【经验】采用瑞萨R-Car H3 SOC的车载域控制器PCB叠层设计方案

时间： 2018-08-04 来源：世强

技术问答

瑞萨R-Car H3处理器（SOC）是汽车域控制器专用SOC，它拥有1384个PIN，功能多、系统复杂，PIN密度很大而PIN间距很小，因此用它来设计的域控制器，其PCB板叠层结构跟常用的很不一样，需要设计独特的PCB叠层结构。笔者曾设计过一款采用了瑞萨R-Car H3 SOC的域控制器，以下为其PCB叠层结构的设计分享。

R-Car H3的PIN脚分布如图1所示，整个SOC密密麻麻分布有39行和39列PIN脚，除去极少数不用的空PIN，一共有1384 PIN：

图1 R-Car H3 SOC PIN脚分布图

R-Car H3的尺寸相关参数见图2、图3：

图2 R-Car H3 尺寸图（a）

图3 R-Car H3 尺寸图（b）

从上述信息可知两PIN中心点之间的距离e=0.5mm，单个PIN pad直径b=0.25mm（供应商提供给我们的批次直径值），我们以图4来计算，4个小圆圈代表4个PIN PAD，其直径为0.25mm，两PIN中心点之间距为0.5mm，则两对角线（黄线）PIN中心之间的间距为0.5*1.414=0.707mm，那么4个PIN Pad之间包围的红圈其直径为0.707-0.25*2=0.207mm=8.15mils。

图4 R-Car H3 PIN Pad尺寸图

我们再来看图5，PCB制造商对表层走线的线宽线距限制为：表层走线最细为3mils（75um），走线或孔距离pad最小距离约为3.45mils（87.5um）。

因为通孔最小孔径为8mils，这意味着图4红圈内无法容下一个通孔的位置（如要容下一个通孔，则红圈直径最小为8mils+3.45mils=11.45mils），所以域控制器R-Car H3对应的PCB位置只能打激光孔（激光孔孔径最小为4mils）。

图5 PCB制造商对表层走线的线宽线距限制

激光孔的限制条件为一次最厚只能打穿3.5mils（铜箔+PP介质），也无法打穿Core（Core的厚度大于等于4mils），激光孔价格比通孔贵，打得越多激光孔价格越贵，因此激光孔的阶数越少越好，所谓阶数就是PCB压合过程中做过几次激光孔工艺流程，一次是一阶激光孔，图6就是一阶激光孔，蓝色圆圈是通孔，两个红圈内是激光孔，它的工艺是2-9层压合好以后打通孔，然后把1和10层压合上去后打一次激光孔流程，所以是一阶。

图6 10层PCB叠构图（一阶激光孔）

为了节约成本，激光孔打到第二层会拉出两排走线在第二层走，第一层不能走线了，全部作为Ground层当做第二层走线的参考层（回流层）。R-Car H3因为走线和电源种类都很多，评估下来至少4层走线层和2层电源，再加上参考层（Ground），因此需要10层板。很明显，一阶PCB不适合R-Car H3，因为如此多的走线根本仅靠一阶激光无法将它们打激光孔拉到第二层后全部走出R-Car H3下方区域，同理，二阶的话走线也走不出来，分析下来只能采取三阶激光孔工艺。

经过上述分析，最后设计的叠层结构方案如图7所示，其中L1/L3/L8/L10为Ground层，L2/L4/L7/L9为信号层，L5/L6这两层则为电源层，图中IVH、TH所指为通孔（压合过程两者均为通孔，压合完成后IVH为埋孔），LVH所指的为激光孔，其中IVH和TH他们均可以为电源/信号线通过激光孔拉到R-Car H3以外的区域后所打的孔，而IVH还可以是打在R-Car H3下方（通过三阶激光孔走了很多线以后此时R-Car H3下方信号大规模减少了，空出来很多空间可以打通孔）。