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Intel研致力于改进PCB中湿度的跟踪方法

初运网 时间:2020-10-15 14:04:18 来源:初运资讯网

业内研究表明,湿度会负面影响的完整性和可靠性。PCB中湿气的存在将改变PCB的质量、功能、热性能和热机械属性,进而影响总体性能。Intel研究人员正在寻找改进监视PCB中湿度的方法,因为湿度的变化对PCB性能和故障机制都有重要的影响。

可靠性一直是大多数研究PCB中湿度效应的工程师所关心的课题,这些研究中所指的湿气来自环境,即空气。然而,Intel有不同的研究方法。Intel公司数据中心企业系统工程部门高级主管工程师Richard Kunze解释说,数据中心的主要工作就是研究湿度和温度对电气性能的影响,特别是对高速信号的插入损耗影响,比如典型计算设备中使用的高速信号,尤其是数据中心服务器中使用的高速信号。

提到高速信号的性能劣化,Kunze宣称:“PCB中的湿气直接影响各种信号传播特性,而我们重点关注的是关键的插损指标。我们承认,湿气会被PCB吸收,因此问题随之变为在正常工作条件下PCB会吸收多少湿气、如何量化它对高速信号性能的影响。”

Kunze还表示,安装在PCB上的器件的功率耗散会提高PCB温度,而这种温升也会导致损耗增加,并影响PCB中的湿气含量。在即将发布的DesignCon论文中,他透露Intel将提供在各种不同PCB结构和材料下对这两种效应的简单检查结果,并尝试理解在整个工作状态下对性能的影响。

谈到表征湿度灵敏度和控制PCB中湿气含量的重量性,Kunze认为很难通过烘烤去除在叠层中使用了固态铜层的典型PCB中的湿气。他还表示,在PCB装配之前,裸板一般储存在真空密封的袋子中,并且附带有干燥剂。而在装配之后,PCB板就暴露在温度和湿度变化范围很大的工作环境中。“我们想要理解的一个问题是PCB在正常环境条件下工作时的湿度与温度状态。”他表示。

Kunze解释道,目前开展的许多湿度研究工作都是通过IPC认证的方法评估PCB中的湿气含量,即称量PCB暴露在水气之前和之后的重量。也有人通过观察电容的变化来推断PCB中的湿度。“我们的方法是通过对插损的影响来推断PCB湿度。”

事实上, Intel在三年前的DesignCon会议上就介绍过一种创新的方法,即在走线的同一端执行仅两个点的时域测量来判断插损。他们称之为“单端时域反射至差分插入损耗”,或SET2DIL。这种插损测试方法是Intel企业服务器事业部信号完整性负责人Jeff Loyer和Kunze自己一起开发的,现在已经成为一种经过IPC认证的用于确定差分插损的测试方法。

SET2DIL测试结构

SET2DIL测试结构

当问到设计师可以用来避免PCB中湿气的方法时,Kunze表示目前还不清楚设计师在限制湿气扩散方面可以发挥什么样的作用,至少从实际使用角度看是这样。他认为:“湿气吸入PCB板当然会受到固态铜层的阻碍,而且在某种程度上也要经过电介层中的玻璃纤维,但电路板设计师不得不为元件放置一些开口来实现电路板功能,因此设计中能在多大程度上阻止湿气进入电路板还不太清楚。”

不过Kunze表示,就电气性能而言,设计师需要认真考虑湿度和温升的影响,确保高速信号的劣化不会超出可接受的范围。“现在我们相信湿度可能不是想像中那么严重——但仍是重要的考虑因素——毕竟在高温条件下湿度对PCB电路板性能有较大的影响。

目前已经有几款成熟的工具可用于仿真包括PCB在内的结构中的湿气扩散。如今在Intel的华盛顿杜邦园区工作的Kunze表示,今后他们的研究工作将使用这些仿真工具评估工作状态的PCB中的湿气含量。


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