Technique RF - Pourquoi la constante diélectrique DK de l'usine de plaques flexibles rigides fr4 est - elle instable?

Récemment, les clients de l'usine de plaques flexibles fraîches ont spécifié que la constante diélectrique du fr4 devait être de 4,5. Cependant, le fabricant ne peut garantir que la valeur DK du fr4 est aussi précise. Aujourd'hui, je vais vous expliquer pourquoi la valeur de la constante diélectrique (DK) de fr4 (stratifié de cuivre recouvert d'époxy en fibre de verre) est généralement marquée entre 4,2 et 4,8?

L'ajout de verre tissé à un matériau de carte de circuit imprimé (PCB) peut améliorer la résistance structurelle du matériau. Cela contribue à améliorer la stabilité mécanique du stratifié, mais cela a - t - il un impact sur le comportement électrique du matériau? L'un des problèmes classiques des plaques de PCB stratifiées renforcées de verre tissé est que « l'effet de tissage du verre» peut avoir un impact négatif sur les propriétés électriques des circuits haute vitesse ou haute fréquence usinés sur ces plaques stratifiées.

Selon le système de résine spécifique du stratifié en fibre de verre, la constante diélectrique (DK) d'un tel matériau varie pratiquement avec la position de manière très peu périodique. Ces petites zones avec des valeurs DK différentes peuvent être causées par la structure de tissage physique unique des fibres de verre, dans laquelle la tresse de fibres de verre est tissée à partir de faisceaux de fibres de verre et de petites zones d'ouverture existent entre les faisceaux de verre. Parmi ceux - ci, le DK du faisceau de fibres de verre est typiquement de l'ordre de 6 et le DK de l'empilement dans la zone d'ouverture entre les faisceaux est très inférieur au DK du faisceau de fibres de verre, typiquement de l'ordre de 3. Étant donné que l'impédance des lignes de transmission haute vitesse / haute fréquence dépend fortement de DK, la variation de la valeur de DK a toujours été un problème pour les ingénieurs de conception de circuits utilisant des stratifiés de verre tissés.

Pré - imprégné et recouvert de cuivre stratifié est ce que nous appelons généralement PP et panneau de noyau. Le milieu est un mélange de résine époxy et de tissu de fibre de verre. (carte de circuit imprimé rigide)

Il existe de nombreuses variétés de tissu de verre, chacune avec une épaisseur et une taille de tissage différentes. Voici une liste de quelques modèles de fibre de verre couramment utilisés dans les usines de panneaux flexibles rigides. Vous pouvez voir très visuellement le tissu en fibre de verre en forme de grille. Certains modèles ont de grandes fenêtres vides, d'autres ont de petites fenêtres vides.

Pour les effets spécifiques de l'effet fibre de verre, voir les légendes ci - dessous, respectivement l'effet sur l'impédance, l'effet sur le retard et l'effet sur les pertes.

Il est à noter que l'effet de fibre de verre a le plus d'impact sur les longues trajectoires à grande vitesse et que les systèmes à basse vitesse ou les trajectoires extrêmement courtes peuvent être négligés.

Voici un exemple pour illustrer comment la fibre de verre affecte un circuit de transmission microruban: considérons un stratifié double face recouvert de cuivre, dont le dessus et le bas (transmission du signal et plan de masse microruban) ont une direction de l'axe Z (épaisseur) de 10 GHz. La constante diélectrique DK est de 3,0. Généralement, à des fréquences plus élevées, telles que les fréquences millimétriques (30 GHz et plus), les variations de DK affectent les propriétés du matériau. Par exemple, un signal se propageant à travers un circuit à 77 GHz a une longueur d'onde d'environ 0024 pouce, ce qui signifie qu'un huitième de longueur d'onde est de 0012 pouce. Théoriquement, lorsqu'une onde électromagnétique rencontre tout type de variation de DK dans son milieu de propagation à une longueur d'onde supérieure au quart de la fréquence d'intérêt, la propagation de l'onde électromagnétique est perturbée et une résonance peut survenir.

L'expérience pratique a montré que même des anomalies aussi petites qu'un huitième de longueur d'onde peuvent causer des problèmes de propagation des ondes électromagnétiques. Les stratifiés de circuits ayant une huitième longueur d'onde ou plus dans le verre ou le faisceau de verre peuvent être affectés par la distribution du faisceau de verre (et les variations correspondantes de DK), ce qui entraîne des performances irrégulières. Étant donné les types de verre qui peuvent être utilisés pour renforcer différents stratifiés de circuits, il n'est pas rare que certains de ces types de verre aient un écart d'un huitième de longueur d'onde ou plus à 77 GHz (0012 pouce).

Cela peut signifier: une onde millimétrique a une petite longueur d'onde et les fluctuations de son DK peuvent varier considérablement lorsque sa taille est équivalente au "Gap" de la fibre de verre fr4. C'est l'une des raisons pour lesquelles fr4 ne convient pas aux circuits à ondes millimétriques.

En ce qui concerne les contre - mesures, il s'agit principalement du choix des matériaux, de l'évitement de la conception et de l'évitement de la production. Évasion du choix des matériaux:

1: utilisez un tissu en fibre de verre et de petites fenêtres vides. Également connu sous le nom de tissu de verre plat, tissu de fibre ouverte, etc. Évitez la présence de fluctuations de la constante diélectrique efficace des fenêtres vides en tissu de fibre de verre à la source. Par exemple: 1067 / 1078 / 2116, etc.

2: utilisez plusieurs couvertures PP pour réduire la probabilité d'exposition de la fenêtre. La méthode est faisable. Mon opinion personnelle n'est pas aussi bonne que la première, sauf si le média est plus épais et nécessite plusieurs couvertures pp. L'un est une question de coût et l'autre est la facilité de glisser lors de la fabrication de plus de trois feuilles de pp.

3: utilisez un tissu de fibre de verre à faible permittivité, réduisez la différence entre la fibre de verre et la permittivité de la résine époxy, réduisez la différence de permittivité effective à l'intérieur et à l'extérieur de la fenêtre vide. Remarque: les tissus en fibre de verre à faible permittivité ne sont généralement équipés que de feuilles à très faible perte. En d'autres termes, les feuilles à grande vitesse sont généralement considérées comme présentant un coût élevé.

Evasion du design:

1: le signal important coopère avec la ligne d'un certain angle, 3 °, 7 °, 11 °, etc., fondamentalement n'ajoute pas de coût, mais la mise en page est plus difficile à faire, je pense que tous les partenaires de mise en page sont déjà obsédés par cette haine.

2: la disposition de l'angle de rotation des signaux importants augmente la difficulté de conception. La petite astuce consiste à faire tourner toute la puce après Fanout.

3: une fois la conception normale terminée, Faites pivoter le puzzle de 7° dans le puzzle. Cela équivaut à une opération de câblage à 7° sur une page entière.

Évitez la production:

La conception normale permet aux usines de plaques flexibles rigides de faire tourner le matériau pendant la production. Les plaques de base que nous utilisons sont découpées avec de gros morceaux de matériau. Ce grand matériau est carré. La coupe rotative réduira inévitablement le taux d'utilisation de la plaque et pp devra également utiliser des plaques plus grandes. Les coûts de fabrication seront augmentés.