Teknik PCB - PCB manufacturer explain what is fr4 dielectric constant

Helaian FR-4 ialah helaian PCB berlepas tembaga dua sisi yang dibuat dari resin epoksi + kain kaca. The fr4 copper-clad sheet is commonly used, and the fr4 dielectric constant relative to air is 4.2-4.7. Perubahan konstan dielektrik fr4 dengan suhu, dan julat perubahan maksimum boleh mencapai 20% dalam julat suhu 0-70 darjah. Perubahan konstan dielektrik akan menyebabkan perubahan 10% dalam lambat baris. Semakin tinggi suhu, semakin lambat. Pemalar dielektrik juga berubah dengan frekuensi isyarat. Semakin tinggi frekuensi, semakin kecil konstan dielektrik fr4. Secara umum, nilai klasik bagi konstan dielektrik fr4 ialah 4.4. Perubahan konstan dielektrik dengan frekuensi seperti yang dipaparkan dalam figur.

konstan dielektrik fr4

Pemalar dielektrik fr4 (Dk, Er) menentukan kelajuan pada mana isyarat elektrik menyebar dalam medium. Kelajuan penyebaran isyarat elektrik adalah secara bertentangan dengan punca kuasa dua konstan dielektrik. Semakin rendah konstan dielektrik, semakin cepat kelajuan penghantaran isyarat. Mari kita membuat analogi yang nyata, seperti anda berlari di pantai. Kedalaman air membanjiri kaki awak. Viskositi air adalah konstan dielektrik. Semakin lebar air, semakin tinggi konstan dielektrik dan semakin lambat anda berjalan.

Pemalar dielektrik tidak mudah diukur atau ditakrif. Ia tidak hanya berkaitan dengan ciri-ciri medium, tetapi juga berkaitan dengan kaedah ujian, frekuensi ujian, dan keadaan bahan sebelum dan semasa ujian. Pemalar dielektrik juga berubah dengan suhu. Beberapa bahan istimewa mempertimbangkan faktor suhu dalam pembangunan. Humiditi juga faktor penting yang mempengaruhi konstan dielektrik, kerana konstan dielektrik air adalah 70, dan sangat sedikit basah akan menyebabkan perubahan yang signifikan.

Kehilangan dielektrik lembaran FR-4: kerugian tenaga disebabkan oleh bahan pengisihan dibawah tindakan medan elektrik disebabkan kesan histeresis konduktiviti dielektrik dan polarizasi dielektrik. Juga dipanggil kehilangan dielektrik, disebut kehilangan dielektrik. Di bawah tindakan medan elektrik bertukar, sudut kumplimentar δ sudut termasuk (sudut faktor kuasa Φ) antara fasor semasa dan fasor tekanan yang mengalir dalam dielektrik dipanggil sudut kehilangan dielektrik. The dielectric loss of fr4 sheet is generally 0.02, and the dielectric loss will increase with the increase of frequency.

Nilai TG lembaran fr4: juga dipanggil suhu transisi kaca, umumnya 130 darjah Celsius, 140 darjah Celsius, 150 darjah Celsius, 170 darjah Celsius.

Ketebusan konvensional helaian fr4

Lebar yang biasa digunakan: 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.8mm, 1.0mm, 1.2mm, 1.5mm, 1.6mm, 1.8mm, 2.0mm, ralat lebar plat perlu berdasarkan kapasitas produksi kilang plat fr4 Tentu saja.

Lebar tembaga biasa untuk laminat berlepas tembaga fr4: 0.5 ons, 1 ons, 2 ons, dan lebar tembaga lain juga tersedia, yang perlu ditentukan dengan konsultasi ipcb.

Pemindahan, kesan optik penting, juga penting dalam PCB kelajuan tinggi dan PCB frekuensi tinggi. Dalam PCB, isyarat berbeza berkembang dengan kelajuan berbeza dalam jejak.

Seperti bahan lain, penyebaran fr4 mempengaruhi denyut dan gelombang dalam jejak PCB. Prinsip fizik yang menggambarkan penyebaran diketahui dengan baik dan boleh digunakan untuk mengembangkan model analitik perilaku isyarat dalam PCB.

Untuk orang-orang yang mungkin tidak ingat kelas teknik atau fizik mereka, konstan dielektrik (dan oleh itu indeks refraktif) dalam bahan adalah fungsi frekuensi penyebaran gelombang elektromagnetik. Inilah sebabnya prism boleh digunakan untuk memisahkan cahaya putih menjadi warna pelangi. Sama seperti, kadar penyorban gelombang elektromagnetik juga fungsi frekuensi gelombang elektromagnetik.

Ini akan mempunyai banyak kesan pada fr4 PCB. Kesan ini sangat penting dalam aplikasi PCB kelajuan tinggi atau PCB frekuensi tinggi. The change of fr4 dielectric constant with frequency is called dispersion, which causes different frequency components in the electrical pulse in the PCB trace to propagate at different speeds. Dalam kes penyebaran positif (konstan dielektrik meningkat dengan frekuensi), komponen frekuensi yang lebih tinggi mencapai muatan kemudian daripada komponen frekuensi yang lebih rendah, dan sebaliknya.

Denyut digital sebenarnya hanya superposisi gelombang analog, dan pengaruh penyebaran pada setiap komponen frekuensi sedikit berbeza. fr4 kebetulan mempunyai penyebaran negatif dalam terma kelajuan penyebaran isyarat, tetapi meletakkan laminat dengan penyebaran positif pada substrat boleh mengembalikan penyebaran isyarat dan mengurangkan kehilangan.

Kebanyakan spektrum frekuensi (kira-kira 75%) dalam denyut digital berkoncentrasi antara frekuensi tukar dan frekuensi lutut. Frekuensi lutut adalah kira-kira satu pertiga daripada reciprok masa naik isyarat. Perkiraan yang layak hanya mempertimbangkan penyebaran pada frekuensi penyukaran, tetapi penyebaran ini hanya sesuai untuk penyebaran rendah dan tengah.

Tangen kehilangan fr4 juga berubah dengan frekuensi sehingga ia meningkat dengan cepat pada sekitar 100 KHz, dan kemudian meningkat secara tetap sehingga sekitar 100 GHz. Oleh itu, penindasan adalah lebih besar pada frekuensi yang lebih tinggi, tetapi penindasan disebabkan oleh denyutan digital tidak terlalu berat. Pada frekuensi dan kadar data yang lebih rendah, penjarakan lebih penting, yang mempengaruhi toleransi ketidakpadanan panjang jejak.

Compared with analog signals, PCB traces on fr4 tend to have higher losses than other PCB materials specifically used for analog signal applications in the GHz range. Oleh itu, papan fr4 untuk aplikasi kelajuan tinggi/frekuensi tinggi patut termasuk laminat kelajuan tinggi untuk mengurangi kerugian dan mengembalikan penyebaran negatif yang ada pada fr4. Selain itu, anda patut guna bahan lain secara khusus untuk aplikasi RF.

Mengingat bahawa pembebasan dalam model sirkuit garis penghantaran telah selesai pada dasar panjang per unit. Dengan kata lain, parameter penting untuk memmodelkan garis trasmis ialah resistensi siri dan induktansi siri konduktor, konduktansi selari dielektrik, dan kapasitansi antara konduktor dan laluan kembalinya. Titik penting di sini adalah untuk mempertimbangkan perubahan dalam konduktiviti shunt dan konstan dielektrik fr4 dengan frekuensi.

The conductivity of fr4 material is divided into static component and frequency-dependent component, the latter of which is proportional to dielectric loss and frequency. Pada masa yang sama, konstan dielektrik fr4 adalah fungsi frekuensi, yang disebabkan kegembiraan muatan permukaan atau oscilasi dipol pada frekuensi yang lebih rendah, atau kegembiraan getaran lattik dan transisi elektronik pada frekuensi yang tinggi.

Dalam terma membina model sirkuit untuk fr4 PCB, keseluruhan kapasitas dan konduktansi selari mesti ditentukan pada frekuensi isyarat minat pada fr4. Apabila mengubah perilaku sirkuit, nilai ini mesti disertai dalam model sirkuit jejak pada papan fr4. Pengiraan yang terlibat adalah dasar, tetapi mendapatkan nilai yang salah boleh menyebabkan model anda menghasilkan keputusan yang tidak sepadan dengan situasi sebenar.

Tentu saja, anda boleh guna persamaan untuk menganalisis garis pemindahan setiap bahagian papan sirkuit, tetapi anda juga boleh guna simulator sirkuit berasaskan SPICE. Anda perlu termasuk nilai konduktansi shunt dan kapasitasi yang betul untuk substrat PCB fr4 pada frekuensi yang anda tertarik padanya.

In addition, since you have determined the fr4 dielectric constant at the relevant frequency, you can include the correct value in the 3D field solver. Ini membolehkan anda memeriksa medan radiasi, yang boleh menyebabkan masalah integriti isyarat dalam keseluruhan peranti atau reka-reka papan berbilang.