雙面壓接背板可靠性研究
在國(guó)內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)4G（Gap，代）建設(shè)和4.5G或5G布局中，高頻高速單板和功放產(chǎn)品板已經(jīng)實(shí)現(xiàn)38Gbps（Giga，10億）傳輸速率，這些產(chǎn)品往往用于高速信號(hào)的輸入和輸出，而輸入到輸出之間需要大容量背板實(shí)現(xiàn)信號(hào)的交換。
早些年常規(guī)的大尺寸背板已經(jīng)不能滿足日益膨脹的大數(shù)據(jù)的信息交換，比如100Gbps（背板帶寬，是交換機(jī)接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量）傳輸速率就不能通過無限擴(kuò)大背板尺寸和厚度來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換功能，且尺寸和厚度也受制于PCB內(nèi)層、層壓、鉆孔和電鍍?cè)O(shè)備的制作能力限制，所以為了提高布線和壓接密度，產(chǎn)品需要全面優(yōu)化設(shè)計(jì)。一旦實(shí)現(xiàn)100Gbps到200Gbps、400Gbps的跨越，則通信產(chǎn)品升級(jí)到1Tbps（=1024 Gbps）的傳輸速率也將指日可待。本論文將研究高速背板實(shí)現(xiàn)需要涉及的關(guān)鍵因素和PCB產(chǎn)品制作過程的可靠性保證。
2.1
圖1 背板產(chǎn)品示意圖
在2007年之前
電信通訊網(wǎng)絡(luò)主要提供語音和文字（短信、彩信等）服務(wù)，這些基礎(chǔ)服務(wù)包含的數(shù)據(jù)量小，對(duì)背板的傳輸速率要求低，產(chǎn)品工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，使用普通的FR4板料（比如S1141，EG-150T）就可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商要求的基本功能。這階段的背板典型設(shè)計(jì)規(guī)格尺寸845mm╳485mm，層數(shù)20層，板厚4.5mm，壓接孔成品孔徑0.60±0.05mm，有特性和差分阻抗要求，沒有背鉆設(shè)計(jì)要求。
2008年
客戶端增加了PCB背鉆工藝，即要求在高頻信號(hào)條件下，減少輸入電信號(hào)在過電孔內(nèi)反射產(chǎn)生的衰減，這種結(jié)構(gòu)一直沿用到現(xiàn)在，但是壓接孔成品孔徑要求提升到了0.50±0.05mm。為了解決電鍍深鍍能力，提出了8.0mm厚度背板采用Z向互連的設(shè)計(jì)方案，也即通過子板+芯板互連+子板方式實(shí)現(xiàn)雙面壓接，以期提高布線和壓接密度，但是由于大尺寸背板子板厚度均勻性、粘結(jié)材料和導(dǎo)電膠方面的缺陷導(dǎo)致母板在Z向連接位置出現(xiàn)裂紋開路和導(dǎo)電材料擴(kuò)散短路,最終導(dǎo)致該方案未能推廣。
圖2 Z向互連方案
2012-2013年
3G網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)范圍內(nèi)廣泛布局建設(shè)和投入運(yùn)營(yíng)。3G網(wǎng)絡(luò)通訊在原有2G語音和文字服務(wù)基礎(chǔ)上增加了視頻服務(wù)，2014年5月4G網(wǎng)絡(luò)正式開通，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率又在3G的基礎(chǔ)上快了10倍。通訊網(wǎng)絡(luò)提供的信息量成幾何級(jí)數(shù)陡增，傳輸速率也變得更快，為此對(duì)背板帶寬提出了越來越高的要求。
2014-2015年
“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略將集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制模式轉(zhuǎn)變，將建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)“智能工廠”和“智能生產(chǎn)”物聯(lián)網(wǎng)，這些功能的實(shí)現(xiàn)都需要更快的數(shù)據(jù)傳輸速率。現(xiàn)階段100Gbps的傳輸速率迫切需要升級(jí)到200和400Gbps，同時(shí)2016年3月開始的“十三五規(guī)劃”已經(jīng)明確提出在5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率1Tbps的目標(biāo)，為此新一代的背板需要承擔(dān)這個(gè)使命，其相關(guān)的背板技術(shù)指標(biāo)要求也已清晰展現(xiàn)在我們面前。
2.2
不同傳輸速率時(shí)印制板因素對(duì)高速信號(hào)特性的敏感程度關(guān)系如下(從左向右因素與頻率相關(guān)性越高)：
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關(guān)于IPC
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