Технология PCB - анализ влияния поверхностных глубин на различные структуры печатных плат

анализ влияния глубины кожи на различные радиочастотные отклики Структура печатных плат

Глубина кожи обычно используется для описания поведения тока,протекающего через проводник цепи, особенно печатных плат на ВЧ/микроволновых частотах. Когда постоянный ток (DC) проходит через проводник печатных плат,плотность тока в проводнике распределяется равномерно.Однако при прохождении синусоидального высокочастотного тока через проводник печатной платы распределение плотности тока внутри проводника изменится.По сравнению с поверхностью проводника, плотность внутреннего тока будет становиться все меньше и меньше. глубина скина всех проводников показывает, что плотность тока на поверхности проводника падает до глубины 1/e. глубина скина является важным параметром платы, который необходимо учитывать при проектировании высокочастотной линии передачи или ВЧ-цепи, это также один из факторов, который необходимо учитывать при моделировании ВЧ-цепей для моделирования.

Математическое выражение глубины кожи ð таково: ð = (1/ÏfµÏ)0.5

Где if частота, μ магнитная проницаемость, я знаю, что вы имеете в виду.Наблюдая эту формулу,мы видим обратную величину отношения глубины поверхности проводника к частоте.Таким образом,глубина поверхности высокочастотной пластины очень мала.

плотность тока

В случае постоянного тока 100% проводников используют ток передачи. Все проводники, подключенные к постоянному току, имеют равномерное распределение плотности тока по сечению. Однако для тока, изменяющегося с синусоидальной частотой, распределение плотности тока внутри проводника иное, внешняя поверхность проводника имеет большую плотность тока, чем внутренняя и промежуточная части проводника. Как показывает математическое выражение глубины кожи: с увеличением частоты, плотность тока на внешней поверхности проводника будет увеличиваться. при очень высокой частоте, плотность тока во внутреннем проводнике очень мала, даже нет плотности тока. большая часть плотности тока сосредоточена на внешней поверхности проводника. На самом деле, увеличение частоты, тем меньше глубина кожи проводника.

Итак, какова реальная глубина кожи обычного проводника? Возьмем в пример медь. приблизительное значение, составляющее примерно 1:1313131перевод, примерно 5,8 × 107 S / m. глубина кожи будет снижаться по мере увеличения частоты. при 50 МГц глубина поверхности меди составляет 2.95 × 1 мг (0.11 мил),при 1 ГГц - 2.09 × 1 м (0.082mils), при 10 ГГц - 0.66 × 1 м (0.02 mils), при 50 ГГц - 0,30 × 1 м (0.012mils), а при 80ггц - 0,23 × 1 м (0.009mils). Очевидно, что большая часть плотности тока под частотой миллиметровых волн находится вблизи поверхности медного проводника.

когда медь в цепи может быть слишком тонкой, чтобы быть хорошим проводником? Поскольку геометрия схемы зависит от длины волны, она уменьшается с ростом частоты. Для высокочастотных ВЧ/микроволновых схем, особенно на частотах миллиметровых волн, требуется строгий контроль за медными проводами, подвергающимися коррозии на печатной плате. Для некоторых приложений требуется очень тонкая плата и медная фольга, поскольку более тонкая медная фольга позволяет лучше контролировать травление схем характеристик печатной платы, таких как ленточные и микрополосковые линии передачи. Медная фольга весом в четверть унции (0,25 унции) - это очень тонкая медь, нормальная толщина которой составляет 8,89 микрона (0,35 мил). По сравнению с другими толщинами, этот тонкий медный проводник обеспечивает достаточную глубину кожи для частот ниже 500 МГц и выше 500 МГц.

с учетом того, что поверхность проводника имеет более высокую плотность тока при более высоких частотах, фактором, который может повлиять на глубину скинии проводника в печатная плата, является шероховатость поверхности медной фольги на границе между базой и проводником. Потому что при более высокой частоте плотность тока увеличивается на внешнюю поверхность проводника, и шершавая поверхность медного проводника, особенно на поверхности медной фольги на границе плиты - проводника, увеличивает потери в цепи проводника.

Помимо увеличения потерь проводника, шероховатая поверхность проводника медной фольги снижает фазовую реакцию и фазовую скорость цепи, так что свойства схемы кажутся на основной пластине с более высокой диэлектрической проницаемостью (ДК). Таким образом, для подложных материалов с одинаковыми диэлектрическими константами схемы с гладкой поверхностью медной фольги менее эффективны, чем схемы с поверхностью проводника грубой медной фольги. частота, учитывающая шероховатость поверхности медного проводника, зависит от глубины поверхности проводника. При такой же глубине кожи, как и при шероховатости поверхности проводника, шероховатость поверхности проводника будет влиять на производительность радиочастотных / микроволновых схем. например, электролитическая медь (ED) обычно имеет шероховатость поверхности около 2 мега - метров RMS и будет влиять на радиочастотные характеристики цепи примерно на частоте 1 ГГц. прокатываемая медь имеет более плавную шероховатость поверхности, около 0,35 в день, когда она меньше 40 ГГц, не влияет на производительность радиочастотных / микроволновых схем.

углубленный анализ

при проектировании и моделировании высокочастотных схем для проведения значимого моделирования фактическая глубина скинии, как правило, в несколько раз выше, чем теоретически рассчитываемая глубина скинии (максимум в пять раз больше значения D). по формуле вычисления D глубина скинии зависит от электропроводности проводника. Однако мы должны не только учитывать электропроводность меди, но и защищать электропроводность любой поверхности медной линии печатная плата. большая часть поверхности печатная плата обрабатывается менее электропроводностью,чем медь, что приводит к понижению комплексной проводимости и повышению глубины кожи. например, для обработки поверхности с химически осажденным никелем (эниг) электропроводностью являются Соединения никеля, золота и медных проводников. при низкой частоте плотность тока распределена по всем трем металлическим проводникам.но при более высоких частотах глубина скинии уменьшается, и только никель и золото играют роль проводников. на очень высокой частоте только золото - проводник.

Что касается обработки поверхности в эниг, то, поскольку никель является магнитным и его значение в четверть раза выше, чем в меди (значения в четверть раза больше, чем в среднем 1), это привело к снижению глубины поверхности во время обработки поверхности в эниг. использование такой поверхностной обработки приведет к двум факторам. магнитная проницаемость никеля снижает глубину кожи, а его низкая удельная проводимость увеличивает ее глубину. Для сравнения, пропитанное серебро используется также в качестве конечной поверхности медной линии печатная плата. электропроводность серебра выше, чем медь, и не имеет магнитных свойств. Таким образом, при использовании погружения на поверхность серебра глубина скинии медного проводника будет немного меньше. Однако, как правило, используется очень тонкая поверхность погружения серебра,поэтому эффективность обработки поверхности может быть менее очевидной, если она не находится под более высокой частотой мм, например 100 ггц и более высокой частотой мм.

Глубина скин-слоя - это характеристика схемы, которую необходимо учитывать, особенно на высоких частотах миллиметровых волн. Хотя окончательная обработка поверхности также повлияет на производительность печатной платы,вес/толщина и тип медного проводника будет влиять на производительность ВЧ/качество микроволновых цепей и диэлектриков и подложек. гладкой тонкой медной фольги,прокатной меди, может обеспечить глубину кожи и низкие потери проводника, необходимые для хорошей высокочастотной производительности, Таким образом,общая стоимость снизилась PCB потери схемы