下一代VPX背板生产技术

新一代的VPX协议已经出台，而下一代协议也即将出现。令人兴奋的高速世界已经来到，我们目前对它一无所知，但今天的技术将被取代。VPX正在“发展”。下一代PCIe和以太网将为VPX信号通道增加更多的复杂性。我们看到数据速率呈指数级增长，并且VPX的发展已经开始。

VPX的发展正在发生什么变化?促进这种发展的挑战是什么?硬件和对高速通道的理解需要明显的升级，但是我们还必须考虑生产和测试环境：连接器技术、 工程知识、PCB材料、模拟能力、PCB制造、自动化生产、自动化组装测试、 生产级信号完整性测试。

信号完整性–并非尽头

我们都知道，连接器和PCB材料需要进行升级，同时需要工程学知识和专业知识才能进行高速设计。由于回钻、长宽比、铜粗糙度、公差和阻抗控制、PCB制造也是一个挑战(见图1)。

图1：下一代VPX的背板PCB孔尺寸

信号完整性是定义通道参数以实现高速性能所必需的基本原则。在信号完整性上花费了大量时间和精力，这是可以理解的。

下一代产品投产后会发生什么?我们在背板设计和组装方面的30年经验告诉我们，高速背板的生产与信号完整性同等重要，以确保在背板的生产阶段不会推翻所有工程和设计工作。

“必须解决底板上的VPX信号完整性，以避免互操作性问题，随着我们转向更高的串行波特率，这种问题将变得越来越严重，” VITA杰出研究员Bob Sullivan说。

正如信号完整性所证明的那样，更高的数据速率需要更小的引脚和通孔。新的连接器包括短至1.10mm的引脚，并将它们压入0.37mm的电镀孔中。这将重点放在确保这些引脚正确组装且不会损害信号的性能上。

由于使用了手动压力机和有限的测试技术，以往的组装技术将难以加工新一代的顺应针。我们需要100%确信所有兼容的引脚都正确地定位在通孔中，这是生产环境中的挑战。

生产和测试的重要性

确保背板按设计运行和运行的最后阶段是生产和测试阶段。工程的几天、几周和几个月，信号完整性仿真、PCB设计和后期仿真都花费在调整PCB设计上，以实现最佳性能。

如果连接器引脚未正确插入PCB孔中，则几个月的工程工作可能会很快推倒重来。

图2：弯曲的引脚的X射线图像。

在连接器引脚区域中有数百个引脚，如果我们看不到一个弯曲的引脚，我们该如何检测呢? (请参见图2)。未正确插入的插针会导致系统故障，需要在底板离开生产环境之前对其进行检测和修复。

引脚弯曲和信号

在高数据速率下，设计和生产中的最小差异可能对性能产生最大影响。生产引起的故障对信号有什么影响?弯曲的引脚将对信号产生明显的影响，包括但不限于阻抗下降、插入损耗、回波损耗和模式转换。

弯曲引脚的作用不仅限于对信号的直接作用。如果未检测到引脚，随时间推移会发生什么。 VPX系统通常部署在最恶劣的环境中。随着时间的推移，顺应针可能会因冲击和振动而损坏连接器和PCB。在PCB的保护表面上造成磨损，并可能短路到另一个铜部件。该插针可能会脱离连接器，并成为一个浮动物体，这可能会导致其他两个兼容插针之间发生短路。

促进技术发展

工程师、连接器供应商和PCB供应商都已加紧努力，并为VPX提供了更高数据速率的途径。生产环境是确保VPX成功发展到下一代产品的链中最后一个环节。必须有投资和基础设施以促进生产。

我们需要什么设备和工艺才能成功组装下一代VPX背板?我们如何处理底板以确保新一代顺应针的完整性参见图3)? 除非您访问了能够生产高达56G PAM4背板的专用背板生产设施，否则您可能会对所涉及的技术感到惊讶：光辅助连接器放置、印前顺应针接合、自动压接机、自动针扫描光学检查、自动100%X射线检查、自动100%自动SI测试、自动电气测试、高压电源测试、现场信号完整性专家。

图3：100%的生产水平对每个信号进行信号完整性测试可以识别PCB上缺失或不正确的反钻，否则这些反钻是不可见的。该测试将识别并消除否则无法检测到的PCB制造错误。

我们对自动压机的使用使我们能够对机器进行编程，以识别压机过程中的异常情况。每个连接器都有设定的轮廓和正确按压连接器的预期力。如果在组装过程中记录的力不同于轮廓，则标记该组件并检查是否有潜在的弯曲销钉。

除设备外，还需要将产品引入生产环境并通过生产环境所需的专业知识。该过程通常在项目的早期阶段开始，即信号完整性模拟完成并且PCB布局开始时：制造设计、组装设计、测试设计、现场应用工程师(FAE)产品支持、 详细简洁的PCB制造说明、 PCB制造商控制–正确的钻头尺寸和电镀，正确的钻孔工艺，预钻和多层钻削，孔T / P和后钻短管控制。

例如，为避免在顺应针的电镀孔内电镀膝盖，钻孔过程应始终从PCB的压配合侧开始，以确保顺应针干净地进入电镀孔。必须给PCB制造商明确的指示，以控制电镀孔的完整性。他们不知道孔是用来做什么的，也不知道PCB的数据速率。

我们对PCB供应商进行定期审核和抽查，以确保质量保持不变，并且不会对信号产生不利影响。

处理高速VPX背板需要大量的专业知识。在数据速率也呈指数增长的IT /数据通信市场发展的几年中，我们看到了与我们的经验相同的比较。VPX现在需要我们为促进IT /数据通信的发展而投资的所有工程和生产专业知识，设备和基础架构。

生产和测试通常是确保信号完整性的链中被遗忘的环节，就像任何一条链一样，它的强度仅与最弱的环节一样强。让我们不要忘记生产的重要性。

我们认为生产是促进技术发展的重要组成部分。