Contrôle de l'impédance : Comment spécifier vos exigences pour les fabricants de PCB

Ce moment où vous passez une carte à la fabrication peut être stressant, surtout pour les nouveaux designs. Afin de vous assurer que votre conception peut être produite de manière fiable, vous devez vous assurer de communiquer un ensemble complet d'exigences à votre fabricant et à votre assembleur. Un des points importants qui doit être clairement spécifié avant la fabrication du PCB est les objectifs de contrôle de l'impédance. Cela aide à prévenir toute confusion et vous aide à passer rapidement le processus de révision de conception.

Comment indiquer à vos fabricants de PCB vos exigences en matière d'impédance

Comme tant de questions qui sont posées dans la conception de PCB, la réponse est : cela dépend. Habituellement, la réponse est « oui », mais si vous faites un peu de travail préparatoire, votre fabricant n'aura pas à fournir beaucoup d'effort pour vérifier vos calculs d'impédance.

Tous les fabricants doivent effectuer un certain niveau d'ingénierie préliminaire pour lancer votre carte en fabrication. Une partie de cela sera liée à la vérification que votre empilement est réalisable avec leurs stocks de matériaux, ce qui affecte inévitablement l'impédance. Certaines questions que vous pourriez vouloir envisager incluent :

• Demandez-vous certains services de conception de la part de votre fabricant ?
• Le fabricant doit-il effectuer des tests ou des mesures d'impédance ?
• Quels matériaux ont-ils en interne ou via des partenaires, et seront-ils adaptés à votre conception ?

Parfois, vous aurez besoin de spécifier l'impédance en fonction du niveau de service que vous recherchez auprès de votre fabricant. Les fabricants les moins chers ne vous demanderont probablement même pas votre avis sur l'impédance, ils produiront simplement ce que vous leur donnez avec un examen minimal. Dans certains cas, une conception a été suffisamment qualifiée et testée pour qu'un fabricant doive effectuer une rapide révision de la conception avant de mettre la carte en fabrication. Cependant, ils devront peut-être encore vérifier votre impédance par rapport à leurs tables de superposition et leurs stocks de matériaux disponibles juste pour s'assurer qu'ils peuvent atteindre votre objectif d'impédance. Au niveau de service le plus élevé, votre fabricant conçoit votre superposition pour vous et vous indiquera quelle largeur de piste vous devez atteindre pour obtenir une impédance désirée.

Si vous déterminez que vous devez spécifier des exigences de contrôle d'impédance pour un fabricant de PCB, il existe plusieurs manières acceptables de le faire.

Donnez à votre fabricant un tableau de superposition

Si vous avez créé un tableau de superposition complet, alors vous pouvez inclure votre spécification de contrôle d'impédance comme une note pour votre fabricant de PCB. Vous voudrez généralement inclure les informations suivantes :

1. Largeur de piste que vous avez déterminée pour une impédance simple terminaison requise
2. Répétez le point #1 pour l'impédance différentielle
3. Répétez les points #1 et #2 pour chaque couche
4. Spécifiez ces valeurs pour chaque géométrie de ligne de transmission sur chaque couche (coplanaire vs. microstrip/stripline)

Ces points sont importants à spécifier clairement car différentes géométries de pistes peuvent être présentes sur différentes couches, et elles pourraient également avoir des valeurs d'impédance différentes. Il est important d'être complet et clair dans vos notes de fabrication de PCB. La détermination de toutes les largeurs de pistes requises pour atteindre les objectifs d'impédance est l'une des parties essentielles de l'ingénierie en amont qui devrait normalement être effectuée par les concepteurs. Utiliser le bon calculateur de stackup avec un solveur de champ intégré rend cela facile.

Si vous développez un tableau d'empilement pour votre carte, assurez-vous d'ajouter une note concernant la largeur de piste requise pour atteindre une cible d'impédance comme montré ci-dessus. L'image ci-dessus est un exemple où l'épaisseur du pré-imprégné entre les couches 1-2 et entre 3-4 n'a pas été déterminée ; le stratifié et l'épaisseur seront déterminés par le fabricant pendant que le design est révisé. Tous les fabricants ne feront pas cela pour vous, c'est pourquoi vous devriez contacter un fabricant qui peut supporter votre empilement de couches et largeur de piste désirés pour vous assurer d'atteindre vos cibles d'impédance.

Si vous avez commencé votre projet de la bonne manière et que vous avez parlé à votre fabricant en premier, ils vous donneront un tableau d'empilement qui spécifie les largeurs de piste requises pour une impédance conçue. En supposant qu'ils approuvent vos matériaux requis ou qu'ils stockent un matériau de substitution approprié, ils retourneront un empilement calculé pour répondre à vos exigences d'impédance avec des largeurs de piste et des espacements spécifiés (pour les paires différentielles). Lorsque vous créez votre tableau d'empilement dans vos dessins de fabrication, suivez l'empilement original du fabricant et incluez la spécification d'impédance comme une note à côté du tableau d'empilement.

Spécifiez l'Impédance dans Vos Notes de Fabrication

Voici ce que les concepteurs font souvent lorsqu'ils se préoccupent uniquement de l'adaptation d'impédance, mais qu'ils ne conçoivent pas la carte autour des stocks de matériaux de leur fabricant. Les stratifiés de grade FR4 et d'autres matériaux peuvent être substitués les uns aux autres, mais cela pourrait nécessiter des modifications des largeurs de pistes dans votre conception afin d'atteindre les objectifs d'impédance. Typiquement, un concepteur choisira un matériel qui se conforme à une feuille de spécifications spécifique, et qui a probablement une propriété thermique spécifique qui lui importe. Il utilisera ensuite cette constante diélectrique pour déterminer la largeur de piste requise pour une impédance spécifique.

L'impédance sera ensuite spécifiée à l'aide d'une note dans un dessin de fabrication de PCB.

EXIGENCES D'IMPÉDANCE :
1. IMPÉDANCE DE ??? OHMS REQUISE POUR DES PISTES DE X.XXX MIL SUR LES COUCHES X, Y, Z.
2. IMPÉDANCE DIFFÉRENTIELLE DE ??? OHMS REQUISE SUR DES PISTES DE X.XXX MIL / ESPACEMENT DE X.XXX MIL SUR LES COUCHES X, Y, Z.

Cela est acceptable tant que vous savez que votre fabricant peut substituer des matériaux alternatifs qui garantiront que l'impédance dans chaque couche peut atteindre vos cibles. C'est une autre raison de parler à votre fabricant tôt ; demandez-leur leurs empilements standard et leurs règles de conception, et vous éliminerez le besoin de modifications de conception plus tard.

Créer un tableau d'impédance

Une option consiste à placer un petit tableau dans votre dessin de fabrication qui résume toutes les exigences d'impédance sur chaque couche. Encore une fois, vous spécifiez seulement une largeur et une valeur d'impédance sur cette couche particulière. Il s'agit soit de l'impédance que vous avez déterminée à partir d'un calculateur de stackup, soit de l'objectif d'impédance que vous avez besoin que le fabricant atteigne dans votre conception. Un tableau d'impédance simple (en couleur) que vous pouvez placer dans vos notes de fabrication est montré ci-dessous.

Incluez-le dans un SOW

Les petites séries de fabrication avec des services de prototypage rapide ne demandent presque jamais de déclaration de travail (SOW). Vous soumettez généralement vos données de conception via un portail en ligne ou par email, ils feront une offre, et lanceront la production tant que cela passe quelques vérifications de base de DFM. Les commandes plus importantes nécessiteront qu'une déclaration de travail soit soumise par vous (le client), et la maison de fabrication ajoutera sa liste de tâches et d'exigences pour que vous approuviez avant de commencer la production.

Lorsque vous commencez la conversation avec un fabricant de PCB, cela ne fait pas de mal de préparer un CdP (Cahier des Charges) ou une liste d'exigences qui inclut vos besoins en impédance, juste pour vous assurer qu'ils comprennent. Si vous avez demandé une revue de conception complète, ils vérifieront votre empilement et votre routage pour s'assurer que vous avez atteint les spécifications dans votre CdP.

Quoi d'autre devez-vous spécifier ?

Les exigences d'impédance ne sont pas le seul point que vous devez spécifier dans une conception, mais c'est l'un des points importants pour les cartes de circuits modernes. Outre les interfaces numériques à basse vitesse, vous devrez concevoir selon une spécification d'impédance et communiquer cela clairement. Il y a d'autres points importants à spécifier dans votre conception :

• Dimensions du sérigraphie
• Finition par placage
• Unités sur les dimensions de la carte
• Épaisseur totale de la carte
• Poids du cuivre fini (souhaité)
• Tolérances sur les dimensions de la carte
• Exigence de conformité RoHS
• Exigence de dépanelisation
• Niveau de spécification de performance IPC 6012

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