[SI-LIST] Re: embedded capacitance for decoupling

  • From: Joel Peiffer <jspeiffer@xxxxxxx>
  • To: "jonathan.lloyd.riley@xxxxxxxxx" <jonathan.lloyd.riley@xxxxxxxxx>, "sanjeev@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx" <sanjeev@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Thu, 21 Jul 2016 18:22:27 +0000

Hi Jonathan,

Yes, embedding discrete components can be utilized as well.  There are 
advantage and disadvantages of using embedded discrete components.  One of the 
disadvantages is that you still have the high inductance of the discrete 
component.

Regards, Joel

-----Original Message-----
From: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On ;
Behalf Of Jonathan Riley
Sent: Thursday, July 21, 2016 2:45 AM
To: sanjeev@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Cc: asparky@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx; Istvan Novak <istvan.novak@xxxxxxxxxxx>; 
james.f.peterson@xxxxxxxxxxxxx; si-list@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [EXTERNAL] [SI-LIST] Re: embedded capacitance for decoupling

Hi
Getting embedded capacitance by using planes and cores/prepregs is great (and 
generally free) but it is not the only way to embed capacitance in a PCB. Some 
companies like Wurth can also embed physical components inside the laminate 
which the becomes rather thicker than normal. One of the benefits of this is 
that you can then use microvias directly on to the capacitors and so remove 
some of the problem of the connecting wire inductance. Has anyone got any 
measured data on how this approach can help PDN design?

Regards
Jonathan

On 21 July 2016 at 08:02, Sanjeev Gupta <sanjeev@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>
wrote:

I think the objective of removing the 0.22uF capacitors & intention to 
convert them into embedded type is not clear..
if miniaturisation of the overall PCB system is the final goal, there 
are plenty of other methods...
regarding embedded caps in the PCB :
1) PCB manufacturer should be consulted about the availability of high 
dielectric constant material.  Normally they have material of 
dielectric constant value ~10 in the stock.  other high value 
dielectric materials needs to be specially ordered and hence expensive.

2) converting 0.22uF cap into embedded type is not feasible.  maximum 
attainable value is 20nF/inch^2 using 3M C2006 material.

3) once someone decides to move to embedded type from discrete caps.
existing 0.22uF decap requirement may change to some other cap value. 
This requires detailed PDN investigation and evaluate the required 
decap number for embedded decap scenario.


Thanks
Sanjeev











On Thu, Jul 21, 2016 at 8:49 AM, Aubrey Sparkman < 
asparky@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx> wrote:

Jim,

Google "Steve Weir Interra" and you will get some excellent papers 
and presentations on the how and why of the power of reducing the 
inductance
of
your PDS.

Aubrey

Sent from my iPhone

On Jul 20, 2016, at 8:59 PM, Istvan Novak 
<istvan.novak@xxxxxxxxxxx>
wrote:

Jim,

As usual, there is no single yes or no answer to this question, 
because the correct answer depends on many factors.

But contrary to popular belief, my general answer is that yes, it 
is possibly in a number of circumstances, maybe in a surprisingly 
large percentage of all possible cases, to reduce the number of 
discrete capacitors by using embedded capacitance (and below you 
will see that
it
is really about inductance, not capacitance).  If we put aside 
several other questions such as cost and focus only on the 
electrical performance of the supply rail in question, we first 
need to look at
the
existing design.  There are thirty pieces of 0.22uF capacitors, 
called Hi-F, which I assume means they are small-size 
surface-mount capacitors.  Why do we have thirty of them????  For 
their capacitance, which, without any DC or AC bias or any other 
derating, gives us a mere 6.6uF nominal capacitance?  If we need 
6.6uF capacitance, we can get it today from a single small-size 
ceramic capacitor, we dont need thirty pieces...  Assuming that 
the starting design is good and the design had thirty pieces for a 
good reason, we can quickly convince ourselves that likely the 
number of small capacitors is dictated by the total inductance we want to 
achieve by them, not by their total capacitance.
Using very simplistic numbers and assuming that the loop 
inductance
from
a single 0.22uF capacitor is 1nH, thirty of them will give us 33pH 
cumulative inductance, which just happens to be the square 
inductance
of
a 1-mil (25um) laminate.  So all thirty 0.22uF capacitors can be 
left out and replaced by a 1-mil laminate.  Of course the laminate 
capacitance, dependent on its size, will be just a few nF or maybe 
up
to
a few hundred nFs for large laminates, so we will need to add 
capacitance, but likely we can do it with much fewer components, 
under some circumstances using just bulk capacitors.

Details of actual situations can vary a lot, and for a careful 
design
we
need to look at the whole picture, all constraints and all 
requirements.  It is true that time-of-flight for available charge 
will eventually matter, but this opens up another discussion: time 
of flight matters more as the mismatch between PDN components is 
increased, and
it
matters less, and eventually it does not matter at all, for 
matched structures.  For largely mismatched structures it is easy 
to show that the location of available charge, whether it is from 
a laminate or from a capacitor, matters.

Regards,

Istvan Novak

Oracle



On 7/20/2016 2:48 PM, Peterson, James F (Chief Engineers) wrote:
Can the capacitance realized by embedding capacitance in the PCB
stackup replace discrete decoupling capacitors?

Let's say the discrete decoupling solution for a processor's 
Vcore
rail
has thirty 0.22 uf Hi-F caps. Is there a practical way to use an 
embedded passives approach in the PCB stackup to achieve the needed 
decoupling capacitance and thus remove these thirty discrete capacitors?

If so, are there any papers published around this? (I've searched 
and
can't find anything substantial on replacing discrete ceramic 
capacitors with embedded PCB capacitance.)

Thanks,
Jim Peterson
Honeywell Aero

------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject 
field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
              http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:
       //www.freelists.org/archives/si-list

Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
       http://www.qsl.net/wb6tpu




------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject 
field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
               http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:
                //www.freelists.org/archives/si-list

Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
                http://www.qsl.net/wb6tpu





------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
               http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:
                //www.freelists.org/archives/si-list

Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
                http://www.qsl.net/wb6tpu





------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
               http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:     
                //www.freelists.org/archives/si-list
 
Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
                http://www.qsl.net/wb6tpu
  

3M security scanners have not detected any malicious content in this message.

To report this email as SPAM, please forward it to spam@xxxxxxxxxxxx
------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
               http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:     
                //www.freelists.org/archives/si-list
 
Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
                http://www.qsl.net/wb6tpu
  

Other related posts: