소개
인공지능의 급속한 발전 (일체 포함), 고성능 컴퓨팅 (HPC), 자율 주행 기술은 데이터 센터 라우터와 스위치를 800G 및 1.6T 상호 연결로 추진하고 있습니다.. 따라서, 신호 속도 켜짐 PCB 능가했다 200 Gbps, 224G 시대를 맞이하다. 이러한 데이터 속도의 급증으로 인해 시스템 전력 소비가 증가합니다., 온도를 유발하는 패키지 기판 PCB가 크게 증가할 것입니다., 극단적인 시나리오에서는 잠재적으로 150°C를 초과할 수 있음. 고온 환경은 유전 상수를 크게 변화시킵니다. (DK) 소산 인자 (Df) ~의 PCB 재료, 전송선 임피던스에 영향을 미침, 삽입 손실, 전반적인 신호 무결성 (그리고), 이로써 시스템 설계 마진이 압축됩니다.. IPC 표준 및 권위 있는 실험 데이터를 기반으로 합니다., 이 기사에서는 온도가 224G PCB 성능에 미치는 영향에 대해 자세히 설명합니다.. 재료의 특성을 다루고 있습니다., 제조 공정, 및 신호 무결성 분석, 미래의 448G 애플리케이션에 대한 중요한 설계 통찰력을 제공하고 고속 PCB 설계.
고온에서의 PCB 재료 특성 및 동작
PCB 재료는 다음의 기초를 형성합니다. 고속 회로 설계, 주로 유전체 기판과 금속 도체로 구성됨. 224G 및 고속 애플리케이션용, 재료 선택은 신호 감쇠를 직접적으로 결정합니다., 지연, 신뢰성, 성공을 위해서는 PCB 라미네이트 선택이 중요합니다. PCB 개발.
유전체 재료의 주요 매개변수
유전체 재료 성능은 유전 상수로 정의됩니다. (DK) 소산 인자 (Df). IPC-4101C 표준에 따르면, 고속 애플리케이션에는 초저손실 재료가 권장됩니다., 일반적으로 아래에 Dk가 표시됩니다. 3.5 Df는 다음보다 작습니다. 0.002. 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 세라믹 충전 재료는 3.2±0.05의 안정적인 Dk를 나타낼 수 있습니다. 56 GHz, Df가 다음과 같이 낮습니다. 0.0005 (원천: IPC-4103). 하지만, 온도 상승으로 분자 분극이 강화됨, Dk 및 Df 값의 드리프트로 이어짐. 실험에 따르면 온도가 25°C에서 150°C로 증가하면, 공통의 Dk FR-4 소재 증가할 수 있다 5%-10%, Df는 다음과 같이 상승할 수 있습니다. 15%-20%, 삽입 손실을 상당히 악화시킴.
유리 직조 효과에 대한 도전
유리섬유 천, PCB의 보강재로 사용, can cause the “glass weave effect” due to the inhomogeneity of its microscopic structure, 국부적인 Dk 및 Df 변형으로 이어짐. IPC-TM-650 테스트 방법에 따르면, 이 효과는 최대 차동 쌍 스큐를 유발할 수 있습니다. 1 PS/인치, 이는 224G PAM-4 신호에서 아이 다이어그램 폐쇄를 유발하기에 충분합니다.. 이 문제를 완화하려면, 디자이너는 10도 각도 라우팅을 사용하거나 스프레드 유리 패브릭을 사용할 수 있습니다., 스큐를 내부로 제어 0.5 PS/인치.
동박 거칠기가 도체 손실에 미치는 영향
총 삽입 손실에 대한 도체 손실의 기여도는 주파수에 따라 증가합니다.. 에서 56 224G 시스템용 GHz 나이퀴스트 주파수, 구리 호일 표면 거칠기는 PCB 성능 및 PCBA 신뢰성에 영향을 미치는 중요한 요소가 됩니다..
구리 포일 유형 및 거칠기 모델
IPC-4562 표준에 따라, 구리박은 고온 신장과 같은 유형으로 분류됩니다. (HTE), 역처리 포일 (RTF), 및 하이퍼 매우 로우 프로파일 (HVLP). 그들의 거칠기, Rz로 측정, 대략적으로 감소합니다. 2.31 HTE의 경우 μm 이하 0.6 HVLP 유형의 경우 μm. HVLP4 포일을 사용한 실험 데이터, 주사전자현미경을 통해 측정 (어느), Rz를 보여주었다 0.901 μm. 구리 거칠기에 대한 일반적인 모델링 접근 방식에는 Hammerstad 및 Huray 모델이 포함됩니다.. Huray 모델은 위의 높은 정확도를 유지합니다. 50 GHz; 그 공식은 다음과 같이 표현된다.:
R_eff = R_0 (1 + (2/π) arctan(1.4 Δ/δ )² )
어디 R_0 부드러운 구리 저항, δ 피부 깊이 입니다, 그리고 Δ 거칠기 매개 변수입니다.
표피효과와 고온의 상호작용
고온은 피부 영향을 악화시킵니다., 더욱 증가하는 도체 손실. 150°C에서, 구리의 저항은 대략 증가합니다. 40%, 약 의 추가 삽입 손실이 발생합니다. 0.5 DB/인치. 그러므로, 224G PCB 설계용, Rz를 갖는 초저조도 동박을 선택하는 것이 좋습니다. < 0.8 μm 및 효과적인 열 관리 전략을 PCBA 설계에 통합.
신호 무결성에 대한 PCB 제조 공정의 영향
주요 단계 PCB 제조 작업 흐름, 산화물 처리와 같은 (브라우닝), 라미네이션, 및 표면 마무리, 임피던스 편차와 손실이 발생할 수 있습니다.. 이러한 효과는 고온 환경에서 더욱 두드러집니다., 최종 PCBA 성능에 영향을 미침.
중요한 공정 단계 분석
내부 레이어 이미징 및 산화물 처리는 최종 동박 거칠기에 직접적인 영향을 미칩니다.. 실험 데이터에 따르면 로우 에칭 산화물 처리를 사용하면 다음과 같은 거칠기를 줄일 수 있습니다. 1.5 μm ~ 1.1 μm, 동시에 프리프레그에 대한 접착력을 보장합니다. (PP) IPC-TM-650 박리 강도 표준을 충족합니다. (≥8파운드/인치). 비아 스텁으로 인한 임피던스 불일치를 방지하려면 라미네이션 및 드릴링 중 등록 공차를 ±25μm 이내로 제어해야 합니다.. IPC-6012E에 따르면, 모든 10 비아 스텁 길이가 1000만개 증가하면 0.2 삽입 손실의 dB 증가 56 GHz.
PCB 표면 마감 선택
표면 마감층은 마이크로스트립 성능에 큰 영향을 미칩니다.. 전기 니켈 전기 팔라듐 침지 금 (에네픽), 니켈층의 전도성이 낮기 때문에 (1.43×10⁶ S/m), 대략 전시하다 15% 더 높은 삽입 손실 56 유기 납땜성 보존제와 비교한 GHz (OSP). 을 위한 고속 PCB 및 PCBA 애플리케이션, OSP 또는 Immersion Silver를 권장합니다., 전도성이 구리에 더 가깝기 때문에 (5.8×10뷔 S/m), 추가 손실 최소화.
신호 무결성에 대한 온도의 포괄적인 영향
다양한 온도 조건이 동시에 유전 특성을 변경합니다., 지휘자 공연, 및 제조 공차. 아이 다이어그램 및 채널 운영 마진과 같은 주요 지표에 대한 결합 효과 (COM) 모델링과 측정을 통해 평가해야 함.
매개변수 추출 및 모델링
IPC D24A 테스트 방법 기반, S-파라미터는 25°C~150°C의 온도 범위에서 측정되었습니다., Dk 및 Df 값이 추출되었습니다.. 결과에 따르면 온도가 50°C 증가할 때마다, Dk는 평균적으로 상승합니다. 0.1, Df는 다음과 같이 증가합니다. 0.0003. ADS 소프트웨어를 사용하여 Huray 모델에 적합, 시뮬레이션된 삽입 손실 변화는 다음보다 작은 것으로 나타났습니다. 3% 측정 데이터 대비 오차.
아이 다이어그램 및 채널 운영 마진 (COM) 분석
224G PAM-4 신호 시뮬레이션 56 IEEE 802.3dj 표준을 참조한 GHz에서는 상당한 성능 저하가 나타납니다.. 온도가 25°C에서 150°C로 상승할 때, 눈 높이가 감소한다 40%, 눈의 폭이 줄어들다 25%, COM 마진은 다음과 같이 감소합니다. 35%. 초저손실 소재 채용 (Df < 0.001) 온도로 인한 열화를 내부로 억제할 수 있습니다. 15%, 까다로운 PCBA 애플리케이션을 위한 시스템 신뢰성 보장.
실험적 검증 및 설계 권장 사항
여러 보드에 대한 비교 테스트를 통해 재료 및 프로세스 최적화의 효과가 검증되었습니다.. 150°C 환경에서, HVLP 동박과 PTFE 소재를 활용한 PCB는 50% 표준 FR-4 설계에 비해 더 높은 COM 마진. 224G+ 제품 및 PCBA 개발용, 다음 권장 사항이 중요합니다:
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Dk가 있는 유전체 재료 선택 < 3.5 및 Df < 0.002, 온도 계수를 확인합니다..
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동박 거칠기를 Rz로 제어 < 0.8 μm, 시뮬레이션에 Huray 모델 사용 우선순위 지정.
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제조 공정 최적화, Low Etch Oxide 처리 및 정밀 Registration 구현 등, 임피던스 편차를 ±5% 이내로 제어.
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전문적인 PCB와 협력하여 PCBA 제조업체 맞춤형 솔루션 및 실시간 견적을 받아보실 수 있습니다., 생산 일관성과 높은 수율 보장.
결론
온도는 224G PCB의 신호 무결성에 중요한 변수입니다.. 재료과학을 통해, 프로세스 최적화, 정확한 모델링, 고온으로 인한 성능 저하를 효과적으로 완화할 수 있습니다.. 미래의 448G 시스템에는 Dk/Df의 온도 감도를 더욱 낮추고 강력한 열 관리 설계를 통합해야 합니다.. 주요 PCB에 문의하고 PCBA 공급업체 이제 IPC 표준을 기반으로 한 고신뢰성 설계 솔루션에 액세스할 수 있습니다., 차세대 데이터 센터 인프라를 위한 견고한 기반 마련.