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[导读]在阅读和研究文章和互联网上的大量观点时,很容易假设知情人士一致认为,使用传统低成本 PCB 材料进行下一代高速设计的日子已经一去不复返了走了。还有一种观点认为,现代技术(如 PCIe 5.0 及更高版本)的要求已将电路板设计和制造的界限推向了边缘。

在阅读和研究文章和互联网上的大量观点时,很容易假设知情人士一致认为,使用传统低成本 PCB 材料进行下一代高速设计的日子已经一去不复返了走了。还有一种观点认为,现代技术(如 PCIe 5.0 及更高版本)的要求已将电路板设计和制造的界限推向了边缘。

然而,仔细研究所涉及的材料和方法,提供了新的希望,尽管我们确实在冲刺越来越接近边缘,但我们可以做出一些关键的调整,这可能会让我们停止跨越它,在至少现在。

下一代 PCB 材料的成本

虽然使用下一代材料确实可以更容易地将新技术融入设计中,但这种能力和性能的提高是以实际成本为代价的:使用特殊材料制造 PCB 的成本要高得多。取决于设计细节,增加可能在 100% (2 倍) 甚至更多。

一些公司更愿意实现这一巨大飞跃,因为他们的系统和设计可以适应特殊材料的使用并吸收与使用相关的额外成本。然而,还有许多其他人受到更严格的设计和预算限制,这将使过渡更加困难。

出于这个原因,英特尔工程师一直在努力研究所涉及的各种因素,并提供多种方法,使设计人员能够使用成本更低的当前 PCB 材料和工艺将下一代技术构建到他们的设计中。

成本不是唯一的考虑因素

将下一代技术融入您的设计时,制造成本的一些增加是不可避免的。不过,我们的研究已经确定,可以通过多种变量将增长率控制在 30% 以内。

以下是从我们进行的研究中收集到的一些更容易应用的见解。但是,当您阅读时,重要的是要记住,这种方法不是万能的——在每个层面都需要权衡取舍,虽然总体成本很重要,但这只是必须考虑的因素之一经过考虑的。

设计变量

在制造 PCB 时,必须考虑许多变量。然而,我们的努力已经确定,最大的好处来自于特别关注其中四个设计变量:介电材料、铜的表面粗糙度、氧化工艺和叠层的优化。对于每个设计变量,我们还列出了行业可以投入的选项,并提供具有成本效益的解决方案。

1.介电材料

传统的 FR4 介电材料使用环氧基树脂和 E-glass 增强系统来降低成本。特殊介电材料通常需要使用更昂贵的 PPE/PPO 基树脂系统和/或低 D k玻璃以获得更好的性能,从而增加整体制造成本。

选项:已开发出更新的生产方法,将环氧树脂与 PPE/PPO 基树脂相结合,从而使成品板具有可满足性能要求但制造成本较低的性能特征。

2.铜的表面粗糙度

在理想情况下,高速信号将通过没有表面粗糙度的铜制成的路径。不幸的是,在现实世界中,使用“光滑”铜是不可能的,因为其他材料很难粘附到它上面,PCB 会分层和分崩离析。因此,PCB 制造中使用的所有铜都具有一定程度的粗糙度。对于具有更高电气性能和更低损耗要求的电路板,制造商使用具有更低(更光滑)轮廓的铜。缺点是这些材料更昂贵。

选项:使用通常称为 RTF2 的新型铜箔在市场上越来越受欢迎。RTF2 是一种具有不均匀粗糙度轮廓的铜箔,其性能接近超极薄型 (HVLP) 铜箔,但可以以较低的成本制造。下一代 RTF2 铜箔也在研究中,以实现类似 HVLP 的性能,同时将成本增加降至最低。

3.氧化工艺

在 PCB 制造中,通常需要表面氧化工艺来促进核心层和预浸料层之间的粘合,以实现最佳粘合。在此过程中必须达到精确的平衡,因为虽然增加铜箔的表面粗糙度将有助于提高附着力,但它会对铜轮廓产生重大负面影响,从而影响信号完整性。不精确或不必要的激进氧化工艺可以抵消通过在键合前过度粗糙化铜箔而获得的改进。

选项:行业正在开发和采用低蚀刻氧化化学和粘合促进剂——它们可以降低铜表面粗糙化的要求,同时保持 PCB 所需的粘合强度。较少的表面氧化也减少了对信号完整性的潜在负面影响,使这种方法成为双赢的。

4.叠层优化

在某些方面,正确确定 PCB 叠层是性能优化和成本最小化过程中唾手可得的成果,因为厚度很重要。

选项:仔细查看更常见的核心/预浸料层厚度选项的信号损耗特性时,很明显,只需花时间确定正确的叠层,即可将损耗降至最低。在英特尔工程师进行的一项测试中,发现在测量信号损耗时,5/6 叠层(5 mil 核心厚度和 6 mil 预浸材料厚度)比使用相同基板和 3/9 叠层的性能高出 15% 以上。铜型材。

当然,这种方法不是灌篮,因为叠层的变化会对布线密度和噪声耦合产生负面影响。然而,它确实强调了仔细选择叠层及其信号完整性影响是性能和成本优化过程中的关键步骤。

与学术界合作

如上所述,英特尔已开展这项研究工作,为那些可能难以甚至不可能将下一代材料构建到他们的系统和设计中的公司提供替代方案。但即使以英特尔拥有的大量资源,研发方面也存在着我们根本无法独自填补的空白。

因此,学术界必须在各个层面参与这些努力。行业专家和院士在这一领域取得了一些进步,他们的共同目标是识别、研究和解决困扰 PCB 制造的问题。这种协作方法是确保我们的行业在未来多年继续创新和发展的关键,就像今天一样。 


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