Teknik PCB - Kesan pemprosesan PCB pada prestasi sirkuit

Walaupun rancangan terperinci dan terperinci kadang-kadang boleh salah, seperti dalam rancangan PCB frekuensi tinggi, prestasinya akan dipengaruhi oleh perubahan toleransi biasa proses pemprosesan sirkuit. Walaupun alat merancang perisian yang disediakan oleh komputer modern (CAE) berdasarkan simulasi elektromagnetik (EM) boleh simulasi dan meramalkan prestasi sirkuit di bawah model berbeza, walaupun perisian simulasi terbaik tidak dapat meramalkan beberapa perubahan proses proses sirkuit konvensional. Impak. Secara khususnya, penyerangan tebal plat tembaga dan perubahan yang menghasilkan bentuk konduktor, dan perubahan yang menghasilkan dalam prestasi sirkuit terhubung pinggir.

Biasanya tebal elektroplating PCB mempunyai perubahan tertentu. Namun, disebabkan proses penghasilan dan sebab lain, akan ada lebih atau kurang ralat dalam tebal tembaga elektroplad pada bahan yang sama dan tebal tembaga elektroplad antara bahan yang berbeza. Perubahan ini dalam tebal tembaga elektroplad cukup untuk mempengaruhi prestasi sirkuit tunggal di kawasan kecil pada bahan sirkuit, supaya mempengaruhi konsistensi sirkuit yang sama pada papan PCB berbeza berbilang.

Terletak melalui lubang (PTH) biasanya sedar sambungan konduktif antara satu sisi dan sisi lain panel PCB dalam arah tebal bahan dielektrik (paksi z), atau sambungan antara lapisan konduktor dalam litar papan berbilang lapisan. Dinding sisi botol dipenuhi tembaga untuk meningkatkan konduktiviti mereka.

Namun, proses penapisan tembaga PTH bukanlah konvensional atau sederhana, dan proses berbeza boleh menghasilkan perbezaan dalam tebal lapisan penapisan tembaga. Kaedah penapisan tembaga PTH melalui lubang biasanya penapisan tembaga elektrolitik, iaitu, menambah lapisan tembaga elektroplatik pada foli tembaga bahan PCB untuk menyadari sambungan elektrik lubang melalui. Ini hampir meningkatkan tebal foli tembaga laminat, dan memperkenalkan perubahan tebal foli tembaga diseluruh papan bahan. Variasi dalam tebal foli tembaga dalam papan tunggal akan menyebabkan perbezaan dalam tebal foli tembaga dalam papan yang sama. Dengan cara yang sama, ketinggian foil tembaga diantara papan yang berbeza juga akan mengurangi kebolehan mengulang sirkuit yang sama diantara batch.

Kerana panjang gelombang isyarat menurun apabila frekuensi lebih tinggi, perubahan dalam tebal plat tembaga mempunyai kesan yang lebih besar pada sirkuit gelombang milimeter daripada sirkuit frekuensi rendah. Namun, tidak semua jenis garis penghantaran terpengaruh sama. Contohnya, prestasi amplitud dan fasa garis transmisi microstrip RF/microwave hanya sedikit terpengaruh oleh tebal plating tembaga PCB. Namun, sirkuit termasuk garis pemancaran gelombang koplanar (GCPW) dan sirkuit garis pemancaran microstrip dengan ciri-ciri sambungan pinggir akan menyebabkan perubahan yang signifikan dalam prestasi RF mereka disebabkan perubahan yang berlebihan dalam tebal lapisan plat tembaga. Kecuali setiap perubahan dianggap, walaupun dengan alat perisian simulasi elektromagnetik terbaik, kesan tebal platting tembaga PCB pada prestasi RF (contohnya, kehilangan penyisipan dan kehilangan kembalian) tidak dapat dijangka dengan tepat.

Sirkuit sambungan pinggir mencapai darjah sambungan yang berbeza melalui ruang yang sangat sempit antara konduktor sambungan. Kerana saiz mikroskopik kosong, lebar kosong diantara dinding sisi yang dipasang akan berubah kerana tebal plat tembaga. Sirkuit terpasang dengan bebas (ruang yang lebih besar) kurang terpengaruh oleh perubahan dalam tebal plat tembaga. Sebagaimana jarak antara garis pasang menjadi lebih sempit, darjah pasang meningkat, dan pengaruh toleransi dimensi pada variasi tebal plat tembaga meningkat. Untuk sirkuit terpasang pinggir dengan lapisan tembaga yang lebih tebal, dinding sisi garis penghantaran sirkuit juga akan lebih tinggi. Perbezaan ketinggian dinding sisi juga akan membawa kepada perbezaan dalam koeficien sambungan, dan konstan dielektrik efektif (Dk) yang diperoleh oleh sirkuit dengan tebal plat tembaga yang berbeza juga akan berbeza.

Efek Trapezoid

Perubahan dalam tebal plat tembaga juga akan mempengaruhi bentuk fizik konduktor sirkuit frekuensi tinggi. Untuk tujuan pemodelan, biasanya dianggap konduktor adalah segiempat. Dari pandangan melintas, lebar konduktor konsisten sepanjang panjang konduktor. Namun, ini adalah situasi yang ideal. konduktor sebenar biasanya mempunyai bentuk trapezoidal, dengan saiz terbesar di bawah konduktor, iaitu, pada persatuan konduktor dan substrat dielektrik sirkuit. Untuk sirkuit dengan tembaga yang lebih tebal, bentuk trapezoidal menjadi lebih serius. Perubahan saiz konduktor akan menyebabkan perubahan dalam densiti semasa melalui konduktor, yang akan menyebabkan perubahan dalam prestasi sirkuit frekuensi tinggi.

Kesan perubahan ini pada prestasi sirkuit berbeza kerana rancangan sirkuit berbeza dan teknologi garis transmisi. Performasi elektrik sirkuit garis transmisi microstrip piawai hampir tidak berubah besar disebabkan kesan trapezoidal konduktor, tetapi sirkuit dengan ciri-ciri sambungan pinggir akan mempunyai kesan yang signifikan disebabkan konduktor trapezoidal, terutama dalam lapisan tembaga yang lebih tebal. Kesan ini menjadi lebih jelas.

Untuk sirkuit tersambung pinggir dengan ciri-ciri sambungan ketat, pemodelan komputer berdasarkan konduktor segiempat yang ideal menunjukkan bahawa terdapat densiti semasa yang lebih tinggi pada dinding sisi konduktor sambung. Bagaimanapun, jika and a menukar model konduktor kepada konduktor trapezoidal, ia akan menunjukkan bahawa ketepatan semasa yang lebih besar muncul di bawah konduktor, dan ketepatan semasa akan meningkat semasa ketepatan konduktor meningkat.

Bila densiti semasa berubah, kekuatan medan listrik konduktor trapezoidal juga berubah sesuai. Untuk konduktor bersambung tepi segiempat, densiti semasa sepanjang dinding sisi bersambung tinggi, dan sebahagian besar medan elektrik disekitar konduktor berada di udara antara konduktor. Untuk konduktor terpasang pinggir dengan bentuk trapezoidal, densiti semasa di dinding sisi lebih rendah, dan medan elektrik yang ditahan oleh udara antara konduktor terpasang lebih rendah. Dk udara adalah 1. Sirkuit bersambung pinggir dengan konduktor segiempat di udara dengan medan elektrik yang lebih banyak diantara konduktor akan menghasilkan Dk yang berkesan lebih rendah daripada sirkuit dengan konduktor trapezoidal, yang mempunyai lebih banyak konduktor sekeliling dan bahan dielektrik. medan elektrik.

Oleh sebab proses penghasilan PCB piawai, tebal platting tembaga pada PCB boleh berubah dalam papan sirkuit tunggal, dan prestasi sirkuit perubahan tebal ini juga akan berubah mengikut topologi sirkuit dan frekuensi. Pada frekuensi gelombang milimeter, saiz/panjang gelombang sirkuit kecil, dan pengaruh perubahan tebal adalah signifikan. Oleh itu, apabila menggunakan perisian simulasi sirkuit untuk simulasi prestasi bahan sirkuit tertentu, ia tidak hanya perlu mengawal ketat prestasi Dk, tetapi juga untuk menganalisis dan mempertimbangkan perubahan dan kesan yang disebabkan oleh teknik pemprosesan ini secara awal.