLP銅箔。

wKgaomWeFL-AMcAUAAF1jOqDEDo293.jpg

HVLP對信號完整性確實有好處,但是由于其銅箔RZ太光滑,導致壓合時,結合力差,會出現分層起泡的異常。

也有可能在SMD裝配時,因為高溫的影響,導致板子出現異常。

wKgZomWeFMCAK4G3AAHH9ohNDSE446.jpgwKgaomWeFMCAXx2FAAEn9ZgDCS0344.jpg

所以說當客戶要求外層采用HVLP或VLP銅箔壓板時,我們要和客戶解釋HVLP銅箔表面銅箔很光滑,附著力較差,從可靠性方面考慮,不推薦使用;為平衡可靠性及信號要求,建議改用RTF或HTE銅箔壓板;有部分工廠也不支持RTF的銅箔壓合。

wKgZomWeFMGAT2TDAAOi895wppI058.jpg

特別高速多階HDI的設計,要經過多次壓合,外層使用HVLP銅箔,出現可靠性問題的風險比較大。

所以在高速PCB設計時,不但要考慮信號完整性,還要考慮DFM的可制造性。

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聽完趙理工的話,林如煙的臉上漲起了一層紅暈,她深深地吸了一口氣,一雙大眼睛眨了眨,她的目光掠過趙理工俊朗的臉龐,滿是崇拜的說道:“趙理工,你這個兄弟不錯,等我把板子改了,晚上下班咱們去公司對面的樂樂燒烤喝一杯。”

趙理工,說一言為定。

審核編輯 黃宇

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