PCB技術 - スマートウェアラブルPCBのPCBボード設計

小さいサイズとサイズのため, 既製品はほとんど無い プリント回路基板 スマートウェアラブルIOT市場の標準化. これらの基準が出る前に, 我々は、ボードレベルの開発で学んだ知識と製造経験に頼らなければならなくて、彼らをユニークな新興課題に適用する方法について考えなければなりませんでした. 私たちの特別な注意を必要とする3つの領域があります. 以下のようになります: PCB基板表面材料, 無線周波数/マイクロ波設計と無線周波数伝送線路.

PCB材料
PCBs 一般に積層体から成る, which may be made of fiber-reinforced epoxy resin (FR4), ポリイミド, 又はロジャース材料又は他の積層材料. 異なる層の間の絶縁材料はプリプレグと呼ばれる.
スマートウェアラブルデバイスに高い信頼性が要求される, so when teachers are faced with the choice of using FR4 (the most cost-effective PCB製造材料) or more advanced and more expensive materials, これが問題になる.
スマートウェアラブル PCB アプリケーションが高速, 高周波材料, FR 4は最良の選択ではないかもしれない. The dielectric constant (Dk) of FR4 is 4.5, より高度なロジャース4003シリーズ材料の誘電率は3である.55, ブラザーシリーズロジャース4350の誘電率は3である.66.
多層回路基板のスタックアップダイアグラム, FR 4材料及びロジャース4350及びコア層の厚さを示す.
積層体の誘電率は、ラミネートの近くの一対の導体間のキャパシタンスまたはエネルギーの比率を、真空中の導体の間のキャパシタンスまたはエネルギーに対する比率である. 高周波で, 小さな損失があるのがいちばんいい, したがって, 誘電率は3である. 66のロジャー4350はFR 4より高い周波数用途に適している, 誘電率は4である.5.
平常に, 数 PCB層 for smart wearable devices ranges from 4 to 8 layers. 層構造の原理は、8層であれば PCB, 十分なグランドとパワー層を提供し、配線層を中央にサンドイッチすることができるはずである. このように, クロストークのリップル効果を最小に保つことができる, 電磁干渉を大幅に低減することができます.
回路基板レイアウト設計段階, レイアウト計画は、一般に、配電層に近い大きな接地層を設けることである. これは非常に低いリップル効果を形成することができます, また、システムノイズもほぼゼロにすることができます. これは特に無線周波数サブシステムにとって重要である.
ロジャース材料と比較して, FR4 has a higher dissipation factor (Df), 特に高周波で. 高性能FR 4積層材料用, df値は0です.002, これは通常のFR 4よりも優れたオーダーです. しかし, ロジャースのスタックは0です.001以下. 高周波用途にFR 4材料を使用する場合, 挿入損失には有意差がある. 挿入損失は、FR 4を使用するとき、A点からB点までの信号の電力損失と定義される, ロジャースその他の材料.

Manufacturing problem
Smart wearable PCBs 厳密なインピーダンス制御が必要. これはスマートウェアラブルデバイスにとって重要な要因である. インピーダンス整合はクリーナ信号伝送を生じる. 以前, トレースを運ぶ信号の標準トレランスは±±10 %であった. この指標は明らかに今日の高周波回路と高速回路のために十分ではない. 現在の要件は, 場合によっては±5 %以下でもよい. このパラメータと他の変数は、これらのスマートウェアラブル PCBs 特に厳密なインピーダンス制御, それにより、それらを製造できる商人の数を制限する.
ロジャースUHF材料で作られたラミネートの比誘電率は、一般に±±2 %で維持される, そして、若干の製品さえ、±1 %. 対照的に, FR 4積層体の比誘電率は10 %以下である. したがって, これらの2つの材料を比較すると、ロジャースの挿入損失が特に低いことがわかる. 伝統的FR 4材料と比較して, ロジャーススタックの伝送損失と挿入損失は半分以下である.
ほとんどの場合, コストが最も重要です. しかし, ロジャースは、許容価格で比較的低損失の高周波積層性能を提供することができる. 商用アプリケーション, Rogers can be made into a ハイブリッドPCB エポキシベースFR 4, いくつかはロジャース材料で作られている, 他の層はFR 4である.
ロジャーズスタックの選択, 周波数は主要な考察. 周波数が500 MHzを超えるとき, PCBデザイナー tend to choose Rogers materials, 特にRF用/マイクロ波回路, これらの材料は、上記のトレースがインピーダンスによって厳密に制御されるとき、より高い性能を提供できる.
FR 4材料と比較, ロジャース材料は、低い誘電損失も提供することができます, 誘電率は広い周波数範囲で安定である. 加えて, Rogers材料は、高周波数動作によって必要とされる理想的な低挿入損失性能を提供することができる.
The Coefficient of Thermal Expansion (CTE) of Rogers 4000 series materials has excellent dimensional stability. これはFR 4と比較して, 時 PCB 冷たい, ホットで非常に熱いリフローサイクル, 回路基板の熱膨張及び収縮は、高い周波数及び高温サイクルの下で安定した限界に維持され得る.
混合積層の場合, それは、一緒にロジャーズと高性能FR 4を混ぜ合わせるために一般的な製造プロセス技術を使うのが簡単です, したがって、高い製造歩留まりを達成することは比較的容易である. ロジャーズ・スタックは特別なvia準備プロセスを必要としない.
通常のFR 4は、非常に信頼できる電気性能を達成することができない, しかし、高性能FR 4材料は、良好な信頼性特性を有する, より高いTGのような, 比較的低コスト, とアプリケーションの広い範囲で使用することができます, 単純なオーディオデザインから複雑なマイクロ波応用まで.