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Type C的阻抗設(shè)計(jì)與制造工藝解析

文章出處：TypeC情報(bào)中心責(zé)任編輯：共營(yíng)電子發(fā)表時(shí)間：2023-11-01

?設(shè)計(jì)一個(gè)使用高速信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)有時(shí)是十分困難的，尤其是當(dāng)可供選擇的通信協(xié)議十分繁多的時(shí)候。雖然很多通信協(xié)議都是高速信號(hào)的理想選擇，但其中有一個(gè)協(xié)議特別受歡迎，那就是USB協(xié)議。它通常和游戲、汽車音響主機(jī)、PC和筆記本電腦應(yīng)用聯(lián)系在一起。由于支持多種類型的數(shù)據(jù)傳輸和高功率充電，USB協(xié)議已成為一種更通用的高速數(shù)據(jù)協(xié)議、接口和電纜規(guī)范。圖1展示了USB自1998年發(fā)布以來(lái)的發(fā)展歷程。

圖：?USB協(xié)議的發(fā)展歷程——2019年發(fā)布USB 4.0?

阻抗設(shè)計(jì)和工藝過(guò)程控制解析
為了更好的成本管控，目前大多數(shù)廠商采用對(duì)絞線來(lái)制作TypeC Rawcable。正常來(lái)說(shuō)，Raw線材性能只要管控好衰減和ILD參數(shù)，即可滿足TypeC的SI性能要求。因此，TypeCPCBA的設(shè)計(jì)和制程加工才是整個(gè)TypeCSI性能的瓶頸。TypeCCable性能好不好，主要看整個(gè)鏈路的阻抗是否連續(xù)平穩(wěn)且在規(guī)范要求的范圍（76～96Ω）內(nèi)。
如果阻抗在整個(gè)鏈路都比較平穩(wěn)，那它的IMR/IRL性能較好；反之，IMR/IRL性能會(huì)Fail。當(dāng)然，阻抗是否連續(xù)平穩(wěn)不僅會(huì)影響IMR/IRL的性能，而且影響衰減、串?dāng)_等SI參數(shù)。因此，TypeC線纜最關(guān)鍵的一點(diǎn)是阻抗控制。影響TypeC整條線纜阻抗連續(xù)性主要有6個(gè)區(qū)域：
（1）TypeC連接器本身的阻抗；
（2）TypeC連接器與PCBA焊接的SMT區(qū)域；
（3）PCBA板上阻抗線的區(qū)域；
（4）PCBA焊線區(qū)域；
（5）開(kāi)線口區(qū)域；
（6）SR鉚壓區(qū)域

TypeC PCBA的阻抗設(shè)計(jì)
TypeC接頭本身的阻抗一般設(shè)計(jì)為85Ω。由于TypeC連接器阻抗仿真及制造比較復(fù)雜，因此本文主要針對(duì)TypeC-連接器與PCBA焊接的SMT區(qū)域、PCBA板上阻抗線、PCBA焊接區(qū)域、開(kāi)線口區(qū)域以及SR鉚壓區(qū)域做設(shè)計(jì)仿真及分析。TypeC連接器與PCBA焊接的SMT區(qū)域、PCBA阻抗線和PCBA焊線區(qū)域的阻抗與PCBA設(shè)計(jì)關(guān)系密切。
TypeC連接器SMT工序和后工段的內(nèi)模工序會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域的阻抗下降10Ω左右。因此，針對(duì)PCBASMT區(qū)域的焊盤要做特別設(shè)計(jì)，需要上下兩面焊盤采用內(nèi)層錯(cuò)開(kāi)挖空的方式，如圖所示。另外，對(duì)鋼網(wǎng)的開(kāi)口和厚度也要做特別的規(guī)定。鋼網(wǎng)的開(kāi)口大小跟焊盤面積一樣，鋼網(wǎng)厚度建議為0.08mm。

Type C 新的線夾工藝
TypeC線纜的另外一個(gè)難點(diǎn)是可制造性不好。為了方便大批量生產(chǎn)，引入線夾工藝，即在焊接前先將線擺進(jìn)線夾再hotbar焊接的方式。引入線夾會(huì)增加高速差分對(duì)鋁箔開(kāi)口的長(zhǎng)度，導(dǎo)致top面和bot面高速差分對(duì)在開(kāi)線口區(qū)域的串?dāng)_增加。經(jīng)過(guò)多次改善和驗(yàn)證，終于找到了一種徹底解決串?dāng)_的線夾工藝。線夾方式是最常用的線夾工藝，開(kāi)線口阻抗不好控制，且高頻串?dāng)_特別是INEXT參數(shù)會(huì)出現(xiàn)不良。為了解決這個(gè)串?dāng)_不良，驗(yàn)證將線夾厚度由0.8mm增加1mm，驗(yàn)證結(jié)果仍不能完全解決TypeC串?dāng)_的問(wèn)題。

另外，TypeCGen2要求衰減更嚴(yán)格。隨著鍍錫Raw線材OD增大，整體的CableOD也相應(yīng)變大，制造變得越來(lái)越困難，制程對(duì)串?dāng)_的影響也變得越來(lái)越大，產(chǎn)品的制程工藝變得越來(lái)越困難，產(chǎn)品的良率也變得越來(lái)越差。為了從根本上解決TypeC高頻串?dāng)_的問(wèn)題，將線夾設(shè)計(jì)更改為如圖所示的方式，即將線夾套進(jìn)PCBA，以保證上下面的線夾開(kāi)線口區(qū)域通過(guò)PCB板的地平面隔離，有效降低開(kāi)線口阻抗和改善高頻串?dāng)_。

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