本發(fā)明涉及軟硬結(jié)合板領(lǐng)域,尤其涉及一種高速軟硬結(jié)合板設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù):
軟硬結(jié)合板因?yàn)榭蓮澱?、重量輕等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于在消費(fèi)電子、通信、工業(yè)控制以及國(guó)防軍工等產(chǎn)品中,成為電路板發(fā)展的一個(gè)重要分支。軟硬結(jié)合板是柔板與硬板壓合后,在硬板的柔性區(qū)域進(jìn)行開(kāi)窗口操作得到。近年來(lái),大批量生產(chǎn)的數(shù)字產(chǎn)品需要把時(shí)序控制在皮秒級(jí)別。這些時(shí)序級(jí)別不僅需要維持在硅片級(jí),還需維持在物理尺寸更大的系統(tǒng)板上,如計(jì)算機(jī)主板。這些系統(tǒng)的工作頻率很高,導(dǎo)線的行為不再像簡(jiǎn)單的理想導(dǎo)線,而會(huì)呈現(xiàn)高頻效應(yīng),像傳輸線一樣把電信號(hào)傳到相鄰器件,或從相鄰器件接收電信號(hào),如果不能合理處理這些傳輸線,它們可能在無(wú)意中破壞系統(tǒng)時(shí)序,因此對(duì)如今的電路板設(shè)計(jì)提出了更高的要求。
與普通硬板相比,軟硬結(jié)合板的柔性區(qū)域彎折后會(huì)導(dǎo)致電磁場(chǎng)集中,產(chǎn)生電磁干擾;走線隨著彎曲產(chǎn)生拐角,基板材料由于形狀變化也會(huì)使材料特性發(fā)生一定變化,從而導(dǎo)致傳輸線的延時(shí)與阻抗不匹配問(wèn)題;包含多張柔性單片的軟硬結(jié)合板各單片之間的間隙一般較小,在彎折的時(shí)候更會(huì)呈現(xiàn)波浪形,甚至出現(xiàn)相鄰單片緊貼的情況,因此勢(shì)必會(huì)影響柔性區(qū)域信號(hào)線的阻抗;另外,軟硬交界處的阻抗一致性也因?yàn)辄c(diǎn)膠過(guò)渡區(qū)域的存在較差。以上幾個(gè)問(wèn)題嚴(yán)重制約了軟硬結(jié)合板信號(hào)傳輸速率的進(jìn)一步提升,是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)短板問(wèn)題。
針對(duì)高速軟硬結(jié)合板的設(shè)計(jì),傳統(tǒng)處理方式是分別根據(jù)硬性區(qū)域和柔性區(qū)域的疊層計(jì)算滿足阻抗要求的線寬、線間距,因?yàn)檐浻矃^(qū)疊層結(jié)構(gòu)不一樣,軟區(qū)和硬區(qū)的線寬、線間距就不一樣,在軟硬過(guò)渡區(qū)域就必須變線寬、變間距的。這樣雖然保證了硬區(qū)和軟區(qū)的阻抗匹配,但軟硬過(guò)渡區(qū)的線寬、間距變化會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的反射,而且還沒(méi)有考慮到柔性區(qū)域彎折時(shí)多張單片互相之間的阻抗影響。有多張軟板單片的軟硬結(jié)合板,當(dāng)軟板向同一個(gè)方向彎折時(shí),由于板厚和層間間隙因素,造成最外層軟板受到拉伸,最內(nèi)層軟板受到擠壓,這種拉伸和擠壓可能會(huì)造成柔板內(nèi)層柔板緊緊貼合外層柔板,導(dǎo)致信號(hào)線的參考平面發(fā)生了變化,緊緊貼合的情況更是從微帶線模式轉(zhuǎn)換到帶狀線模式,必然會(huì)導(dǎo)致柔性區(qū)域的阻抗嚴(yán)重不匹配。另外,過(guò)渡區(qū)域的線寬、間距變化一般處理方式為突變,這樣在變換處必然存在信號(hào)的反射,破壞信號(hào)完整性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于通過(guò)一種高速軟硬結(jié)合板設(shè)計(jì)方法,來(lái)解決以上背景技術(shù)部分提到的問(wèn)題。
為達(dá)此目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種高速軟硬結(jié)合板設(shè)計(jì)方法,其包括如下步驟:
s101、確定pcb層數(shù)、板厚、軟硬區(qū)基材、軟區(qū)長(zhǎng)度以及阻抗期望控制值;
s102、確定軟硬結(jié)合板的疊層結(jié)構(gòu);
s103、計(jì)算硬區(qū)阻抗、線寬、線間距,確定硬區(qū)差分布線參數(shù);
s104、根據(jù)硬區(qū)差分布線參數(shù)確定網(wǎng)格銅線寬、線間距;
s105、根據(jù)所述疊層結(jié)構(gòu)及軟硬區(qū)布線約束完成高速軟硬結(jié)合板設(shè)計(jì)。
特別地,所述步驟s102包括:采用覆板法設(shè)計(jì)軟硬結(jié)合板的疊層結(jié)構(gòu)。
特別地,所述步驟s103包括:根據(jù)所述pcb層數(shù)、板厚、軟硬區(qū)基材、軟區(qū)長(zhǎng)度、阻抗期望控制值以及軟硬結(jié)合板的疊層結(jié)構(gòu),利用阻抗計(jì)算軟件polar計(jì)算硬區(qū)阻抗、線寬、線間距。
特別地,所述步驟s104包括:利用三維電磁仿真軟件hfss建立網(wǎng)格銅阻抗計(jì)算模型,根據(jù)硬區(qū)差分布線參數(shù)確定網(wǎng)格銅線寬、線間距。
特別地,所述步驟s105還包括:對(duì)高速軟硬結(jié)合板柔性區(qū)域的高速差分線進(jìn)行包地處理。
本發(fā)明提出的高速軟硬結(jié)合板設(shè)計(jì)方法通過(guò)確定合理的疊層結(jié)構(gòu),解決了軟硬結(jié)合板柔性區(qū)域彎折造成相鄰單片阻抗互相影響的問(wèn)題;利用網(wǎng)格銅約束軟硬區(qū)布線參數(shù)一致,避免軟硬過(guò)渡區(qū)變線寬產(chǎn)生的反射;通過(guò)控制柔性區(qū)域的高速信號(hào)線之間的間距,避免它們之間的串?dāng)_破壞信號(hào)完整性。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的高速軟硬結(jié)合板設(shè)計(jì)方法流程圖;
圖2a為本發(fā)明實(shí)施例提供的采用覆箔法的6層pcb板疊層結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2b為本發(fā)明實(shí)施例提供的采用覆板法的6層pcb板疊層結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3a為本發(fā)明實(shí)施例提供的采用覆箔法的8層pcb板疊層結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3b為本發(fā)明實(shí)施例提供的采用覆板法的8層pcb板疊層結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4a為本發(fā)明實(shí)施例提供的采用覆箔法的10層pcb板疊層結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4b為本發(fā)明實(shí)施例提供的采用覆板法的10層pcb板疊層結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5a為本發(fā)明實(shí)施例提供的采用覆箔法的12層pcb板疊層結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5b為本發(fā)明實(shí)施例提供的采用覆板法的12層pcb板疊層結(jié)構(gòu)示意圖;
圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的高速軟硬結(jié)合板的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明??梢岳斫獾氖?,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明,而非對(duì)本發(fā)明的限定。另外還需要說(shuō)明的是,為了便于描述,附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部?jī)?nèi)容,除非另有定義,本文所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例,不是旨在于限制本發(fā)明。
請(qǐng)參照?qǐng)D1所示,圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的高速軟硬結(jié)合板設(shè)計(jì)方法流程圖。
本實(shí)施例中高速軟硬結(jié)合板設(shè)計(jì)方法具體包括如下步驟:
s101、確定pcb層數(shù)、板厚、軟硬區(qū)基材、軟區(qū)長(zhǎng)度以及阻抗期望控制值。
s102、確定軟硬結(jié)合板的疊層結(jié)構(gòu)。
針對(duì)不同的軟硬結(jié)合板設(shè)計(jì),合理的疊層結(jié)構(gòu)對(duì)高速信號(hào)完整性有至關(guān)重要的影響。在設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)合理疊層從根源上消除相鄰柔性單片之間的影響。實(shí)際上,只有存在兩個(gè)或以上軟板單片且信號(hào)層在內(nèi)側(cè)時(shí),才會(huì)出現(xiàn)信號(hào)阻抗受影響的情況。因此最有效的方法就是在疊層的時(shí)候,充分考慮這一點(diǎn)。根據(jù)工藝的不同,印制板的疊層有兩種方式,分別為覆箔法與覆板法。如圖2a、3a、4a、5a所示,均為采用覆箔法的pcb板疊層結(jié)構(gòu),覆箔法的疊層結(jié)構(gòu)為次表層與次次表層為一張基材,頂?shù)讓硬捎酶层~箔的方式成型,如圖2a所示,6層板總共2張基材,分別為2/3兩層和4/6兩層,結(jié)構(gòu)為銅箔-pp片-銅箔-基材-銅箔-pp片-銅箔-基材-銅箔-pp片-銅箔;如圖2b、3b、4b、5b所示,均為采用覆板法的pcb板疊層結(jié)構(gòu),覆板法疊出的疊層結(jié)構(gòu)頂?shù)讓优c次表層為一張基材,如圖2b所示,6層板共有3張基材,結(jié)構(gòu)為銅箔-基材-銅箔-pp片-銅箔-基材-銅箔-pp片-銅箔-基材-銅箔。目前基本上都采用新工藝覆箔法,相較老工藝覆板法,新工藝更加省基材。但采用覆箔法設(shè)計(jì)出的軟硬結(jié)合板疊層結(jié)構(gòu),均會(huì)產(chǎn)生層間阻抗影響。而采用覆板法設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)在某些場(chǎng)合可以完美地消除這種影響,但是會(huì)付出層數(shù)增多的代價(jià)。如圖2a至圖5b所示,圖中t為top層、b為bottom層、g為平面層、s為信號(hào)層,由圖可知,采用覆箔法雖然相比覆板法節(jié)省基材,但對(duì)于軟硬結(jié)合板來(lái)說(shuō),這種工藝的疊層選擇大多會(huì)帶來(lái)多層軟板相鄰影響信號(hào)質(zhì)量的問(wèn)題,覆板法的疊層則可以在很多情況下避免這個(gè)問(wèn)題,其實(shí)最根本的疊層原則是盡量使軟板的信號(hào)層一面在外即面向空氣。在本實(shí)施例中采用采用覆板法設(shè)計(jì)軟硬結(jié)合板的疊層結(jié)構(gòu),當(dāng)然,如圖5b所示,覆板法12層的疊法依然會(huì)出現(xiàn)中間兩張軟板的信號(hào)層受影響的問(wèn)題,因此本發(fā)明通過(guò)包地走線以及差分傳輸來(lái)降低參考平面對(duì)高速信號(hào)線的影響。
s103、計(jì)算硬區(qū)阻抗、線寬、線間距,確定硬區(qū)差分布線參數(shù)。
根據(jù)所述pcb層數(shù)、板厚、軟硬區(qū)基材、軟區(qū)長(zhǎng)度、阻抗期望控制值以及軟硬結(jié)合板的疊層結(jié)構(gòu),利用阻抗計(jì)算軟件polar計(jì)算硬區(qū)阻抗、線寬、線間距??紤]相鄰柔性單片完全貼合的極限情況,采用阻抗計(jì)算軟件polar的帶狀線模式(即上下均有參考面)計(jì)算軟區(qū)阻抗,將實(shí)際印制板的疊層參數(shù)輸入進(jìn)去即可;與采用微帶線模式算出來(lái)的阻抗相比,帶狀線模式計(jì)算阻抗更小。
s104、根據(jù)硬區(qū)差分布線參數(shù)確定網(wǎng)格銅線寬、線間距。
利用三維電磁仿真軟件hfss建立網(wǎng)格銅阻抗計(jì)算模型,根據(jù)硬區(qū)差分布線參數(shù)確定網(wǎng)格銅線寬、線間距。針對(duì)軟硬過(guò)渡區(qū)域變線寬、線間距的情況,利用三維電磁仿真軟件hfss計(jì)算基于網(wǎng)格銅的阻抗,控制柔性區(qū)域線寬、線間距與硬區(qū)一致,從根源上解決線寬突變帶來(lái)的不利影響。
s105、根據(jù)所述疊層結(jié)構(gòu)及軟硬區(qū)布線約束完成高速軟硬結(jié)合板設(shè)計(jì)。在本實(shí)施例中利用pcb設(shè)計(jì)軟件如altiumdesigner等,根據(jù)所述疊層結(jié)構(gòu)及軟硬區(qū)布線約束完成高速軟硬結(jié)合板設(shè)計(jì),并對(duì)高速軟硬結(jié)合板柔性區(qū)域的高速差分線進(jìn)行包地處理,但要注意鋪銅間距,不能影響信號(hào)線阻抗。最后,在完成高速軟硬結(jié)合板的版圖設(shè)計(jì)后,按照不等長(zhǎng)加工要求進(jìn)行加工,對(duì)加工完成的pcb進(jìn)行阻抗測(cè)試驗(yàn)證。
下面舉例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如下:
首先確定好pcb層數(shù)為10,板厚1.5mm以下即可,硬區(qū)基材為常規(guī)fr4,軟區(qū)基材為1mm厚的聚酰亞胺(pi)材料,疊層關(guān)系如圖6所示,阻抗期望控制值為單端50歐姆,差分100歐姆,軟區(qū)長(zhǎng)度為100mm。
根據(jù)步驟s102中的10層板疊層原則,確定了如圖6的疊層關(guān)系,10層的軟硬結(jié)合板,內(nèi)層為2張軟板,需要傳輸高速信號(hào)。l1為top層,l10為bottom層,l3、l6為內(nèi)層信號(hào)層,l2、l4、l5、l7為平面參考層,l1和l2、l9和l10為常規(guī)硬板基材,中間2張為軟板基材,基材厚度如圖6所示。介質(zhì)兩面鍍銅,銅厚如圖6所示。圖中硬區(qū)阻焊以及軟區(qū)覆蓋膜(cvl)并未畫(huà)出,另外軟區(qū)連接兩邊硬區(qū),圖中未畫(huà)出右邊硬區(qū)部分。
已知阻抗期望控制值、層數(shù)、板厚要求、基材(厚度、介電常數(shù))、疊層關(guān)系,通過(guò)阻抗計(jì)算軟件polar,分別計(jì)算各層的單端以及差分線寬、線間距等設(shè)計(jì)參數(shù)。以硬區(qū)單端阻抗計(jì)算為例,阻抗模式為帶狀線,上下介質(zhì)厚度h為0.336mm,介電常數(shù)3.4,銅厚0.03mm,計(jì)算出的線寬為0.14mm,即5.5mil。按上述方法,依次計(jì)算各層的單端差分線寬線間距參數(shù)。
根據(jù)疊層、材料、硬區(qū)線寬、線間距參數(shù)等信息,在三維電磁仿真軟件hfss中建立軟區(qū)的阻抗模型。以軟區(qū)單端線的模型為例,為保證其與硬區(qū)一致,線寬取值0.14mm,軟區(qū)的線為微帶線,介質(zhì)厚度0.1mm,銅厚0.03mm,覆蓋膜按常規(guī)厚度0.05mm計(jì)算,通過(guò)substract操作將實(shí)心銅皮修改為網(wǎng)格銅,設(shè)置網(wǎng)格長(zhǎng)寬為變量,從而建立網(wǎng)格銅阻抗計(jì)算模型,模型建立完成后,在線的兩端加上端口,并附上輻射場(chǎng)邊緣,全部設(shè)置完成后仿真,可以得到該線的阻抗值與網(wǎng)格大小的關(guān)系,當(dāng)網(wǎng)格寬長(zhǎng)為5mil時(shí),線寬5.5mil的軟區(qū)單端線阻抗接近50歐姆。
本發(fā)明的技術(shù)方案通過(guò)確定合理的疊層結(jié)構(gòu),解決了軟硬結(jié)合板柔性區(qū)域彎折造成相鄰單片阻抗互相影響的問(wèn)題;利用網(wǎng)格銅約束軟硬區(qū)布線參數(shù)一致,避免軟硬過(guò)渡區(qū)變線寬產(chǎn)生的反射;通過(guò)控制柔性區(qū)域的高速信號(hào)線之間的間距,避免它們之間的串?dāng)_破壞信號(hào)完整性。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程,是可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成,所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中,該程序在執(zhí)行時(shí),可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中,所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為磁碟、光盤(pán)、只讀存儲(chǔ)記憶體(read-onlymemory,rom)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體(randomaccessmemory,ram)等。
以上結(jié)合具體實(shí)施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理,而不能以任何方式解釋為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制?;诖颂幍慕忉?zhuān)绢I(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它具體實(shí)施方式,這些方式都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。