Mikrowellen-Technik - Warum ist der dielektrische konstante DK-Wert von FR4 der Rigid-Flex-Platinenfabrik unregelmäßig?

Kürzlich, der Kunde der Rigid-Flex Board Fabrik spezifiziert, dass die Dielektrizitätskonstante von FR4 muss 4 sein.5. Allerdings, Der Hersteller kann einen solchen genauen DK-Wert für FR4. Heute, I will explain to you why the dielectric constant (DK) value of FR4 (Glasfaser epoxy copper clad laminate) is usually marked between 4.2-4.8?

Hinzufügen von gewebtem Glas zum Leiterplatte (PCB) Material kann die strukturelle Festigkeit des Materials erhöhen. Dies hilft, die mechanische Stabilität des Laminatmaterials zu erhöhen, Hat dies Auswirkungen auf das elektrische Verhalten des Materials?? Eines der klassischen Probleme mit gewebten glasverstärkten laminierten Leiterplatten ist, dass der "Glaswebeffekt" die elektrische Leistung der Hochgeschwindigkeits- oder Hochfrequenzschaltungen auf diesen Laminaten verarbeitet.

Abhängig vom spezifischen Harzsystem des Glasfaserlaminats variiert die Dielektrizitätskonstante (Dk) dieses Materials tatsächlich in sehr kleiner periodischer Weise mit der Position. Diese kleinen Bereiche mit unterschiedlichen Dk-Werten können durch die einzigartige physikalische Webstruktur von Glasfasern verursacht werden, in der das Glasfasergewebe aus Glasfaserbündeln gewebt wird, und es gibt kleine offene Bereiche zwischen den Glasfaserbündeln. Unter ihnen ist das Dk des Glasfaserbündels normalerweise etwa 6, und das Dk des Laminats im offenen Bereich zwischen den Bündeln ist viel niedriger als das des Glasfaserbündels, normalerweise etwa 3. Da die Impedanz von Hochgeschwindigkeits-/Hochfrequenzübertragungsleitungen stark von Dk abhängt, war die Änderung des Dk-Werts immer ein Problem für Schaltungsdesigningenieure, die gewebte Glasfaserlaminate verwenden.

Die Prepregs und kupferplattierten Laminate nennen wir oft PP- und Kernplatten. Das Medium ist eine Mischung aus Epoxidharz und Glasfasergewebe. (Starre Leiterplatte)

Es gibt viele Arten von Glastuch, Jeder von ihnen hat unterschiedliche Dicke und Webgröße. Unten finden Sie eine Liste einiger häufig verwendeten Glasfasermodelle in der Rigid-Flex Board Fabrik. Sie können das gitterartige Glasfasertuch sehr intuitiv sehen. Einige Modelle haben große leere Fenster, und einige Modelle haben sehr kleine leere Fenster.

Für die spezifische Auswirkung des Glasfasereffekts sehen Sie bitte die Legende unten, die den Einfluss auf die Impedanz, die Auswirkung auf die Verzögerung und die Auswirkung auf den Verlust sind.

Es sollte beachtet werden, dass der Glasfasereffekt die größten Auswirkungen auf Hochgeschwindigkeits-lange Spuren hat, und Low-Speed-Systeme oder sehr kurze Spuren können ignoriert werden.

Hier ist ein Beispiel, um zu veranschaulichen, wie Glasfaser die Mikrostreifen-Übertragungsschaltung beeinflusst: Betrachten Sie ein doppelseitiges kupferbeschichtetes Laminat mit Ober- und Unterseite (Signalübertragung und Mikrostreifen-Masseebene) und seine Z-Achse (Dicke) Richtung bei 10GHz Die Dielektrizitätskonstante DK beträgt 3.0. Normalerweise bei höheren Frequenzen, wie Millimeterwellenfrequenzen (30GHz und höher), Änderungen in DK beeinflussen die Leistung des Materials. Zum Beispiel beträgt eine Viertelwellenlänge eines Signals, das sich durch eine Schaltung bei 77 GHz ausbreitet, etwa 0,024 Zoll, was bedeutet, dass ein Achtel Wellenlänge etwa 0,012 Zoll beträgt. Theoretisch wird die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen gestört, wenn elektromagnetische (EM)-Wellen auf irgendeine Art von DK-Veränderung in ihrem Ausbreitungsmedium bei einer Wellenlänge größer als ein Viertel der Frequenz des Interesses stoßen.

Die Praxis zeigt, dass selbst Anomalien, die bis zu einem Achtel der Wellenlänge klein sind, Probleme bei der elektromagnetischen Wellenausbreitung verursachen können. Schaltungslaminate mit einem Achtel Wellenlänge oder höher im Glas oder Glasstrahl können der Verteilung des Glasstrahls (und der entsprechenden Dk Änderung) unterliegen, was zu einer unregelmäßigen Leistung führt. Angesichts der Arten von Glas, die verwendet werden können, um verschiedene Schaltungslaminate zu verstärken, ist es nicht ungewöhnlich, dass einige dieser Glastypen Lücken von einem Achtel Wellenlänge oder größer bei 77 GHz (0,012 Zoll) haben.

Es bedeutet wahrscheinlich: die Millimeterwelle hat eine kleine Wellenlänge, und wenn seine Größe der "Lücke" entspricht, FR4 glass fiber, die Fluktuation ihres DK wird sich stark ändern. Dies ist einer der Gründe, warum FR4 ist nicht für Millimeterwellenschaltungen geeignet.

Bei Gegenmaßnahmen handelt es sich hauptsächlich um Materialauswahl, Konstruktionsvermeidung und Produktionsvermeidung. Umgehung der Materialauswahl:

1: Verwenden Sie Glasfasertuch mit kleinen leeren Fenstern. Auch bekannt als Flachglastuch, offenes Fasertuch usw. Vermeiden Sie von der Quelle das Vorhandensein von Schwankungen in der effektiven dielektrischen Konstante des Glasfasertuch leeren Fensters. Zum Beispiel: 1067/1078/2116, etc.

2: Verwenden Sie mehrere PP-Überlagerungen, um die Wahrscheinlichkeit der Fensterbelichtung zu verringern. Die Methode ist machbar. Wenn das Medium nicht dicker ist und mehrere PP-Overlays benötigt, ist meine persönliche Meinung nicht so gut wie die erste. Eines sind die Kosten, und das andere ist, dass es leicht zu rutschen ist, wenn mehr als drei PP-Blätter hergestellt werden.

3: Verwenden Sie niedriges dielektrisches konstantes Glasfasergewebe, um den Unterschied in der dielektrischen Konstante zwischen Glasfaser und Epoxidharz zu verringern und den Unterschied in der effektiven dielektrischen Konstante innerhalb und außerhalb des leeren Fensters zu verringern. Hinweis: Niedrige dielektrische konstante Glasfasergewebe ist in der Regel nur mit ultra-niedrigen Verlustplatten ausgestattet. Mit anderen Worten, das Hochgeschwindigkeitsblatt hat oft hohe Kosten.

Umgehung des Designs:

1: Wichtige Signale gehen mit Linien mit einem bestimmten Winkel, 3°, 7°, 11°, etc., im Grunde erhöhen nicht die Kosten, aber das Layout ist schwieriger zu tun, ich denke, alle Layoutpartner haben diesen Hass bereits in den kleinen gehalten.

2: Das Rotationswinkellayout wichtiger Signale erhöht die Entwurfsschwierigkeit. Der kleine Trick besteht darin, den Chip nach FANOUT als Ganzes zu drehen.

3: Nach dem normalen Entwurf drehen Sie die Stichsäge um 7° während des Stichsäge-Puzzles. Dies entspricht einem ganzseitigen 7°-Verdrahtungsbetrieb.

Produktionsvermeidung:

Das normale Design ermöglicht die Rigid-Flex Board Fabrik to rotate the material during production. Die Kernplatte, die wir verwenden, wird aus dem großen Material geschnitten. Das große Material ist quadratisch. Drehschneiden reduziert zwangsläufig die Auslastungsrate der Platte, und PP müssen auch größere Bleche verwenden. Erhöht die Herstellungskosten.