Tecnología de PCB - La influencia del proceso de PCB en el rendimiento del circuito

Incluso la planificación más detallada y exhaustiva puede ser errónea a veces, ya que en el diseño de PCB de alta frecuencia, su rendimiento se ve afectado por los cambios normales de tolerancia en el proceso de procesamiento del circuito. Aunque las modernas herramientas de diseño de software asistida por computadora (cae) basadas en simulaciones electromagnéticas (em) pueden simular y predecir el rendimiento de los circuitos bajo diferentes modelos, incluso el mejor software de simulación no puede predecir algunos cambios en los procesos de procesamiento de circuitos convencionales. Impacto. En particular, la desviación del espesor del cobre y los cambios resultantes en la forma del conductor, así como los cambios resultantes en el rendimiento del Circuito de acoplamiento de borde.

Por lo general, el espesor del cobre chapado en PCB cambiará en cierta medida. Sin embargo, debido al proceso de fabricación y otras razones, el espesor del cobre galvanizado en el mismo material y el espesor del cobre galvanizado entre diferentes materiales tendrán más o menos errores. Estos cambios en el grosor del cobre chapado son suficientes para afectar el rendimiento de un solo circuito en una pequeña área del material del circuito, afectando así la consistencia del mismo Circuito en varias placas de PCB diferentes.

El agujero chapado (pth) generalmente realiza una conexión eléctrica entre un lado y el otro del panel de PCB en la dirección del grosor del material dieléctrico (eje z), o entre capas conductoras en un circuito de varias capas. Las paredes laterales del agujero están recubiertas de cobre para mejorar su conductividad eléctrica.

Sin embargo, el proceso de recubrimiento de cobre PTH no es tradicional ni simple, y diferentes procesos pueden causar diferencias en el espesor del recubrimiento de cobre. El método de chapado de cobre a través del agujero PTH es generalmente el chapado de cobre electrolítico, es decir, añadir una capa de cobre chapado a la lámina de cobre del material de PCB para lograr la conexión eléctrica a través del agujero. Esto en realidad aumenta el grosor de la lámina de cobre del laminado e introduce cambios en el grosor de la lámina de cobre en toda la placa de material. Los cambios en el grosor de la lámina de cobre en una sola placa provocarán diferencias en el grosor de la lámina de cobre en la misma placa. Del mismo modo, el espesor desigual de la lámina de cobre entre diferentes placas de circuito también reduce la repetibilidad del mismo Circuito entre lotes.

Debido a que cuando la frecuencia es alta, la longitud de onda de la señal disminuye, los cambios en el espesor del cobre tienen un mayor impacto en el circuito de ondas milimétricas que en el circuito de baja frecuencia. Sin embargo, no todos los tipos de líneas de transmisión se ven afectados de la misma manera. Por ejemplo, la amplitud y el rendimiento de fase de la línea de transmisión de MICROSTRIP RF / microondas solo se ven ligeramente afectados por el espesor del cobre recubierto de pcb. Sin embargo, debido a los cambios excesivos en el espesor de la capa de cobre, los circuitos, incluidas las líneas de transmisión de guía de onda coplanar a tierra (gcpw) y los circuitos de línea de transmisión de MICROSTRIP con características de acoplamiento de borde, provocarán cambios significativos en sus propiedades de radiofrecuencia. A menos que se tenga en cuenta cada cambio, incluso con las mejores herramientas de software de simulación electromagnética, no se puede predecir con precisión el impacto del espesor del cobre del PCB en el rendimiento de radiofrecuencia (como la pérdida de inserción y la pérdida de eco).

El circuito de acoplamiento de borde logra diferentes grados de acoplamiento a través de una brecha muy estrecha entre los conductores de acoplamiento. Debido al tamaño microscópico de la brecha, el ancho de la brecha entre las paredes laterales acopladas cambiará debido al espesor del cobre. El circuito de acoplamiento suelto (gran brecha) se ve menos afectado por los cambios en el espesor del cobre. A medida que la brecha entre las líneas de acoplamiento se estrecha, el grado de acoplamiento aumenta y el impacto de las tolerancia dimensional en la variación del espesor del cobre aumenta. Para los circuitos de acoplamiento de borde con capas de cobre más gruesas, las paredes laterales de la línea de transmisión del circuito también serán más altas. Las diferencias en la altura de la pared lateral también provocarán diferencias en los coeficientes de acoplamiento, y la constante dieléctrica efectiva (dk) obtenida por los circuitos con diferentes espesores de cobre también será diferente.

Efecto trapezoidal

Los cambios en el espesor del cobre también pueden afectar la forma física de los conductores de circuitos de alta frecuencia. Para fines de modelado, generalmente se asume que el conductor es rectangular. Desde el punto de vista de la sección transversal, el ancho del conductor es consistente a lo largo de la longitud del conductor. Sin embargo, esta es la situación ideal. El conductor real suele ser trapezoidal y el tamaño máximo está en la parte inferior del conductor, es decir, en la Unión del conductor y el sustrato dieléctrico del circuito. Para los circuitos más gruesos de cobre, la forma trapezoidal se vuelve más grave. Los cambios en el tamaño del conductor provocan cambios en la densidad de corriente a través del conductor, lo que resulta en cambios en el rendimiento del Circuito de alta frecuencia.

Debido a los diferentes diseños de circuitos y tecnologías de líneas de transmisión, el impacto de este cambio en el rendimiento del circuito es diferente. Las propiedades eléctricas de los circuitos de línea de transmisión estándar de MICROSTRIP apenas cambian mucho debido al efecto trapezoidal del conductor, pero los circuitos con características de acoplamiento de borde tendrán un impacto significativo debido al conductor trapezoidal, especialmente en capas de cobre más gruesas. Este impacto se ha vuelto más evidente.

Para los circuitos de acoplamiento de borde con características de acoplamiento estrechas, el modelado informático basado en conductores rectangulares ideales muestra una mayor densidad de corriente en las paredes laterales de los conductores de acoplamiento. Sin embargo, si el modelo del conductor se cambia a un conductor trapezoidal, se mostrará una mayor densidad de corriente en la parte inferior del conductor, y la densidad de corriente aumentará a medida que aumente el espesor del conductor.

Con el cambio de la densidad de corriente, la intensidad del campo eléctrico del conductor trapezoidal también cambia en consecuencia. Para los conductores de acoplamiento de borde rectangular, la densidad de corriente a lo largo de la pared lateral del acoplamiento es alta, y la mayoría de los campos eléctricos alrededor de los conductores están en el aire entre los conductores. Para los conductores de acoplamiento de borde con forma trapezoidal, la densidad de corriente en la pared lateral es baja y el aire entre los conductores de acoplamiento ocupa un campo eléctrico más pequeño. El DK del aire es 1. Los circuitos de acoplamiento de borde con conductores rectangulares en el aire, con más campos eléctricos entre los conductores, provocarán un DK efectivo más bajo que los circuitos con conductores trapezoidales, que tienen más conductores circundantes y material dieléctrico. Campo eléctrico.

Debido al proceso de fabricación estándar de pcb, el espesor del cobre en el PCB puede cambiar en una sola placa de circuito, y el rendimiento del Circuito de estos cambios de espesor de cobre también cambiará en función de la topología y frecuencia del circuito. A la frecuencia de onda milimétrica, el tamaño / longitud de onda del circuito es muy pequeño y el cambio de espesor tiene un gran impacto. Por lo tanto, al utilizar el software de simulación de circuitos para simular el rendimiento de un material de circuito dado, no solo es necesario controlar estrictamente el rendimiento de dk, sino también analizar y considerar con antelación los cambios y efectos provocados por estas técnicas de procesamiento.