在 HDI 板上進(jìn)行高速信號(hào)走線時(shí),信號(hào)完整性、阻抗匹配和電磁干擾(EMI)等問題是我們常面臨的挑戰(zhàn)。其中,介電常數(shù)(Dk)、介質(zhì)損耗角正切(Df)和特性阻抗等參數(shù)對(duì)信號(hào)傳輸影響重大。例如,常規(guī) FR-4 材料的 Dk 約為 4.4,Df 在 0.02 左右,而低損耗的 PTFE 材料 Dk 可低至 2.2,Df<0.005,能顯著降低信號(hào)傳輸損耗,但成本會(huì)增加 3 - 5 倍,且加工工藝要求更高。
特性阻抗匹配是高速走線的關(guān)鍵。以 10Gbps 速率的差分信號(hào)為例,我們需將阻抗嚴(yán)格控制在 100±5Ω。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),線寬、介質(zhì)厚度和銅箔粗糙度的微小變化都會(huì)影響阻抗。比如,當(dāng)銅箔粗糙度 RA 從 0.5μm 增加到 1μm 時(shí),信號(hào)損耗會(huì)增加 15% - 20%。同時(shí),過孔也是影響阻抗的重要因素,每個(gè)常規(guī)過孔會(huì)引入約 0.2pF 的寄生電容和 5nH 的寄生電感,導(dǎo)致阻抗突變,需采用背鉆工藝去除 Stub(殘樁)以優(yōu)化。
電磁干擾問題在高密度布線中尤為突出。相鄰走線間的串?dāng)_會(huì)導(dǎo)致信號(hào)畸變,我們通常采用增加走線間距、添加屏蔽地線的方式抑制。但在 HDI 板空間緊張的情況下,這會(huì)壓縮布線資源。例如,將線間距從 8mil 增加到 12mil,可使串?dāng)_降低 30%,但布線密度會(huì)下降 25%。
在汽車自動(dòng)駕駛、5G 通信等高頻高速場(chǎng)景中,溫度變化對(duì)信號(hào)傳輸也有顯著影響。基材的熱膨脹系數(shù)(CTE)與銅箔不匹配時(shí),熱循環(huán)會(huì)導(dǎo)致走線應(yīng)力集中,引起阻抗漂移。常規(guī) FR-4 材料 CTE 約 15ppm/℃,而 BT 樹脂材料 CTE 約 8ppm/℃,雖能提升穩(wěn)定性,但成本大幅上升。
綜合來看,應(yīng)對(duì)高速信號(hào)走線挑戰(zhàn),需優(yōu)先選用低 Dk、低 Df 材料,嚴(yán)格控制工藝參數(shù)以保證阻抗匹配。在成本受限項(xiàng)目中,可采用混合材料方案,關(guān)鍵信號(hào)層用高性能材料,其他層用常規(guī)材料。同時(shí),通過仿真提前評(píng)估信號(hào)完整性,優(yōu)化布線方案,平衡性能與成本。