如何提升交換機(jī)56G信號(hào)傳輸?shù)腜CB可靠性設(shè)計(jì)

PCB板卡作為交換機(jī)硬件架構(gòu)的重要組成部分，承載著各種硬件器件和部件，其可靠性至關(guān)重要，直接影響交換機(jī)的整體性能。

隨著數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，交換機(jī)單lane信號(hào)速率也在飛速提升，這對(duì)PCB和SI設(shè)計(jì)而言都是全新的挑戰(zhàn)。本文將從PCB的硬件設(shè)計(jì)與加工兩個(gè)維度來(lái)闡述，如何提升交換機(jī)56G信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

× ? ? PCB設(shè)計(jì)可靠性 ? ?

1、PCB材料選擇

應(yīng)當(dāng)選取Hyper Low Loss高速板材，將損耗控制在-0.66db@12.89GHz以?xún)?nèi)，以滿(mǎn)足56G信號(hào)對(duì)Loss的需求。

2、PCB疊層設(shè)計(jì)

56G Serdes信號(hào)需要參考完整的GND平面，保證信號(hào)回流路徑最短的同時(shí)，又能避免信號(hào)層相鄰帶來(lái)的串?dāng)_。

Power平面通過(guò)GND平面與信號(hào)層完全隔離，保證了良好的電源完整性。

3、Serdes信號(hào)的TX和RX完全隔離設(shè)計(jì)

所有TX信號(hào)分布在上半層，RX信號(hào)分布在下半層，可以避免Serdes信號(hào)相互干擾。由于在交換芯片內(nèi)部，TX信號(hào)的PIN腳分布在芯片外側(cè)，RX信號(hào)的PIN腳分布在芯片內(nèi)側(cè)，信號(hào)通過(guò)過(guò)孔換層后，進(jìn)行過(guò)孔背鉆，這樣TX和RX信號(hào)實(shí)現(xiàn)完全隔離，避免互相干擾。

4、SI設(shè)計(jì)優(yōu)化

A、56G Serdes信號(hào)推薦采用十度線設(shè)計(jì)，能夠有效降低玻纖效應(yīng)帶來(lái)的阻抗不連續(xù)。

B、采用Via in pad設(shè)計(jì)，可以?xún)?yōu)化交換芯片和光模塊信號(hào)連接器區(qū)域阻抗的連續(xù)性。

C、反焊盤(pán)處理，需要通過(guò)調(diào)整過(guò)孔反焊盤(pán)的尺寸，優(yōu)化過(guò)孔阻抗的容性，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化過(guò)孔整體阻抗的目的。

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1、采用Skip Via技術(shù)

連接TOP層和第三層的過(guò)孔采用Skip Via技術(shù)，即通過(guò)控深鉆+激光鉆孔技術(shù)實(shí)現(xiàn)表層和第三層信號(hào)的連通?？厣钽@使用機(jī)械鉆頭將TOP層和第二層的銅皮打穿，利用激光的熱能和化學(xué)燒蝕將過(guò)孔周?chē)牟ＡЮw維清理干凈，之后對(duì)過(guò)孔化學(xué)沉銅并樹(shù)脂塞孔。此工藝，既實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的連通，又不會(huì)產(chǎn)生stub，對(duì)信號(hào)完整性的提升有很大幫助。

另外，對(duì)PCB制程而言，Skip Via工藝和盲孔工藝都可以達(dá)成同樣的效果，但Skip Via與盲孔相比，加工周期短（不用多次壓合），加工過(guò)程更簡(jiǎn)單，具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，推薦采用Skip Via工藝。

2、采用3D背鉆技術(shù)

推薦采用3D背鉆技術(shù)，該技術(shù)可以將過(guò)孔的stub精準(zhǔn)控制在2-8mil，能極大地改善反射對(duì)信號(hào)完整性帶來(lái)的影響。建議背鉆孔徑采用D+6方案，即背鉆鉆刀在一鉆鉆刀的基礎(chǔ)上直徑增加6mil，相較于常規(guī)的D+8方案，背鉆鉆刀直徑減小2mil，盡可能加大Serdes信號(hào)相鄰參考層（GND平面）的面積，避免Serdes信號(hào)出現(xiàn)跨分割風(fēng)險(xiǎn)。

3、采用樹(shù)脂塞孔技術(shù)

建議所有8-10mil的過(guò)孔全部采用樹(shù)脂塞孔技術(shù)。樹(shù)脂塞孔為真空塞孔，過(guò)孔內(nèi)100%填滿(mǎn)樹(shù)脂。相對(duì)于普通的綠油塞孔，樹(shù)脂塞孔的優(yōu)勢(shì)非常明顯，樹(shù)脂塞孔為全塞，過(guò)孔內(nèi)全部填滿(mǎn)樹(shù)脂，也就不會(huì)殘留空氣和水汽，從根本上避免了水汽對(duì)孔壁的腐蝕，提升了過(guò)孔的長(zhǎng)期可靠性，也就大大提升了板卡的使用壽命。

4、采用POFV技術(shù)

56G Serdes信號(hào)的收發(fā)端（交換芯片端和光模塊端）采用POFV（Plated over Filled Via）設(shè)計(jì)，也就是Via in pad技術(shù)，信號(hào)的換層過(guò)孔直接打在零件封裝的焊盤(pán)上。這樣既節(jié)省了PCB布局布線的空間，又極大提升了SI和PI的性能，一舉兩得。生產(chǎn)中，鉆孔環(huán)節(jié)完成之后，接著進(jìn)行孔壁沉銅，之后樹(shù)脂塞孔，然后電鍍填平，處理之后絲毫不會(huì)影響SMD器件的貼裝。

5、先進(jìn)的壓合技術(shù)

推薦采用PIN lam+CCD電磁熔合技術(shù)，最大限度地提升壓合對(duì)準(zhǔn)度，減小整體層偏，相鄰層層偏誤差可以控制在3mil以?xún)?nèi)，整體層偏可以控制在5mil以?xún)?nèi)。

6、精確的阻抗控制

所有內(nèi)層走線層銅厚均為1 OZ設(shè)計(jì)，內(nèi)層走線的阻抗精準(zhǔn)控制在±8%以?xún)?nèi)，表層采用0.5 OZ+plating設(shè)計(jì)，也可以將表層阻抗控制在±10%以?xún)?nèi)，以確保56G Serdes信號(hào)全鏈路阻抗的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

浪潮交換機(jī)的PCB板卡基于以上設(shè)計(jì)和制造，可靠性得到極大的提升，不僅能夠顯著優(yōu)化交換機(jī)在SI和PI方面的性能，而且有效降低了交換機(jī)的故障率，切實(shí)保障客戶(hù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。長(zhǎng)途漫漫，未來(lái)的日子里，我們?nèi)詫⒅铝τ赑CB品質(zhì)的深入研究，不斷提升產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

編輯：黃飛

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