Teknik PCB - Mencari kaedah ujian untuk konstan dielektrik bahan yang sesuai untuk gelombang milimeter

Mencari kaedah ujian untuk konstan dielektrik bahan yang sesuai untuk gelombang milimeter

Frekuensi gelombang milimeter (mm Gelombang) adalah sekali seksyen spektrum yang disimpan untuk penyelidikan dan pembangunan (RD). Namun, gelombang milimeter telah digunakan secara luas. Dengan pengembangan sistem bantuan pemandu maju (ADAS) dan sistem keselamatan radar gelombang milimeter, dan teknologi komunikasi sel generasi lima (5G) ke frekuensi yang lebih tinggi, frekuensi gelombang milimeter akan digunakan oleh bilion orang di seluruh dunia. Ini bermakna permintaan untuk bahan PCB yang menyokong frekuensi 28 GHz atau lebih tinggi juga akan terus berkembang. Untuk mengukur bahan papan sirkuit frekuensi tinggi, contohnya, frekuensi sekitar 80 GHz, dan perlu mengukur konstan dielektrik (Dk) atau konstan dielektrik relatif bahan pada frekuensi gelombang milimeter. Namun, dalam julat frekuensi yang tinggi, tiada piawai industri yang pasti lagi.

Pemalar dielektrik adalah kepentingan utama bagi kebanyakan bahan papan sirkuit kerana ia mempengaruhi saiz sirkuit pada frekuensi operasi. Sejak panjang gelombang menurun semasa frekuensi meningkat, terutama pada frekuensi gelombang milimeter, saiz sirkuit menjadi sangat kecil, jadi penting untuk mengetahui Dk bahan sirkuit dengan tepat. Pada dasarnya, Dk atau kebenaran relatif bahan boleh ditakrif sebagai nisbah jumlah muatan yang disimpan apabila bahan diantara dua plat logam kepada jumlah muatan yang disimpan apabila plat logam berada dalam vakum atau udara. Dk vakum adalah "1", dan Dk bahan lain lebih tinggi daripada bahan vakum.

Pengetahuan asas Dk

Kaedah pengukuran yang digunakan oleh kebanyakan penyedia bahan papan sirkuit adalah kaedah piawai industri yang dikenali, dan diukur pada frekuensi ujian khusus, seperti 10GHz atau bawah. Pada frekuensi gelombang milimeter, terdapat juga beberapa kaedah untuk mengukur Dk bahan papan sirkuit, tetapi kaedah ini tidak dikenali dengan kaedah ujian yang digunakan pada frekuensi rendah.

Apa kesulitan dalam mengukur Dk dengan tepat pada frekuensi gelombang milimeter? Untuk mengukur nilai Dk bagi bahan, sama ada ujian pada bahan mentah yang sedang diuji (MUT), atau memproses bahan mentah ke dalam beberapa bentuk sirkuit rujukan dan ujian pada sirkuit. Sama ada ia frekuensi radio, mikrogelombang atau millimeter gelombang, ciri-ciri Dk bahan papan sirkuit biasanya anisotropik. Oleh itu, apabila menggunakan kaedah ujian untuk menentukan nilai Dk bahan, ia juga perlu menentukan Dk paksi Z bahan ujian (arah tebal) atau arah X-Y (panjang dan lebar bahan). Untuk arah bahan yang berbeza, nilai ini biasanya berbeza dan biasanya fungsi frekuensi. Oleh itu, bagi jurutera rancangan sirkuit gelombang milimeter, ia tidak boleh dianggap nilai Dk pada 10 GHz pada paksi Z sama dengan nilai Dk pada 60 GHz pada pesawat XY di bawah bahan yang sama. Memukur Dk bahan sirkuit dengan tepat pada frekuensi gelombang milimeter sangat penting untuk banyak aplikasi gelombang milimeter yang akan datang dan jurutera rancangan sirkuit mereka.

Skrin kriteria calon

Terdapat banyak kaedah untuk menentukan nilai Dk bahan pada frekuensi gelombang milimeter. Namun, tiada satu kaedah telah diterima sebagai teknik ujian piawai industri oleh organisasi piawai teknikal seperti IEEE atau IPC. Namun, beberapa kaedah ujian Dk memberikan akurat pengukuran yang sangat baik dan kebolehan mengulang, membuat mereka calon untuk standar pengukuran Dk gelombang milimeter.

Kaedah panjang fasa berbeza garis mikro adalah salah satu teknik pengukuran gelombang milimeter Dk yang boleh digunakan sebagai piawai potensi. Ini adalah kaedah ujian berdasarkan sirkuit. Dalam kaedah ini, kebanyakan 50 ohm sirkuit garis penghantaran microstrip yang panjang berbeza dibuat pada bahan yang diuji. Dengan cara ini, dengan mengukur perbezaan sudut fasa dua sirkuit, karakteristik Dk bahan yang diuji boleh dicapai. Oleh kerana Dk bahan yang diuji boleh berubah, apabila menentukan dk bahan, dua sirkuit microstrip sepatutnya sekuat mungkin untuk minimumkan pengaruh perubahan bahan Dk. Anda boleh guna penganalisis rangkaian vektor ketepatan tinggi (VNA) dengan penutup frekuensi sehingga 110GHz untuk menguji parameter-S dan pengukuran fasa dua sirkuit microstrip yang panjang berbeza pada MUT.

Kaedah lain untuk menentukan nilai Dk bahan papan sirkuit pada frekuensi gelombang milimeter adalah kaedah resonator cincin, di mana resonator cincin adalah sirkuit ujian yang dibuat pada MUT. Saiz dan parameter reka bagi sirkuit resonan ini boleh mencerminkan frekuensi resonan secara terperinci. Apabila resonator cincin diproses dengan tepat pada MUT, maklumat seperti konstan dielektrik bahan boleh dikurangkan dengan tepat dengan mengukur frekuensi resonan. Dengan menggunakan VNA untuk mengukur balasan resonator cincin terpasang-kosong pada frekuensi gelombang milimeter, dan membandingkan balasan ini dengan hasil berasaskan nombor yang diberikan oleh perisian pengiraan medan elektromagnetik komersial (EM), ia boleh berasaskan pada saiz sirkuit dan syarat yang dimasukkan ke dalam perisian Ekstrak nilai Dk MUT.

Sudah tentu, dalam aplikasi praktik, terutama untuk saiz sirkuit gelombang milimeter, saiz sirkuit dan toleransi boleh menyebabkan frekuensi resonan diukur berubah, dengan itu menyebabkan ralat dalam nilai Dk bahan diukur. Perubahan dalam lebar konduktor dan tebal papan sirkuit (MUT) juga akan mempengaruhi frekuensi resonator cincin. Selain itu, tebal foli tembaga pada sirkuit resonator cincin boleh berbeza di seluruh papan sirkuit. Perubahan ketinggian tembaga sirkuit akan mempengaruhi frekuensi sambungan dan resonan resonator cincin yang tersambung. Oleh itu, apabila melaksanakan kaedah ujian resonator cincin untuk menentukan Dk bahan papan sirkuit pada frekuensi gelombang milimeter, diperlukan untuk minimumkan perubahan tebal sirkuit. Sangat penting.

Kaedah yang disebut di at as adalah dua kaedah klasik bagi banyak bahan papan sirkuit dewasa teknologi ujian nilai Dk, dan boleh digunakan sebagai kaedah piawai industri untuk mengukur dan papan sirkuit bahan Dk pada frekuensi gelombang milimeter. Kedua-dua ini adalah kaedah ujian berdasarkan sirkuit, dan kaedah ujian lain berdasarkan bahan mentah juga boleh digunakan.

Adakah anda mempunyai soalan tentang desain atau pemprosesan? Ahli Rogers boleh memberikan bantuan yang relevan. Sekarang anda boleh log masuk ke laman web rasmi Rogers "Pusat sokongan teknikal" untuk menghubungi jurutera untuk bantuan.