Технология PCB - материалы, которые необходимо учитывать при проектировании

по малому объёму, there is almost no ready-made PCB printed плата цепирастущие стандарты сетевого рынка одежды. Before these standards came out, Мы должны опираться на знания и опыт, приобретенные на уровне Совета, и подумать о том, как их можно использовать для решения уникальных и новых задач.. три аспекта требуют нашего особого внимания. They are: плата цепиповерхностный материал, RF/microwave design and RF transmission lines.

PCB material

PCB обычно состоит из слоистых пластин, которые могут быть изготовлены из волокнистых эпоксидных смол (FR4), полиимида, Роджерса или других слоистых листов. изоляционный материал между различными слоями называется препрегом.

требование высокой надежности оборудования, so when PCB designers are faced with the choice of using FR4 (the most cost-effective PCB manufacturing material) or more advanced and more expensive materials, Это станет проблемой.

Если для загрузки приложения PCB требуются высокоскоростные и высокочастотные материалы, FR4 не является оптимальным вариантом. диэлектрическая постоянная FR4 (Dk) составляет 4,5, а диэлектрическая постоянная для более современных материалов серии Rogers 4003 составляет 3,55, а диэлектрическая постоянная серии Rogers 4350- 3,66.

Рисунок 1: многослойная плата, показывающая материал FR4 и Rogers 4350, а также толщину слоя активной зоны

The dielectric constant of a laminate refers to the ratio of the capacitance or energy between a pair of conductors near the laminate to the capacitance or energy between the pair of conductors in vacuum. высокая частота, it is best to have a small loss. поэтому, Roger 4350 with a dielectric constant of 3.66 больше, чем диэлектрической константы FR4 для приложений с более высокой частотой.5.

Under normal circumstances, PCB - этажи ноутбуков варьируются от 4 до 8 слоев. The principle of layer construction is that if it is an 8 - й этаж PCB, Он должен быть способен обеспечить достаточное заземление и уровень питания, а также зажимать провода. такой, the ripple effect in crosstalk can be kept to a minimum and electromagnetic interference (EMI) can be significantly reduced.

в плата цепиlayout design stage, план планировки обычно размещается около распределительного слоя. Это может создать очень низкий эффект ряби, системный шум также можно снизить почти до нуля. This is especially important for the radio frequency subsystem.

по сравнению с материалами Роджерса, FR4 имеет более высокий коэффициент потерь (ДФ), особенно при высоких частотах. для более высокой производительности FR4 слоистой пластины, Df значение около 0002, лучше, чем обычный FR4. Однако стек Роджерса был только 001 или ниже. когда материал FR4 используется для ВЧ - приложений, вставить потери будут существенно различаться. потери при вставке означают потерю мощности при использовании FR4, Rogers или других материалов, от точки A до точки B.

Проблема изготовления

для ношения PCB требуется более строгий контроль сопротивлений, что является важным фактором, позволяющим носить оборудование. совпадение импедансов может привести к более четкой передаче сигнала. ранее стандартный допуск на ношение следов сигнала составлял ± 10%. для современных высокочастотных и высокоскоростных схем этот показатель явно недостаточен. В настоящее время требования составляют ± 7%, а в некоторых случаях ± 5% или менее. Этот и другие переменные серьезно скажутся на импедансном контроле над производством, которое носит исключительно жесткий характер и которое ограничивает число предприятий, способных их производить.

допуск на диэлектрические константы в прессе пластин сверхвысокочастотного слоя Роджерса обычно составляет ± 2%, а в некоторых продуктах - даже ± 1%. Для сравнения, допуск на диэлектрические константы пластин FR4 достигает 10%. Таким образом, сравнение этих двух материалов позволяет обнаружить особенно низкие потери при вставке Роджерса. по сравнению с традиционным материалом FR4, потери от переноса пласта Роджерса и потери от вставки сократились наполовину.

В большинстве случаев, издержки важнее всего. Тем не менее Роджерс может предложить по приемлемой цене относительно низкую потерю характеристики высокочастотных слоёв. для коммерческого применения Роджерс может быть изготовлен из эпоксидной смолы FR4 в смешанном PCB, некоторые из которых изготовлены из материалов Rogers, а другие - из FR4.

при выборе стека Rogers частота является главным соображением. когда частота более 500мгц, разработчики PCB предпочитают выбирать материалы Роджерса, особенно радиочастотные / микроволновые схемы, которые обеспечивают более высокую производительность, когда входные дорожки строго контролируются сопротивлением.

по сравнению с материалами FR4 материалы Роджерса могут также обеспечивать более низкие диэлектрические потери и их диэлектрические константы стабильны в широком диапазоне частот. Кроме того, материал Роджерса может обеспечить идеальные низкопробные характеристики износа при высокочастотных операциях.

коэффициент теплового расширения материала серии Rogers 4000 (CTE) имеет хорошую стабильность размеров. Это означает, что, по сравнению с FR4, когда PCB испытывает холодные, теплые и крайне теплые циклы, тепловое расширение и сужение платы могут оставаться стабильными в течение цикла высокой частоты и более высокой температуры.

В случае смешанных штабелей легко смешивать Роджерса с высокопроизводительным FR4 с использованием обычных производственных технологий, и поэтому относительно легко добиться более высоких темпов производства. стек Роджерса не требует особого процесса подготовки к проходу.

обычный FR4 не может обеспечить очень надежные электрические характеристики, но материалы с высокой характеристикой FR4 обладают хорошими характеристиками надежности, например, более высокий Tg, по - прежнему относительно недорогостоят и могут быть использованы для широкого применения, начиная с простого звукового дизайна и кончая сложными микроволновыми приложениями.

Вопросы проектирования радиочастот / микроволн

Portable technology and Bluetooth have paved the way for RF/применение микроволн в носимых устройствах. сегодня диапазон частот становится все более динамичным. A few years ago, very high frequency (VHF) was defined as 2GHz~3GHz. But now we can see ultra-high frequency (UHF) applications ranging from 10GHz to 25GHz.

в связи с этим в части радиочастотной связи, которая может носить PCB, необходимо уделять больше внимания проблеме проводки, сигнал должен быть разделен, а отпечаток высокочастотных сигналов должен быть удален от земли. К числу других соображений относятся: наличие боковых фильтров, достаточного количества развязывающих конденсаторов, заземление и проектирование линии передачи и линии обратного потока почти одинаковыми.

боковые фильтры могут подавлять уровень шумов и эффект волны. конденсатор развязки должен быть расположен ближе к выводам устройства, передающего сигнал мощности.

высокоскоростные линии передачи и сигнальные кольца должны быть размещены между сигналами слоя мощности, чтобы сглаживать шумовые колебания. при более высокой скорости сигнала рассогласование меньшего числа импедансов приведет к дисбалансу в передаче и приёме сигналов, что приведет к искажениям. Поэтому особое внимание следует уделять вопросу согласования сопротивлений, связанных с радиочастотными сигналами, поскольку они имеют высокие и специальные допуски.

радиочастотная линия передачи требует управления сопротивлением, чтобы передать радиочастотный сигнал с определенной базы IC на PCB. These transmission lines can be implemented on the outer layer, верхний этаж, and the bottom layer, можно также спроектировать в промежуточном слое.

The methods used during the проектирование радиочастот PCBсхема - микрополоска, floating strip lines, плоский волновод, or grounding. микроленточная линия состоит из металлической или металлической проволоки фиксированной длины, and the entire ground plane or part of the ground plane directly below it. общее поле сопротивлений структуры микрополос составляет от 50 до 75 © включительно.

Figure 1: Stacking diagram of a multilayer circuit board, showing FR4 material and Rogers 4350and the thickness of the core layer

Suspended stripline is another method of wiring and suppressing noise. линия состоит из сплошных пластов с неподвижной шириной внутренней поверхности и с центральной поверхностью и снизу. горизонтальный зажим между плоскостью электропитания, Таким образом, он может обеспечить весьма эффективный эффект приземления. This is the preferred method for wearable PCB radio frequency signal wiring.

копланарные волноводы могут обеспечить лучшую сегрегацию между радиочастотными линиями и линиями, которые должны быть ближе. эта среда состоит из центрального проводника и прилегающего пласта с обеих сторон или снизу. оптимальным способом передачи радиочастотных сигналов является подвеска полос или плоскостного волновода. Эти два способа обеспечивают лучшую сегрегацию между сигналом и линией радиочастотного следа.

рекомендуется использовать так называемые "перегородки через отверстие" по обеим сторонам плоского волновода. Этот метод может обеспечить ряд заземленных отверстий на плоскости заземления каждого металла центрального проводника. по обе стороны главной линии, проходящей посередине, имеется ограждение, которое обеспечивает кратчайший путь для обратного потока в землю. Этот метод может снизить уровень шума, связанного с эффектом высокослоистых волн радиосигналов. 4.5 диэлектрические константы остаются такими же, как и в материалах FR4, предварительно пропитанных, а диэлектрические константы предварительно пропитанных материалов (микрополосные, полосовые или отклоняемые полосы) составляют примерно 3,8 - 3,9.

В некоторых устройствах, использующих уровень земли, blind vias may be used to improve the decoupling performance of the power supply capacitor and provide a shunt path from the device to the ground. путь к заземлению шунт может сократить длину проходного отверстия, which can achieve two purposes: you not only create a shunt or ground, одновременно снижается дальность передачи малой площади оборудования, which is an important RF design factor.