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不懂加工的SI工程師不能叫高速先生

已有 948 次閱讀2021-6-1 14:50 | 加工, 壓降, 銅厚, 電流密度, IPC

作者:一博科技高速先生自媒體成員 黃剛

仿真是對(duì)PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行的仿真,PCB設(shè)計(jì)是用于加工生產(chǎn)的設(shè)計(jì)。隨著加工帶給設(shè)計(jì)的誤差因素越來(lái)越多,那仿真到底是對(duì)PCB設(shè)計(jì)的仿真還是要考慮到生產(chǎn)加工后的仿真呢? 
高速先生在之前的文章分享過(guò)很多在高速串行鏈路這個(gè)范疇上加工誤差對(duì)于PCB設(shè)計(jì)的影響,以及考慮加工因素和不考慮加工因素的仿真結(jié)果差異。當(dāng)然我們都知道,隨著速率越來(lái)越高,加工因素對(duì)高速信號(hào)性能會(huì)帶來(lái)越來(lái)越大的影響,例如過(guò)孔的stub,鉆孔孔徑,層偏,蝕刻等因素,我們?cè)谇懊娴奈恼露加羞^(guò)介紹和案例分享了。
 
既然高速方面的加工因素我們講了很多了,那我們今天來(lái)講一個(gè)簡(jiǎn)單一點(diǎn)的,那就是電源壓降的仿真設(shè)計(jì),也就是大家經(jīng)常說(shuō)的直流仿真。至于說(shuō)到它的仿真原理嘛,可能是最簡(jiǎn)單的一個(gè)仿真理論了,下面這張圖就能夠說(shuō)清楚了。

因此我們只要拿到該電源網(wǎng)絡(luò)的電壓值以及最大電流值,我們就可以對(duì)PCB電源鏈路進(jìn)行壓降的仿真。就好像下面這個(gè)例子一樣,從VRM到sink端的電源鏈路,電壓0.85V,電流5A,知道這些參數(shù)后我們就可以很輕松的做起來(lái)了。
以下就是該電源鏈路的仿真結(jié)果,看起來(lái)無(wú)論是從負(fù)載端的電壓,還是整個(gè)鏈路的電流密度,都能夠滿足要求,也就是說(shuō)經(jīng)過(guò)仿真之后的這個(gè)PCB電源設(shè)計(jì)是ok的!
這當(dāng)然是一個(gè)很客觀的結(jié)果,它客觀而且準(zhǔn)確的反映了這個(gè)電源鏈路的PCB設(shè)計(jì)滿足要求。基本上到這里為止這個(gè)仿真也就結(jié)束了。
 
突然有一天,高速先生想到電源的PCB鏈路會(huì)不會(huì)也有可能像高速信號(hào)一樣,受到一些加工因素的影響呢?然后高速先生就查閱了一些IPC的標(biāo)準(zhǔn),看看有沒(méi)有哪些加工公差會(huì)影響到電源的設(shè)計(jì),終于在某一篇章節(jié)中找到了關(guān)于銅厚加工的標(biāo)準(zhǔn),就是下面這張圖了。
從圖上可以看到,0.5oz的銅厚一般做出來(lái)在0.6mil,但是最最最極限是0.449mil。既然是IPC標(biāo)準(zhǔn)上列出來(lái)的,也就是說(shuō)即使在加工后0.5oz銅真的做出了只有0.449mil那么厚,也是滿足要求的!
 
高速先生突然想到,要是上面說(shuō)的這個(gè)case加工完后銅厚真的只有0.449mil的話,壓降會(huì)不會(huì)就。。。
 
在大家還在擔(dān)心的時(shí)候,高速先生就已經(jīng)在原case上直接把銅厚從0.6mil改成0.449mil進(jìn)行仿真驗(yàn)證啦!結(jié)果發(fā)現(xiàn)這樣的變化對(duì)于壓降和電流密度來(lái)說(shuō),都有一個(gè)不小的惡化!
 
從0.449mil的仿真結(jié)果來(lái)看,壓降大概增加了7mV,電流密度惡化了33A/mm2,惡化程度已經(jīng)不能被忽略。

當(dāng)然意識(shí)到問(wèn)題的“嚴(yán)重性”之后,高速先生也和我司的DFM工程師以及板廠的同事進(jìn)行了溝通,想知道做成那么極限銅厚的概率到底高不高,還好他們表示基本上沒(méi)出現(xiàn)過(guò)這樣的情況,還是以0.6mil左右的為主,下面是他們提供的一些PCB銅厚的切片圖,也和他們的說(shuō)法是一致的。
雖然這個(gè)只是高速先生一些心血來(lái)潮的想法和仿真的驗(yàn)證,也并沒(méi)有實(shí)際做出來(lái)那么極限銅厚的板子。但是從大方向來(lái)說(shuō),多去了解一些加工的知識(shí),尤其是加工對(duì)于設(shè)計(jì)和仿真的影響無(wú)論是對(duì)于硬件工程師,PCB工程師還是SI工程師都是非常有幫助的哦!

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