Printed boards and printed board assemblies - Design and use - Part 1-2: Generic requirements - Controlled impedance

The aim in packaging is to transfer a signal from one device to one or more other devices through a conductor. High-speed designs are defined as designs in which the interconnecting properties affect circuit performance and require unique considerations.

Cartes imprimées et cartes imprimées équipées - Conception et utilisation - Partie 1-2: Prescriptions génériques - Impédance contrôlée

L'objectif de l'encapsulation consiste à transférer un signal d'un dispositif à un ou plusieurs autres dispositifs au travers d'un conducteur. Les conceptions rapides sont définies comme des conceptions dont les propriétés d'interconnexion influent sur les performances du circuit et exigent des considérations particulières.

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24-Sep-2020
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IEC 61188-1-2:1998 - Printed boards and printed board assemblies - Design and use - Part 1-2: Generic requirements - Controlled impedance
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NORME
CEI
INTERNATIONALE
IEC
61188-1-2
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
1998-04
Cartes imprimées et cartes imprimées équipées –
Conception et utilisation –
Partie 1-2:
Prescriptions génériques –
Impédance contrôlée
Printed boards and printed board assemblies –
Design and use –
Part 1-2:
Generic requirements –
Controlled impedance
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 61188-1-2:1998
---------------------- Page: 1 ----------------------
Numéros des publications Numbering

Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are

sont numérotées à partir de 60000. issued with a designation in the 60000 series.

Publications consolidées Consolidated publications

Les versions consolidées de certaines publications de Consolidated versions of some IEC publications

la CEI incorporant les amendements sont disponibles. including amendments are available. For example,

Par exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 edition numbers 1.0, 1.1 and 1.2 refer, respectively, to

indiquent respectivement la publication de base, la the base publication, the base publication

publication de base incorporant l’amendement 1, et la incorporating amendment 1 and the base publication

publication de base incorporant les amendements 1 incorporating amendments 1 and 2.

et 2.
Validité de la présente publication Validity of this publication

Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept under

constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état constant review by the IEC, thus ensuring that the

actuel de la technique. content reflects current technology.

Des renseignements relatifs à la date de Information relating to the date of the reconfirmation of

reconfirmation de la publication sont disponibles dans the publication is available in the IEC catalogue.

le Catalogue de la CEI.

Les renseignements relatifs à des questions à l’étude et Information on the subjects under consideration and

des travaux en cours entrepris par le comité technique work in progress undertaken by the technical

qui a établi cette publication, ainsi que la liste des committee which has prepared this publication, as well

publications établies, se trouvent dans les documents ci- as the list of publications issued, is to be found at the

dessous: following IEC sources:
• «Site web» de la CEI* • IEC web site*
• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications

Publié annuellement et mis à jour régulièrement Published yearly with regular updates

(Catalogue en ligne)* (On-line catalogue)*
• Bulletin de la CEI • IEC Bulletin

Disponible à la fois au «site web» de la CEI* et Available both at the IEC web site* and as a

comme périodique imprimé printed periodical
Terminologie, symboles graphiques Terminology, graphical and letter
et littéraux symbols

En ce qui concerne la terminologie générale, le lecteur For general terminology, readers are referred to

se reportera à la CEI 60050: Vocabulaire Electro- IEC 60050: International Electrotechnical Vocabulary

technique International (VEI). (IEV).

Pour les symboles graphiques, les symboles littéraux For graphical symbols, and letter symbols and signs

et les signes d'usage général approuvés par la CEI, le approved by the IEC for general use, readers are

lecteur consultera la CEI 60027: Symboles littéraux à referred to publications IEC 60027: Letter symbols to

utiliser en électrotechnique, la CEI 60417: Symboles be used in electrical technology, IEC 60417: Graphical

graphiques utilisables sur le matériel. Index, relevé et symbols for use on equipment. Index, survey and

compilation des feuilles individuelles, et la CEI 60617: compilation of the single sheets and IEC 60617:

Symboles graphiques pour schémas. Graphical symbols for diagrams.

* Voir adresse «site web» sur la page de titre. * See web site address on title page.

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NORME
CEI
INTERNATIONALE
IEC
61188-1-2
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
1998-04
Cartes imprimées et cartes imprimées équipées –
Conception et utilisation –
Partie 1-2:
Prescriptions génériques –
Impédance contrôlée
Printed boards and printed boards assemblies –
Design and use –
Part 1-2:
Generic requirements –
Controlled impedance
 IEC 1998 Droits de reproduction réservés  Copyright - all rights reserved

Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni No part of this publication may be reproduced or utilized in

utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun any form or by any means, electronic or mechanical,

procédé, électronique ou mécanique, y compris la photo- including photocopying and microfilm, without permission in

copie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'éditeur. writing from the publisher.

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Commission Electrotechnique Internationale
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International Electrotechnical Commission
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---------------------- Page: 3 ----------------------
– 2 – 61188-1-2 © CEI:1998
SOMMAIRE
Pages

AVANT-PROPOS ............................................................................................................ 4

INTRODUCTION ............................................................................................................. 6

Articles

1 Domaine d'application............................................................................................... 8

2 Références normatives ............................................................................................. 8

3 Vue d'ensemble de la conception technique .............................................................. 8

3.1 Sélection du dispositif ........................................................................................ 8

3.2 Intraconnexion ................................................................................................... 10

3.3 Cartes imprimées et cartes imprimées équipées................................................. 12

3.4 Prescriptions de performance............................................................................. 16

3.5 Répartition de la puissance ................................................................................ 36

4 Conception des circuits d'impédance contrôlée ......................................................... 38

4.1 Configurations ................................................................................................... 38

4.2 Equations .......................................................................................................... 40

4.3 Règles de conception d'impédance contrôlée ..................................................... 46

4.4 Règles de diaphonie .......................................................................................... 48

4.5 Règles de conception de coupon........................................................................ 50

4.6 Règles relatives au découplage/condensateur .................................................... 54

5 Conception relative à la fabrication ........................................................................... 58

5.1 Règles de processus en CAO (conception assistée par ordinateur) .................... 58

5.2 Complexité de la conception et corrélation avec le coût ...................................... 58

6 Description des données........................................................................................... 58

6.1 Détails de construction....................................................................................... 60

6.2 Isolation des données par classe de filet (bruit, cadencement, capacité

et impédance).................................................................................................... 60

6.3 Performances électriques................................................................................... 62

7 Matériau ................................................................................................................... 62

7.1 Systèmes résineux............................................................................................. 62

7.2 Renforts............................................................................................................. 62

7.3 Feuilles préimprégnées, couches de liaison et adhésifs...................................... 64

7.4 Dépendance vis-à-vis de la fréquence................................................................ 64

8 Fabrication ............................................................................................................... 64

8.1 Généralités ........................................................................................................ 64

8.2 Processus de préproduction............................................................................... 66

8.3 Processus de production.................................................................................... 70

8.4 Impact des défauts à haute fréquence................................................................ 74

8.5 Description de données...................................................................................... 78

9 Essai de réflectométrie temporelle (TDR).................................................................. 78

9.1 Justification ....................................................................................................... 78

Annexe A – Unités, symboles et terminologie................................................................... 82

---------------------- Page: 4 ----------------------
61188-1-2 © IEC:1998 – 3 –
CONTENTS
Page

FOREWORD ................................................................................................................... 5

INTRODUCTION ............................................................................................................. 7

Clause

1 Scope....................................................................................................................... 9

2 Normative references................................................................................................ 9

3 Engineering design overview..................................................................................... 9

3.1 Device selection................................................................................................. 9

3.2 Intraconnection .................................................................................................. 11

3.3 Printed board and printed board assemblies....................................................... 13

3.4 Performance requirements................................................................................. 17

3.5 Power distribution .............................................................................................. 37

4 Design of controlled impedance circuits .................................................................... 39

4.1 Configurations ................................................................................................... 39

4.2 Equations .......................................................................................................... 41

4.3 Controlled impedance design rules..................................................................... 47

4.4 Cross-talk rules ................................................................................................. 49

4.5 Coupon design rules .......................................................................................... 51

4.6 Decoupling/capacitor rules ................................................................................. 55

5 Design for manufacturing.......................................................................................... 59

5.1 Process rules in CAD ......................................................................................... 59

5.2 Design complexity and correlation to cost........................................................... 59

6 Data description........................................................................................................ 59

6.1 Details of construction........................................................................................ 61

6.2 Isolation of data by net class (noise, timing, capacitance and impedance)........... 61

6.3 Electrical performance ....................................................................................... 63

7 Material .................................................................................................................... 63

7.1 Resin systems ................................................................................................... 63

7.2 Reinforcements.................................................................................................. 63

7.3 Prepregs, bonding layers and adhesives ............................................................ 65

7.4 Frequency dependence...................................................................................... 65

8 Fabrication ............................................................................................................... 65

8.1 General ............................................................................................................. 65

8.2 Preproduction processes.................................................................................... 67

8.3 Production processes......................................................................................... 71

8.4 Impact of defects at high frequencies ................................................................. 75

8.5 Data description................................................................................................. 79

9 Time domain reflectometry (TDR) testing .................................................................. 79

9.1Rationale........................................................................................................... 79

Annex A – Units, symbols, and terminology...................................................................... 83

---------------------- Page: 5 ----------------------
– 4 – 61188-1-2 © CEI:1998
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
___________
CARTES IMPRIMÉES ET CARTES IMPRIMÉES ÉQUIPÉES –
CONCEPTION ET UTILISATION –
Partie 1-2: Prescriptions génériques –
Impédance contrôlée
AVANT-PROPOS

1) La CEI (Commission Electrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation composée

de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a pour objet de

favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de

l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes Internationales.

Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le

sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en

liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation

Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.

2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques, représentent, dans la mesure

du possible un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés

sont représentés dans chaque comité d’études.

3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés

comme normes, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les Comités nationaux.

4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de

façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes

nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale

correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.

5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité

n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.

6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire

l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour

responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.

La Norme internationale CEI 61188-1-2 a été établie par le comité d'études 52 de la CEI:

Circuits imprimés.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
52/758/FDIS 52/762/RVD

Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant

abouti à l'approbation de cette norme.
L'annexe A est donnée uniquement à titre d'information.
---------------------- Page: 6 ----------------------
61188-1-2 © IEC:1998 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
___________
PRINTED BOARDS AND PRINTED BOARD ASSEMBLIES –
DESIGN AND USE –
Part 1-2: Generic requirements –
Controlled impedance
FOREWORD

1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising

all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote

international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To

this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is

entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may

participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising

with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International Organization

for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the two

organizations.

2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an

international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation

from all interested National Committees.

3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form

of standards, technical reports or guides and they are accepted by the National Committees in that sense.

4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International

Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any

divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly

indicated in the latter.

5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any

equipment declared to be in conformity with one of its standards.

6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject

of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

International Standard IEC 61188-1-2 has been prepared by IEC technical committee 52:

Printed circuits.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
52/758/FDIS 52/762/RVD

Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on

voting indicated in the above table.
Annex A is for information only.
---------------------- Page: 7 ----------------------
– 6 – 61188-1-2 © CEI:1998
INTRODUCTION

L'encapsulation du matériel électronique a traditionnellement fait l'objet de considérations

mécaniques. La conception de l'encapsulation présente une complexité croissante tandis que

les techniques électroniques actuelles offrent une vitesse de commutation et une densité

d'intégration plus élevées. Les puces individuelles possèdent un plus grand nombre de

connexions pour des tailles de boîtier de puce plus réduites. Afin de tirer le meilleur avantage

de la densité et de la vitesse du dispositif, il faut que les concepteurs accordent beaucoup plus

d'attention aux problèmes posés par les phénomènes de propagation d'ondes

électromagnétiques associés à la transmission de signaux de commutation au sein du

système. De nouvelles disciplines et stratégies de conception sont nécessaires. Les cartes de

circuit à impédance contrôlée s'inscrivent dans le cadre de cette stratégie.

L'interconnexion et l'encapsulation de composants électroniques relevaient principalement du

domaine des concepteurs en mécanique qui se préoccupaient de facteurs tels que le poids, le

volume, la puissance et le facteur de forme, les interconnexions étant spécifiées dans des

listes de câblage ou listes de filet. Le routage des signaux pour conducteurs électriques était

réalisé sans autres préoccupations que celle du maintien de la continuité entre les points, de la

présence de cuivre en quantité suffisante dans les conducteurs pour le passage du courant et

du respect du dégagement afin d'empêcher une rupture de tension. Les performances

électriques du signal devaient garantir la qualité du trajet électrique, mais ne constituaient pas

une préoccupation majeure.

Les progrès réalisés dans le domaine des circuits intégrés numériques font apparaître de

nouveaux dispositifs offrant des temps de montée extrêmement rapides intégrés à des boîtiers

microélectroniques à forte densité. Afin d'optimiser les performances du système, ces

dispositifs nécessitent des techniques de câblage permettant des interconnexions à forte

densité tout en offrant des performances électriques supérieures.

De nombreux problèmes de système sont associés au traitement numérique rapide, mais

aucun n'a fait l'objet d'autant d'attention, récemment, que l'interconnexion. Il est évident que

lorsque les vitesses de système augmentent, l'interconnexion, l'encapsulation et les cartes à

circuit représentent les goulets d'étranglement responsables du ralentissement des

performances du système. Les systèmes utilisant un circuit 100 K ECL subissent un

ralentissement de presque 55 % au niveau de l'encapsulation et de l'interconnexion. Le CMOS

est normalement considéré comme une technique «lente», mais elle s'intègre à des

fréquences d'horloge dépassant 100 MHz. Dans ces cas, non seulement le retard du système

constitue un problème, mais la question de l'affaiblissement du signal se pose au niveau des

dispositifs BiCMOS à faible puissance, à faible tension et présentant une marge de bruit

inférieure.
---------------------- Page: 8 ----------------------
61188-1-2 © IEC:1998 – 7 –
INTRODUCTION
Packaging of electronic equipment has traditionally been an area for mechanical
considerations. Packaging design is becoming more complex as today's electronics

technologies are available in greater switching speed and higher density per chip. Individual

chips have greater numbers of connections in smaller chip package sizes. To take maximum

advantage of device density and speed, designers must pay much more attention to problems

of electromagnetic wave propagation phenomena associated with transmission of switching

signals within the system. New design disciplines and design strategies are needed. Controlled

impedance printed boards are a part of this strategy.

Interconnection and the packaging of electronic components primarily have been the domain of

mechanical designers who were concerned with such factors as weight, volume, power, and

form factor and with interconnections specified in wire listing or net lists. Electrical conductors

for signal transmission were routed with only a few concerns, that continuity was maintained

between points, conductors had sufficient copper for the current and clearance was maintained

to prevent voltage breakdown. Aside from providing a good electrical path, the electrical

performance of the signal was not a major concern.

Advances in digital integrated circuits introduce new devices with extremely fast rise times

which are housed in high density microelectronic packages. In order to optimize system

performance, these devices require a wiring technology that supports high density

interconnection and, at the same time, provides superior electrical performance.

While many system problems are associated with high speed digital processing, none has

received more attention than interconnection. It is evident that as system speeds increase,

interconnection, packaging, and printed boards become the bottlenecks that slow system

performance. Systems using 100 K ECL circuitry have almost 55 % of the system delay in the

packaging and interconnect. CMOS is normally considered a "slow" technology, but is designed

into system clock rates in excess of 100 MHz. In these cases, not only is system delay a

problem but signal attenuation becomes an issue with the low powered, low voltage, lower

noise margin BiCMOS devices.
---------------------- Page: 9 ----------------------
– 8 – 61188-1-2 © CEI:1998
CARTES IMPRIMÉES ET CARTES IMPRIMÉES ÉQUIPÉES –
CONCEPTION ET UTILISATION –
Partie 1-2: Prescriptions génériques –
Impédance contrôlée
1 Domaine d'application

La présente partie de la CEI 61188 est destinée à être utilisée par les concepteurs de circuit,

les ingénieurs en encapsulation, les fabricants de cartes imprimées et le personnel

responsable de l'approvisionnement, de façon que tous aient une appréhension commune de

chaque domaine. L'objectif de l'encapsulation consiste à transférer un signal d'un dispositif à

un ou plusieurs autres dispositifs au travers d'un conducteur. Les conceptions rapides sont

définies comme des conceptions dont les propriétés d'interconnexion influent sur les

performances du circuit et exigent des considérations particulières.
2 Références normatives

Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions, qui par suite de la référence

qui y est faite, constituent des dispositions valables pour la présente partie de la CEI 61188.

Au moment de la publication, les éditions indiquées étaient en vigueur. Tout document normatif

est sujet à révision, et les parties prenantes aux accords fondés sur la présente partie de la

CEI 61188 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les éditions les plus récentes

des documents normatifs indiqués ci-après. Les membres de la CEI et de l'ISO possèdent le

registre des Normes internationales en vigueur.

CEI 61182 (toutes les parties), Cartes imprimées – Description et transmission de données

informatiques

CEI 61182-1:1994, Cartes imprimées – Description et transmission de données informatiques –

Partie 1: Descriptif de carte imprimée sous forme numérique

CEI 61189-3:1997, Méthodes d'essai pour les matériaux électriques, les structures

d'interconnexion et les ensembles – Partie 3: Méthodes d'essais des structures d'inter-

connexion (cartes imprimées)
3 Vue d'ensemble de la conception technique
3.1 Sélection du dispositif

Parmi les options technologiques du dispositif figurent les TTL, Schottky TTL, CMOS, ECL et

GaAs, chacune possédant ses propres prescriptions de puissance, gamme de températures de

fonctionnement, densité de puce, impédance d'entrée, de sortie, niveaux de seuil de signal,

sensibilité au bruit, temps de réponse et temps de montée/descente d'impulsions de sortie. De

nombreuses conceptions intégreront des techniques mixtes, mélangeant la SMT et

l'encapsulation par trous de liaison à la logique TTl, CMOS et ECL susceptibles de nécessiter

des largeurs de ligne multiples (valeurs d'impédance) sur la même couche de circuit ou de

faire un compromis sur une seule largeur de conducteur offrant suffisamment de marge aux

différentes familles de logiques.
---------------------- Page: 10 ----------------------
61188-1-2 © IEC:1998 – 9 –
PRINTED BOARDS AND PRINTED BOARD ASSEMBLIES –
DESIGN AND USE –
Part 1-2: Generic requirements –
Controlled impedance
1 Scope

This part of IEC 61188 is intended to be used by circuit designers, packaging engineers,

printed board manufacturers and procurement personnel so that all may have a common

understanding of each area. The aim in packaging is to transfer a signal from one device to

one or more other devices through a conductor. High-speed designs are defined as designs in

which the interconnecting properties affect circuit performance and require unique

considerations.
2 Normative references

The following normative documents contain provisions which, through reference in this text,

constitute provisions of this part of IEC 61188. At the time of publication, the editions indicated

were valid. All normative documents are subject to revision, and parties to agreements based

on this part of IEC 61188 are encouraged to investigate the possibility of applying the most

recent editions of the normative documents listed below. Members of IEC and ISO maintain

registers of currently valid international standards.
IEC 61182 (all parts), Printed boards – Electronic data description and transfer

IEC 61182-1:1994, Printed boards – Electronic data description and transfer – Part 1: Printed

board description in digital form

IEC 61189-3:1997, Test methods for electrical materials, interconnection structures and

assemblies – Part 3: Test methods for interconnection structures (printed boards)

3 Engineering design overview
3.1 Device selection

Device technology options include TTL, Schottky TTL, CMOS, ECL and GaAs, each with its

own set of power requirements
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.