在閱讀和研究文章和互聯(lián)網(wǎng)上的大量觀點時，很容易假設知情人士一致認為，使用傳統(tǒng)低成本 PCB 材料進行下一代高速設計的日子已經(jīng)一去不復返了走了。還有一種觀點認為，現(xiàn)代技術(如 PCIe 5.0 及更高版本)的要求已將電路板設計和制造的界限推向了邊緣。

然而，仔細研究所涉及的材料和方法，提供了新的希望，盡管我們確實在沖刺越來越接近邊緣，但我們可以做出一些關鍵的調整，這可能會讓我們停止跨越它，在至少現(xiàn)在。

下一代 PCB 材料的成本

雖然使用下一代材料確實可以更容易地將新技術融入設計中，但這種能力和性能的提高是以實際成本為代價的：使用特殊材料制造 PCB 的成本要高得多。取決于設計細節(jié)，增加可能在 100% (2 倍) 甚至更多。

一些公司更愿意實現(xiàn)這一巨大飛躍，因為他們的系統(tǒng)和設計可以適應特殊材料的使用并吸收與使用相關的額外成本。然而，還有許多其他人受到更嚴格的設計和預算限制，這將使過渡更加困難。

出于這個原因，英特爾工程師一直在努力研究所涉及的各種因素，并提供多種方法，使設計人員能夠使用成本更低的當前 PCB 材料和工藝將下一代技術構建到他們的設計中。

成本不是唯一的考慮因素

將下一代技術融入您的設計時，制造成本的一些增加是不可避免的。不過，我們的研究已經(jīng)確定，可以通過多種變量將增長率控制在 30% 以內。

以下是從我們進行的研究中收集到的一些更容易應用的見解。但是，當您閱讀時，重要的是要記住，這種方法不是萬能的——在每個層面都需要權衡取舍，雖然總體成本很重要，但這只是必須考慮的因素之一經(jīng)過考慮的。

設計變量

在制造 PCB 時，必須考慮許多變量。然而，我們的努力已經(jīng)確定，最大的好處來自于特別關注其中四個設計變量：介電材料、銅的表面粗糙度、氧化工藝和疊層的優(yōu)化。對于每個設計變量，我們還列出了行業(yè)可以投入的選項，并提供具有成本效益的解決方案。

1.介電材料

傳統(tǒng)的 FR4 介電材料使用環(huán)氧基樹脂和 E-glass 增強系統(tǒng)來降低成本。特殊介電材料通常需要使用更昂貴的 PPE/PPO 基樹脂系統(tǒng)和/或低 D k玻璃以獲得更好的性能，從而增加整體制造成本。

選項：已開發(fā)出更新的生產(chǎn)方法，將環(huán)氧樹脂與 PPE/PPO 基樹脂相結合，從而使成品板具有可滿足性能要求但制造成本較低的性能特征。

2.銅的表面粗糙度

在理想情況下，高速信號將通過沒有表面粗糙度的銅制成的路徑。不幸的是，在現(xiàn)實世界中，使用“光滑”銅是不可能的，因為其他材料很難粘附到它上面，PCB 會分層和分崩離析。因此，PCB 制造中使用的所有銅都具有一定程度的粗糙度。對于具有更高電氣性能和更低損耗要求的電路板，制造商使用具有更低(更光滑)輪廓的銅。缺點是這些材料更昂貴。

選項：使用通常稱為 RTF2 的新型銅箔在市場上越來越受歡迎。RTF2 是一種具有不均勻粗糙度輪廓的銅箔，其性能接近超極薄型 (HVLP) 銅箔，但可以以較低的成本制造。下一代 RTF2 銅箔也在研究中，以實現(xiàn)類似 HVLP 的性能，同時將成本增加降至最低。

3.氧化工藝

在 PCB 制造中，通常需要表面氧化工藝來促進核心層和預浸料層之間的粘合，以實現(xiàn)最佳粘合。在此過程中必須達到精確的平衡，因為雖然增加銅箔的表面粗糙度將有助于提高附著力，但它會對銅輪廓產(chǎn)生重大負面影響，從而影響信號完整性。不精確或不必要的激進氧化工藝可以抵消通過在鍵合前過度粗糙化銅箔而獲得的改進。

選項：行業(yè)正在開發(fā)和采用低蝕刻氧化化學和粘合促進劑——它們可以降低銅表面粗糙化的要求，同時保持 PCB 所需的粘合強度。較少的表面氧化也減少了對信號完整性的潛在負面影響，使這種方法成為雙贏的。

4.疊層優(yōu)化

在某些方面，正確確定 PCB 疊層是性能優(yōu)化和成本最小化過程中唾手可得的成果，因為厚度很重要。

選項：仔細查看更常見的核心/預浸料層厚度選項的信號損耗特性時，很明顯，只需花時間確定正確的疊層，即可將損耗降至最低。在英特爾工程師進行的一項測試中，發(fā)現(xiàn)在測量信號損耗時，5/6 疊層(5 mil 核心厚度和 6 mil 預浸材料厚度)比使用相同基板和 3/9 疊層的性能高出 15% 以上。銅型材。

當然，這種方法不是灌籃，因為疊層的變化會對布線密度和噪聲耦合產(chǎn)生負面影響。然而，它確實強調了仔細選擇疊層及其信號完整性影響是性能和成本優(yōu)化過程中的關鍵步驟。

與學術界合作

如上所述，英特爾已開展這項研究工作，為那些可能難以甚至不可能將下一代材料構建到他們的系統(tǒng)和設計中的公司提供替代方案。但即使以英特爾擁有的大量資源，研發(fā)方面也存在著我們根本無法獨自填補的空白。

因此，學術界必須在各個層面參與這些努力。行業(yè)專家和院士在這一領域取得了一些進步，他們的共同目標是識別、研究和解決困擾 PCB 制造的問題。這種協(xié)作方法是確保我們的行業(yè)在未來多年繼續(xù)創(chuàng)新和發(fā)展的關鍵，就像今天一樣。