讯号与细线
时间:2010-03-22 08:57:58点击:次
电路板中工作的讯号(Signal),不管是数位式的方波讯号,或是类比式的弦波讯号,均可用“变流”AC(Alternative Current,对低频60Hi/ll0V或低频50HZ/220V者特称之为“交流”)的形式表达之。於是当各种“变流” 讯号的变化频率(例如0跳到1或1跳到0)不断增高,板面各点之间的传输速率一再加快之下,其讯号线中所传输高频讯号的能量(或微小电流的流量)多半集中在导线表皮的薄层内,该铜线截面的中间部分几乎全无电流(或讯号能量)的通过,这就是AC著名的“集肤效应”(Skin Effect),且频率愈高时皮肤也愈薄。
外层板上的细长讯号线,多与其下层之大地层(Ground)及中间的介质层三者组成微带线(MicrostriP,是传输线的一种)。当双流讯号之频率愈高时,电流所集中的皮肤(Skin)厚度也就愈薄,实际上的线截面积的中部与上部所通过的电流都极少。板面微带线讯号的电流绝大部份是集中在线根的铜箔绫线区域,是故线根的粗糙度要愈低愈好,如此才可在较低电阻下减少传输能量的损失。通常低频工作小於17MHZ时,截面积的全部铜材几乎整体都在执行传输,是故皮肤的厚度即等於线厚,而不再出现集肤效应了。
是故用于P-3或P-4各代CPU等高阶封装载板, 所采复晶式(Flip Chip)增层法(如2+2+2)的精密板类 在工作频率高达2GHz-3GHz下,其铜质讯号线之宽度竟仅及1-2mil 其线厚也只15um(P4尚另有4um的ENIG)而已!如此毫颠细线之加工,当然无法继续采铜箔与镀铜之传统减成法(SustractiVe),而不得不改为难以掌控的半加成法(Semi.AdditlveProcess:SAP) 进行量产。表面上看来是乌了细线制作的良率,而不得不选择的登天蜀道;实际上避开铜箔的粗糙棱线(Profile)后,将可大大降低高频集肤效应所带来的过度电阻,于是讯号能量的不当衰减与衍生噪声也得以减少。甚至进一步还更需消除密距中可能发生的枝状漏电(Dendrites),这些对讯号品质改善,均为设计者所一再期望的效果。
内层板的讯号线与上下大铜面共同组成带线(Stripline)其传输讯号的皮肤是集中在上下两侧(线顶及线根),高频工作时截面中间之铜材并无电流通 过。一般老旧QA的观念只重视外层线路(讯号线)的品质,内层线路发生瑕疵(只耍未断)时照样可以压合 其缺点当然就全被掩盖了。但坷高颌讯号的传输而言,则其祸根仍然存在,眼不见为净的锯箭法是绝对行不通的。
因而只知其一的电路板业者 对AC高频讯号的集肤效应亦须再知其二。事实上当年美国军规MIL.S.13949H对FR-4板面铜箔抗撕强度(Peel strength)的规格,早已由原先的8 1b/in改为现行4 1b/in其降低棱线牺牲附着力的决定 当然一定有其不得已的原因。目前外加铝质载箔的超薄铜皮(Ultra-Thin Copper Foil,UTC,3UM-9UM),据称短时间内将要在国内应市,在量化下价格亦将更耳合理 对于12mil细线的非SAP业者而言,富然是莫大的福音、然而其标线所夹带噪声的不良效果 是否页能与SAP不相上下而得以一较张短者,则仍有待时间的考验。
深入了解电子工业的快速进步后 对精密困难板类的形容词 亦即耳熟能详的"轻薄短小”口头禅 似乎应改为”细薄短小”才更能符合实际状况。那也就是:细密线、薄介质、短传输与微小孔的组合 以达到高频颌域中讯号完整性(Signal Integrity)之极致境界。