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Using 3D Electromagnetic Simulation Software to Improve Design for Manufacturability for High-Speed 2-Layer PCB
Thesis

Using 3D Electromagnetic Simulation Software to Improve Design for Manufacturability for High-Speed 2-Layer PCB

湯智捷
Masters, National Tsing Hua University
2008

Abstract

系統級封裝兩層印刷電路板特性阻抗傳輸線效應防護線 SiP2-layer PCBimpedancetransmission lineGuard line
系統級封裝(System in Package, SiP)因為設計簡單、容易整合以及上市時間快,所以目前大量的被業界所採用。過去,因為系統的頻率較低,所以SiP中用來連接系統內各個元件的金屬線可以被視為完美的聯接線,不會有延遲以及干擾的產生。所以各種的印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)都可以被選擇使用而不會影響整體系統的功能。但隨著目前產品所需的執行頻率越來越高,我們必須將系統級封裝中的金屬聯接線視為傳輸線(Transmission line)。並且傳輸線所衍生出訊號完整度(signal integrity)的種種問題,例如:阻抗匹配(impedance match)、電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)等等變成在系統級封裝設計時必須要考慮的重要因素。為了保證設計的正確性,印刷電路板的選擇,變成設計時必須要考量的因素之一。在高速印刷電路板設計中,四層板因為具有完整的接地層所以可以使用夾心帶線(stripline)或是微帶線(microstrip)的結構做為傳輸線的設計,所以相對的阻抗是可以預期的,因此廣泛的被業界所使用。而缺乏完整參考層的兩層板,因為結構上的限制,所以無法使用夾心帶線或是微帶線的結構來做為傳輸線所使用。因為目前缺乏可用的電子設計自動化(EDA)軟體的關係,所以其電性難以被估計,難以分析阻抗所帶來的影響,故往往被視為不可行的方法。然而在目前的業界,如何縮小產品的體積以及降低成本是非常重要的兩個議題,相形比較之下兩層板在體積以及成本上皆有低於四層板的優勢,不應該被排除在選擇外。 對於兩層板難以估計的電性,本篇論文將會利用三維的電磁模擬軟體,對兩層板進行電感、電容與電阻的分析,進而分析其與四層板的差異,並藉由SPICE模擬最終的波形,進而找出兩層板的問題所在。並探討防護線(guard line)所帶來的好處。希望能提供設計者在使用高速兩層板時的建議,以提昇兩層板設計的可利用性以及降低製成的成本。

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