PCB技術 - 回路基板処理が回路性能に及ぼす影響の解析

回路基板処理が回路性能に及ぼす影響の解析

最も詳細で徹底的な計画さえ、時々間違っていることがありえます, と同じ 高周波回路基板 デザイン, その性能は、回路処理プロセスの通常の許容範囲の変化に影響される. 電磁（EM）シミュレーションに基づく現代コンピュータ支援（CAE）ソフトウェア設計ツールは、異なるモデルにおける回路性能をシミュレーションし、予測することができるが、最良のシミュレーションソフトウェアでさえ、従来の回路処理プロセスの変化を予測できない. 衝撃. 特に, 銅めっき厚さのずれと導体形状の変化, エッジ結合回路の性能の結果としての変化.

通常の電気めっき銅の厚さ プリント基板（PCB）には一定の変化がある。しかし, 製造工程その他の理由により, 同じ材料上の電気メッキ銅の厚さおよび異なる材料間の電気メッキ銅の厚さには、多少の誤差がある. 電気メッキされた銅の厚さのこれらの変化は、回路材料100上の小さな領域の単一回路の性能に影響を及ぼすのに十分である, 複数の異なる回路上の同じ回路の一貫性に影響を与えるように プリント配線板.

めっきスルーホール（PTH）は通常、誘電体材料の厚さ方向（z軸）におけるPCBパネルの一方側と他方側との間の導電接続を実現し、または多層基板の回路内の導体層間の接続. ビアの側壁は、それらの導電性を改善するために銅でメッキされている. しかし, PTH銅めっきプロセスは従来法でも単純でもない, そして、異なるプロセスは、銅めっき層の厚さの違いをもたらすことがある. PTHスルーホール銅めっきの方法は通常電解銅めっきである, それで, 貫通孔の電気接続を実現するために、プリント配線板材料の銅箔に電気メッキ銅の層を追加すること. これは、ラミネートの銅箔の厚さを実質的に増加させる, そして、材料ボードの全体の銅箔の厚みの変化を持ち出す. 枚の板の銅箔の厚みの変化は同じ板の銅箔の厚さの違いを引き起こすでしょう. 同様に, 異なる板の間の銅箔の不均一な厚さは、また、バッチ間の同じ回路の再現性を低下させるであろう.

周波数が高いときに信号の波長が減少するため、銅メッキ厚さの変化は、低周波回路よりもミリ波回路に大きな影響を与える。しかし、すべてのタイプの伝送線は同じ影響を受けない。例えば、RF／マイクロ波マイクロストリップ伝送線路の振幅及び位相性能は、PCB銅メッキの厚さによってわずかに影響される。しかし、接地結合コプレーナ導波路（GCPW）伝送線路及びエッジ結合特性を有するマイクロストリップ伝送線路回路を含む回路は、銅めっき層の厚さの過度の変化に起因するRF性能の著しい変化を引き起こす。すべての変化が考慮されない限り、最良の電磁シミュレーションソフトウェアツールであっても、RF性能（例えば、挿入損失および戻り損失）に対するPCB銅メッキ厚さの影響は正確に予測できない。

エッジ結合回路は、結合導体間の非常に狭いギャップを介して共役度が異なる. 隙間の微視的な大きさのために, 結合した側壁の間のギャップの幅は、銅めっきの厚みのために変わる. 松結合回路（大きな間隙）は銅めっき厚さの変化の影響が小さい。結合線間のギャップが狭くなるにつれて, 結合度は増加する, 銅めっき厚み増加の変化に及ぼす寸法公差の影響. より厚い銅層を有するエッジ結合回路, 回路伝送線路の側壁もまた高くなる. 側壁の高さの差は、結合係数の差にもつながる, また、銅めっきの厚さが異なる回路で得られる有効誘電率（Dk）も異なる。

ラダー効果

銅めっき厚さの変化は、高周波回路導体の物理的な形態にも影響を与える。モデリング目的, 通常、導体は長方形であると仮定される. 断面図より, 導体の幅は、導体の長さに沿って一貫している. しかし, これは理想的な状況です. 実際の導体は、通常台形形状を有する, 導体の一番下の大きさで, それで, 導体と回路誘電体基板との接合部で. より厚い銅を有する回路, 台形はもっと深刻になる. 導体のサイズの変化は、導体を通って電流密度の変化を引き起こす, これは、高周波回路の性能の変化をもたらす.

回路性能に対するこの変化の影響は、異なる回路設計及び伝送線路技術によって異なる. 標準マイクロストリップ伝送線路回路の電気的性能は、導体の台形効果によりほとんど変化しない, しかし、エッジ結合特性を有する回路は台形導体によって大きな影響を与える, 特に厚い銅層で. この効果は明らかになる.

密結合特性を有するエッジ結合回路, 理想的な矩形導体に基づく計算機モデリングは、結合導体の側壁に高い電流密度があることを示す. しかし, コンダクターモデルを台形導体に変えるなら, より大きな電流密度が導体の底部に現れることを示す, そして、導体の厚みが増加すると、電流密度は増加する.

電流密度が変化するにつれて, それに従って台形導体の電界強度も変化する. 長方形エッジ結合導体, 結合側壁に沿った電流密度は高い, そして、導体のまわりの電界の大部分は、導線間の空気の中にある. 台形状のエッジ結合導体について, 側壁の電流密度は低い, そして、結合導体間の空気によって、占められる電界は、以下である. 空気のDKは1です. 導体間により多くの電界を有する空気中の矩形導体を有する縁部結合回路は、台形導体を有する回路の場合よりも効果的なdkをもたらす, それは、より多くの周囲導体および誘電材料を有する. 

標準的な回路製造プロセスのため, 銅めっきの厚さ PCBボード 単一の回路基板の中で変わるかもしれません, そして、これらの銅の厚さ変化の回路性能も、回路トポロジーと周波数に応じて変化する. ミリ波周波数, サイズ/回路の波長は小さい, そして、厚さ変化の影響は重要です. したがって, 与えられた回路材料の性能をシミュレートするための回路シミュレーションソフトウェアの使用, それは、DKパフォーマンスを厳しくコントロールするのに必要であるだけではありません, しかし、これらの処理技術によってもたらされる変化と効果を分析し考察することも.