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交換機(jī)的PCB可靠性設(shè)計(jì)

嘉峪檢測網(wǎng)        2022-06-28 06:40

PCB板卡作為交換機(jī)硬件架構(gòu)的重要組成部分,承載著各種硬件器件和部件,其可靠性至關(guān)重要,直接影響交換機(jī)的整體性能。

 

隨著數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展,交換機(jī)單lane信號速率也在飛速提升,這對PCB和SI設(shè)計(jì)而言都是全新的挑戰(zhàn)。本文將從PCB的硬件設(shè)計(jì)與加工兩個(gè)維度來闡述,如何提升交換機(jī)56G信號傳輸?shù)目煽啃浴?/span>

 

PCB設(shè)計(jì)可靠性

 

1、PCB材料選擇

 

應(yīng)當(dāng)選取Hyper Low Loss高速板材,將損耗控制在-0.66db@12.89GHz以內(nèi),以滿足56G信號對Loss的需求。

 

2、PCB疊層設(shè)計(jì)

 

56G Serdes信號需要參考完整的GND平面,保證信號回流路徑最短的同時(shí),又能避免信號層相鄰帶來的串?dāng)_。

 

Power平面通過GND平面與信號層完全隔離,保證了良好的電源完整性。

 

交換機(jī)的PCB可靠性設(shè)計(jì)

 

3、Serdes信號的TX和RX完全隔離設(shè)計(jì)

 

所有TX信號分布在上半層,RX信號分布在下半層,可以避免Serdes信號相互干擾。由于在交換芯片內(nèi)部,TX信號的PIN腳分布在芯片外側(cè),RX信號的PIN腳分布在芯片內(nèi)側(cè),信號通過過孔換層后,進(jìn)行過孔背鉆,這樣TX和RX信號實(shí)現(xiàn)完全隔離,避免互相干擾。

 

4、SI設(shè)計(jì)優(yōu)化

 

56G Serdes信號推薦采用十度線設(shè)計(jì),能夠有效降低玻纖效應(yīng)帶來的阻抗不連續(xù)。

 

交換機(jī)的PCB可靠性設(shè)計(jì)

 

B.采用Via in pad設(shè)計(jì),可以優(yōu)化交換芯片和光模塊信號連接器區(qū)域阻抗的連續(xù)性。

 

交換機(jī)的PCB可靠性設(shè)計(jì)

 

C.反焊盤處理,需要通過調(diào)整過孔反焊盤的尺寸,優(yōu)化過孔阻抗的容性,進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化過孔整體阻抗的目的。

 

交換機(jī)的PCB可靠性設(shè)計(jì)

 

PCB加工可靠性

 

1、采用Skip Via技術(shù)

 

連接TOP層和第三層的過孔采用Skip Via技術(shù),即通過控深鉆+激光鉆孔技術(shù)實(shí)現(xiàn)表層和第三層信號的連通??厣钽@使用機(jī)械鉆頭將TOP層和第二層的銅皮打穿,利用激光的熱能和化學(xué)燒蝕將過孔周圍的玻璃纖維清理干凈,之后對過孔化學(xué)沉銅并樹脂塞孔。此工藝,既實(shí)現(xiàn)了信號的連通,又不會產(chǎn)生stub,對信號完整性的提升有很大幫助。

 

另外,對PCB制程而言,Skip Via工藝和盲孔工藝都可以達(dá)成同樣的效果,但Skip Via與盲孔相比,加工周期短(不用多次壓合),加工過程更簡單,具有明顯的成本優(yōu)勢,推薦采用Skip Via工藝。

 

交換機(jī)的PCB可靠性設(shè)計(jì)

 

2、采用3D背鉆技術(shù)

 

推薦采用3D背鉆技術(shù),該技術(shù)可以將過孔的stub精準(zhǔn)控制在2-8mil,能極大地改善反射對信號完整性帶來的影響。建議背鉆孔徑采用D+6方案,即背鉆鉆刀在一鉆鉆刀的基礎(chǔ)上直徑增加6mil,相較于常規(guī)的D+8方案,背鉆鉆刀直徑減小2mil,盡可能加大Serdes信號相鄰參考層(GND平面)的面積,避免Serdes信號出現(xiàn)跨分割風(fēng)險(xiǎn)。

 

交換機(jī)的PCB可靠性設(shè)計(jì)

 

3、采用樹脂塞孔技術(shù)

 

建議所有8-10mil的過孔全部采用樹脂塞孔技術(shù)。樹脂塞孔為真空塞孔,過孔內(nèi)100%填滿樹脂。相對于普通的綠油塞孔,樹脂塞孔的優(yōu)勢非常明顯,樹脂塞孔為全塞,過孔內(nèi)全部填滿樹脂,也就不會殘留空氣和水汽,從根本上避免了水汽對孔壁的腐蝕,提升了過孔的長期可靠性,也就大大提升了板卡的使用壽命。

 

交換機(jī)的PCB可靠性設(shè)計(jì)

 

4、采用POFV技術(shù)

 

56G Serdes信號的收發(fā)端(交換芯片端和光模塊端)采用POFV(Plated over Filled Via)設(shè)計(jì),也就是Via in pad技術(shù),信號的換層過孔直接打在零件封裝的焊盤上。這樣既節(jié)省了PCB布局布線的空間,又極大提升了SI和PI的性能,一舉兩得。生產(chǎn)中,鉆孔環(huán)節(jié)完成之后,接著進(jìn)行孔壁沉銅,之后樹脂塞孔,然后電鍍填平,處理之后絲毫不會影響SMD器件的貼裝。

 

交換機(jī)的PCB可靠性設(shè)計(jì)

 

5、先進(jìn)的壓合技術(shù)

 

推薦采用PIN lam+CCD電磁熔合技術(shù),最大限度地提升壓合對準(zhǔn)度,減小整體層偏,相鄰層層偏誤差可以控制在3mil以內(nèi),整體層偏可以控制在5mil以內(nèi)。

 

交換機(jī)的PCB可靠性設(shè)計(jì)

 

6、精確的阻抗控制

 

所有內(nèi)層走線層銅厚均為1 OZ設(shè)計(jì),內(nèi)層走線的阻抗精準(zhǔn)控制在±8%以內(nèi),表層采用0.5 OZ+plating設(shè)計(jì),也可以將表層阻抗控制在±10%以內(nèi),以確保56G Serdes信號全鏈路阻抗的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

 
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來源:硬件十萬個(gè)為什么

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