Teknik PCB - Rancangan papan PCB bagi PCB yang boleh dipakai bijak

Kerana saiz dan saiz kecil, hampir tiada piawai papan sirkuit cetak sedia-dibuat untuk pasar IoT yang boleh dipakai. Sebelum standar ini keluar, kita perlu bergantung pada pengetahuan dan pengalaman penghasilan yang dipelajari dalam pembangunan aras papan dan memikirkan bagaimana untuk melaksanakannya kepada cabaran yang muncul yang unik. Ada tiga kawasan yang memerlukan perhatian istimewa kita. Ianya: bahan permukaan papan PCB, rekaan frekuensi radio/gelombang mikro dan garis penghantaran frekuensi radio.

PCB materialPCB biasanya terdiri dari laminat, yang mungkin dibuat dari resin epoksi berkuasa serat (FR4), poliimid, atau bahan Rogers atau bahan laminat lain. Bahan yang mengisolasi antara lapisan yang berbeza dipanggil prepreg. Peranti yang boleh dipakai bijak memerlukan kepercayaan tinggi, jadi apabila guru menghadapi pilihan untuk menggunakan FR4 (bahan penghasilan PCB yang paling berkesan pada biaya) atau bahan yang lebih maju dan lebih mahal, ia akan menjadi masalah. ). Jika aplikasi PCB yang boleh dipakai bijak memerlukan kelajuan tinggi, bahan frekuensi tinggi, FR4 mungkin bukan pilihan terbaik. Pemalar dielektrik (Dk) FR4 ialah 4.5, permalar dielektrik bahan seri Rogers 4003 yang lebih maju ialah 3.55, dan permalar dielektrik seri abang Rogers 4350 ialah 3.66.Diagram tumpukan papan sirkuit berbilang lapisan, yang menunjukkan bahan FR4 dan Rogers 4350 dan tebal lapisan inti. Konstant dielektrik laminat merujuk kepada nisbah kapasitasi atau tenaga diantara pasangan konduktor dekat laminat ke kapasitasi atau tenaga diantara pasangan konduktor dalam vakum. Pada frekuensi tinggi, lebih baik mempunyai kehilangan kecil, oleh itu, koeficien dielektrik adalah 3. Roger 4350 daripada 66 lebih sesuai untuk aplikasi frekuensi yang lebih tinggi daripada FR4, yang mempunyai konstan dielektrik 4.5. / /. Dalam keadaan biasa, bilangan lapisan PCB untuk peranti yang boleh dipakai cerdas berlayar dari 4 hingga 8 lapisan. Prinsip pembangunan lapisan ialah jika ia adalah PCB 8 lapisan, ia patut mampu menyediakan lapisan tanah dan kuasa yang cukup dan sandwich lapisan kawat di tengah. Dengan cara ini, kesan garisan dalam percakapan salib boleh disimpan ke minimum, dan gangguan elektromagnetik boleh dikurangkan secara signifikan. Dalam tahap bentangan papan sirkuit, rancangan bentangan biasanya untuk meletakkan lapisan tanah besar dekat lapisan distribusi kuasa. Ini boleh membentuk kesan garisan yang sangat rendah, dan bunyi sistem juga boleh dikurangkan kepada hampir sifar. Ini sangat penting untuk subsistem frekuensi radio. Compared with Rogers material, FR4 has a higher dissipation factor (Df), especially at high frequencies. For higher performance FR4 laminates, the Df value is around 0.002, which is an order of magnitude better than ordinary FR4. Namun, tumpukan Rogers hanya 0.001 atau lebih kecil. Apabila bahan FR4 digunakan untuk aplikasi frekuensi tinggi, akan ada perbezaan yang signifikan dalam kehilangan penyisihan. Kehilangan masukan ditakrif sebagai kehilangan kuasa isyarat dari titik A ke titik B bila menggunakan FR4, Rogers atau bahan lain.

Masalah penghasilan PCB boleh memakai cerdas memerlukan kawalan impedance yang lebih ketat. Ini adalah faktor penting untuk peranti yang boleh dipakai bijak. Perpadanan kemudahan boleh menghasilkan penghantaran isyarat yang lebih bersih. Sebelum ini, toleransi piawai untuk isyarat membawa jejak adalah ± 10%. Penunjuk ini jelas tidak cukup baik untuk sirkuit frekuensi tinggi dan kelajuan tinggi hari ini. Keperluan semasa adalah ±7%, dan dalam beberapa kes walaupun ±5% atau kurang. Parameter ini dan pembolehubah lain akan mempengaruhi secara serius penghasilan PCB yang boleh dipakai bijak ini dengan kawalan pengendalian yang terutama ketat, dengan itu mengatasi bilangan pedagang yang boleh menghasilkannya. Toleransi konstan dielektrik laminat yang dibuat dari bahan UHF Rogers secara umum dikekalkan pada ±2%, dan beberapa produk boleh mencapai ±1%. Sebaliknya, toleransi konstan dielektrik bagi laminat FR4 adalah sebanyak 10%. Oleh itu, bandingkan dua bahan ini boleh ditemukan bahawa kerugian penyisipan Rogers adalah terutama rendah. Berbanding dengan bahan FR4 tradisional, kehilangan transmisi dan kehilangan penyisipan tumpukan Rogers adalah setengah lebih rendah. Dalam kebanyakan kes, biaya adalah yang paling penting. Bagaimanapun, Rogers boleh menyediakan prestasi laminat frekuensi tinggi kerugian relatif rendah dengan harga yang diterima. Untuk aplikasi komersial, Rogers boleh dibuat menjadi PCB hibrid dengan FR4 berasaskan epoksi, sebahagian daripada yang dibuat dari bahan Rogers, dan lapisan lain dibuat dari FR4. Apabila memilih stack Rogers, frekuensi adalah pertimbangan utama. Apabila frekuensi melebihi 500MHz, perancang PCB cenderung memilih bahan Rogers, terutama untuk sirkuit RF/microwave, kerana bahan-bahan ini boleh menyediakan prestasi yang lebih tinggi apabila jejak di atas dikawal secara ketat oleh impedance. ). Berbanding dengan bahan FR4, bahan Rogers juga boleh menyediakan kehilangan dielektrik yang lebih rendah, dan konstan dielektriknya stabil dalam julat frekuensi luas. Selain itu, bahan Rogers boleh menyediakan prestasi kehilangan penyisihan rendah ideal yang diperlukan oleh operasi frekuensi tinggi. Coefficient of Thermal Expansion (CTE) of Rogers 4000 series materials has excellent dimensional stability. Ini bermakna bahawa dibandingkan dengan FR4, apabila PCB mengalami siklus segera sejuk, panas dan sangat panas, pengembangan panas dan kontraksi papan sirkuit boleh disimpan pada had yang stabil di bawah frekuensi yang lebih tinggi dan siklus suhu yang lebih tinggi. Dalam kes penumpang campuran, ia mudah untuk menggunakan teknologi proses penghasilan umum untuk campuran Rogers dan FR4 prestasi tinggi bersama-sama, jadi ia relatif mudah untuk mencapai hasil penghasilan tinggi. Stack Rogers tidak memerlukan proses persiapan istimewa. FR4 biasa tidak dapat mencapai prestasi elektrik yang sangat dipercayai, tetapi bahan-bahan FR4 prestasi tinggi mempunyai ciri-ciri kepercayaan yang baik, seperti Tg yang lebih tinggi, masih relatif rendah kos, dan boleh digunakan dalam julat luas aplikasi, dari desain audio sederhana ke aplikasi microwave kompleks.