Substrat IC - Aksara bahan papan sirkuit pada frekuensi gelombang milimeter

konstan dielektrik (Dk) atau konstan dielektrik relatif bagi bahan papan sirkuit PCB bukanlah konstan konstan-walaupun ia kelihatan seperti konstan dari nama. Contohnya, Dk bahan berubah dengan frekuensi. Sama seperti, jika kaedah ujian Dk berbeza digunakan pada bahan yang sama, nilai Dk berbeza juga boleh diukur, walaupun kaedah ujian ini adalah tepat. Kerana bahan papan sirkuit semakin digunakan dalam frekuensi gelombang milimeter, seperti 5G dan sistem bantuan memandu maju, sangat penting untuk memahami variasi Dk dengan frekuensi dan mana kaedah ujian Dk adalah "sesuai".

Walaupun organisasi seperti IEEE dan IPC mempunyai komite dedikasi untuk membincangkan isu ini, tiada kaedah ujian piawai industri terbaik untuk mengukur Dk bahan papan sirkuit pada frekuensi gelombang milimeter. Ini bukan kerana kekurangan kaedah pengukuran. Sebenarnya, kertas rujukan yang diterbitkan oleh Chen et al. 1 menjelaskan lebih dari 80 kaedah pengukuran Dk. Namun, tiada satu kaedah yang ideal. Setiap kaedah mempunyai keuntungan dan kelemahan, terutama dalam julat frekuensi 30 hingga 300 GHz.Ujian sirkuit dan ujian bahan mentah

Umumnya terdapat dua jenis kaedah ujian yang digunakan untuk menentukan Dk atau Df (tangen kehilangan atau tan δ) bahan papan sirkuit: iaitu, mengukur bahan mentah atau mengukur sirkuit yang terbuat dari bahan. Ujian berdasarkan bahan-bahan mentah bergantung pada peralatan dan peralatan ujian kualiti tinggi dan boleh dipercayai, dan nilai Dk dan Df boleh dicapai dengan menguji bahan-bahan mentah secara langsung. Ujian berdasarkan sirkuit biasanya menggunakan sirkuit biasa dan mengekstrak parameter bahan dari prestasi sirkuit, seperti mengukur frekuensi tengah atau balas frekuensi resonator. Kaedah ujian bahan mentah biasanya memperkenalkan ketidakpastian berkaitan dengan pemasangan ujian atau peranti ujian, sementara kaedah ujian sirkuit mengandungi ketidakpastian dari rancangan sirkuit dan teknologi pemprosesan yang sedang diuji. Kerana dua kaedah ini berbeza, hasil pengukuran dan tahap akurat biasanya tidak konsisten.

Contohnya, kaedah ujian garis garis rentetan band-X ditakrif oleh IPC adalah kaedah ujian bahan mentah, dan keputusan tidak boleh konsisten dengan keputusan Dk ujian sirkuit bahan yang sama. Kaedah ujian bahan mentah garis garis penampilan adalah untuk menampilkan dua potongan bahan di bawah ujian (MUT) dalam pemasangan ujian istimewa untuk membina resonator garis penampilan. Terdapat udara diantara bahan yang sedang diuji dan sirkuit resonator tipis dalam pemasangan ujian, dan kehadiran udara akan mengurangi Dk diukur. Jika ujian sirkuit dilakukan pada bahan papan sirkuit yang sama, Dk diukur berbeza kerana tiada udara masuk. Untuk bahan papan sirkuit frekuensi tinggi dengan toleransi Dk ±0.050 ditentukan oleh ujian bahan mentah, ujian sirkuit akan mendapat toleransi sekitar ±0.075.Bahan papan sirkuit adalah anisotropik dan biasanya mempunyai nilai Dk berbeza pada tiga paksi bahan. Nilai Dk biasanya mempunyai perbezaan kecil antara paksi-x dan paksi-y, jadi bagi kebanyakan bahan-bahan frekuensi tinggi, anisotropi Dk biasanya merujuk kepada perbezaan Dk antara paksi-z dan pesawat x-y. Kerana anisotropi bahan, untuk bahan yang sama untuk diuji, Dk diukur pada paksi z berbeza dari Dk pada pesawat x-y, walaupun kaedah ujian dan nilai Dk yang diperoleh oleh ujian adalah kedua-dua "betul".Jenis sirkuit yang digunakan untuk ujian sirkuit juga mempengaruhi nilai Dk diukur. Secara umum, dua jenis sirkuit ujian digunakan: struktur resonan dan struktur transmisi/refleksi. Struktur sumber biasanya menyediakan keputusan jangkauan sempit, sementara ujian transmisi/refleksi biasanya menyediakan keputusan jangkauan lebar. Kaedah menggunakan struktur resonan secara umum lebih tepat.

A typical example of raw material testing is the X-band clamped stripline method. Ia telah digunakan oleh penghasil papan sirkuit frekuensi tinggi selama bertahun-tahun dan adalah kaedah yang boleh dipercayai untuk menentukan Dk dan Df (tan δ) dalam paksi z bahan papan sirkuit. Ia menggunakan perangkat pegangan untuk membentuk resonator garis garis garis garis yang terlepas untuk sampel bahan yang hendak diuji. Faktor kualiti diukur (Q) resonator bukanlah muatan Q, jadi kalibrasi kabel, konektor, dan pemasangan mempunyai sedikit kesan pada hasil pengukuran akhir. Papan sirkuit lapisan tembaga perlu dicat dari semua foil tembaga sebelum diuji, dan hanya substrat bahan mentah dielektrik diuji. Bahan-bahan mentah sirkuit dipotong ke saiz tertentu dalam keadaan persekitaran tertentu dan ditempatkan di tepi kedua-dua sisi sirkuit resonator (lihat Gambar 1).

resonator direka sebagai resonator separuh panjang gelombang dengan frekuensi 2.5 GHz, jadi frekuensi resonansi keempat ialah 10 GHz, yang merupakan titik resonansi yang biasanya digunakan untuk pengukuran Dk dan Df. Anda boleh guna titik resonans yang lebih rendah dan frekuensi resonans-bahkan frekuensi resonans ke-lima yang lebih tinggi boleh digunakan, tetapi kerana pengaruh harmonik dan gelombang spurious, titik resonans yang lebih tinggi biasanya dihindari. Keukuran dan ekstrak Dk atau kebenaran relatifWhere n is the number of resonance frequency points, c is the speed of light in free space, fr is the center frequency of resonance, and δL compensates for the electric length extension caused by the electric field in the coupling gap. Ia juga sangat mudah untuk mengekstrak tan δ (Df) dari pengukuran, yang merupakan kerugian berkaitan dengan lebar band 3dB dari puncak resonansi tolak kerugian konduktor (1/Qc) berkaitan dengan sirkuit resonator. Walaupun kira-kira, formula ini berguna untuk menentukan nilai Dk awal. Penggunaan penyelesair medan elektromagnetik (EM) dan saiz sirkuit resonator yang tepat boleh mendapatkan Dk yang lebih tepat.Penggunaan resonator yang terpasang dengan lancar bila mengukur Dk dan Df boleh minimumkan kesan muatan resonator. Jika kerugian penyisihan pada puncak resonansi kurang dari 20 dB, ia boleh dianggap sebagai sambungan longgar. Dalam beberapa kes, puncak resonansi mungkin tidak diukur kerana pasangan yang sangat lemah. Ini biasanya berlaku dalam sirkuit resonan yang lebih tipis. Bahan sirkuit yang lebih ringan biasanya digunakan dalam aplikasi gelombang milimeter kerana semakin tinggi frekuensi, semakin pendek panjang gelombang, dan semakin kecil saiz sirkuit.