Microwave Teknolojisi - PCB devre tahtasında materyaller ve işleme etkisi Dk

PCB devre tahtası DK'nin arttığıyla, basılı devre tahtası (PCB) materyallerinin fazla uyumluluğunu kontrol etmek daha zordur. Tam olarak devre masallarının faz değişikliklerini tahmin etmek basit veya rutin bir görev değil. Yüksek frekans ve yüksek hızlı PCB'nin sinyal fazı, genellikle devre tahtasının materyalinin dağıtım hatının yapısına bağlı. Ortamın Dk'ünün düşük (örneğin, hava Dk'i yaklaşık 1,0), elektromagnetik dalgaların propagatlarını daha hızlı yapar. Dk'in yükselmesiyle dalgaların yayılması yavaşlayacak ve bu fenomen de propagasyon sinyalinin faz tepkisini etkileyecek. Propagasyon ortamın Dk değiştiğinde dalga formu değişiklikleri gerçekleşecek çünkü düşük ya da yüksek Dk propagasyon ortamında sinyalin hızını daha hızlı ya da yavaş yapacak.

PCB devre DK materyal genellikle anisotropik, üç boyutta (3D) uzunluğu, genişliği ve kalınlığı (x, Y ve Z ekselerine uygun) farklı Dk değerleri vardır. Bazı özel devre dizaynı türleri için sadece Dk'in farklılığını düşünmek gerekir, fakat devre üretiminin etkisini de fazla üzerinde düşünmek gerekir. PCB operasyon frekansları arttığı sürece faz stabiliyeti ve tahmin edilebilir, özellikle mikrodalga ve milimetre dalga frekanslarında, beşinci nesil (5G) hücre kablosuz iletişim ağ altyapı ekipmanları ve elektronik yardımlı araçlarda gelişmiş sürücü yardım sistemleri (ADAS) daha önemli olacak.

Peki devre tablosu maddelerinin DK'nin değişmesine neden oluyor? Bazı durumlarda, PCB'deki Dk'in farklılıkları materyal kendisi tarafından sebep oluyor (mesela bakra yüzeyindeki değişiklikler). Diğer durumlarda, PCB üretim süreçleri de DK değişikliklerine sebep olabilir. Ayrıca, yüksek çalışma sıcaklığı gibi a ğır bir çalışma çevresi de PCB devre Dk'i değiştirebilir. Materialler, üretim süreci, çalışma çevresi, hatta Dk test metodu ve PCB DK nasıl değiştiğini öğrenmek için diğer aspektler anlayarak. Bu şekilde, PCB'nin faz değişikliği daha iyi anlayabilir ve tahmin edilebilir ve etkisi azaltılabilir.

Anisotropy devre masallarının önemli bir özelliği ve Dk özellikleri üçboyutlu matematiklerde "tensörler" ile çok benziyor. Üç kattaki farklı Dk değerleri üç boyutlu uzayda elektrik fluksi ve elektrik alan ağırlığının farkına yol açar. Dönüşte kullanılan transmis çizgisinin türüne bağlı, bir devreye yapısıyla birleşmiş bir yapıyı değiştirebilir materyalin anisotropisi tarafından ve devreye performansı devre tahtası materyalinin fasının yönünde bağlı. Genelde devre masallarının aniotropisi, tabağın kalın ve çalışma frekansıyla değişecektir. Dk değerleri altındaki materyaller daha küçük aniotropiye sahip. Doldurum güçlendirmesi de bu değişikliklere katkı sağlıyor: cam fiber güçlendirme ile PCB materyalleri genelde cam fiber güçlendirmeden PCB materyalinden daha büyük aniotropiye sahiptir. Bölüm anahtar göstericisi ve PCB'nin Dk devre tasarımının modellenmesinin bir parçası olduğu zaman, iki materyal arasındaki Dk değerlerini tanımlayan ve karşılaştıran Dk'in aynı yön köşesinde olmalı. PCB materyali Dk'i değiştiren çeşitli faktörler (ölçüm metodları dahil) hakkında daha detaylı bilgi için Rogers'ın webinar ına bakın: "Döngü Materiyeleri ve Fabrikasyon PCB devrelerinin Dk Variasyonu ve Fazi Konsistasyonu nasıl etkileyeceğini anlayabilir" (PCB materyalleri ve üretim sürecilerinin PCB Dk değişimlerini ve Fazi Konsistasyonu nasıl etkileyeceğini anlayın).

Dk tasarımına derinlik bir bakış

Etkileyici bir devre Dk, elektromagnetik dalgaların özel bir tür transmis çizgisinde nasıl yayıldığına bağlı. Transfer çizgisine bağlı, elektromagnetik dalgasının bir parçası PCB'nin dielektrik materyali üzerinden yayılacak ve diğer parçası PCB'nin etrafında hava üzerinden yayılacak. Hava Dk değeri (yaklaşık 1.00'de) her devre maddelerinden daha a şağıdır. Bu yüzden etkili Dk değeri basit olarak birleştirilmiş Dk değeridir. Bu, transmisyon hattı yöneticisinde yayılan elektromagnet dalgasının birleştirilmiş hareketleriyle, dielektrik maddelerinde yayılan elektromagnet dalgası ve temel çevresinde havada yayılan elektromagnet dalgası ile tanımlanır. "Tasarım Dk" Dk, Dk'i ölçülemek için kullanılan test metodların birleştiği farklı transmis hattı teknolojilerin, üretim metodlarının, kabloların ve hatta Dk'i ölçülemek için kullanılan test metodlarının karşılaştırılması için daha pratik bir Dk sağlamaya çalışıyor. Dk tasarım Dk, devre formunda materyaller testinde çıkarılan Dk'dir. Bu da devre tasarımı ve simülasyonunda kullanılabilecek en uygun Dk değeridir. Dk tasarımı devreğin etkileyici Dk değil, ama etkileyici Dk ölçüsü tarafından tanımlanan materyal Dk ve dizayn Dk devreğin gerçek performansını etkileyebilir.

PCB dielektrik materyalinin farklı kalınlıklarında yönetici bakır yağmurunun yüzeyi ağırlığı, PCB devre DK dizaynının faz tepkisine farklı etkisi vardır. Daha kalın substratları olan materyaller sık sık sık bakar yağ yöneticilerinin yüzeyi ağırlığı tarafından etkilenir. Kötü yüzeyle bakra yağmur yöneticileri için bile, tasarım Dk değeri substrat materyalinin orta Dk'e yakın. Örneğin, Rogers'ın 6,6 mil RO4350B â‚¢ devre masalı ortalama bir dizayn Dk 3,96'dan 8'den 40GHz'e sahiptir. Aynı materyal için 30 mil kalınlığıyla, dizayn Dk aynı frekans menzilinde ortalama 3,68'e düşüyor. Material substrat kalınlığı tekrar (60 mil) arttığında, dizayn Dk 3,66, bu cam fiber destekli laminat için ortamın içerisindeki Dk.

Yukarıdaki örneklerden, daha kalın substratların bakra yağmur ağırlığı tarafından daha az etkilendiğini görülebilir ve tasarım Dk değeri relatively düşük. Ancak, eğer daha kalın devre tahtası işleme devrelerini üretmek için kullanılırsa, özellikle milimetre dalga frekanslarında daha küçük sinyal dalga uzunluğuyla, sinyal genişliğinin ve fazının sürekliliğini korumak daha zordur. Daha yüksek frekans devreleri genellikle daha ince devre tahtaları için daha uygun, maddelerin orta parçası Dk tasarımına ve devre performansına daha az etkilendiği yerde. Sinyal kaybı ve faz performansı daha ince PCB substrası yönetici tarafından daha etkilendir. Millimeter dalga frekanslarında devre materyallerinin Dk tasarımına göre, daha kalın substratlardan daha hassas bir yönetici özelliklerine (bakar yağmur yüzeyinden ağırlık gibi) benziyorlar.

Bir iletişim hattı devrelerini nasıl seçeceğiz

RF/mikrodalga ve milimetre dalga frekanslarında devre tasarımcıları mikrostrip, strip ve temel koplanar dalga yolculuğu (GCP) gibi geleneksel transmis hattı teknolojileri kullanır. Her teknolojinin farklı tasarlama yaklaşımları, tasarlama çözümleri ve ilişkileri var. Örneğin, GCPW devrelerinin birleşme davranışlarının farklılıkları devre tasarımına DK etkileyecek. GPW devrelerini sıkı olarak birleştirmek için ve sıkı uzaklıkla yayılma hatlarını da, koplanar bağlama bölgeleri arasında hava kullanarak daha etkili elektromagnyetik yayılması ve kayıpları azaltmak için ulaşabilir. Birleşme bölgesinde daha fazla hava yollarını kullanarak daha kalın bakra yöneticilerini kullanarak devre kaybını azaltır, fakat bakra yöneticisinin kalıntısını azaltmanın uyumlu etkilerini anlamak daha önemlidir.

Birçok faktör Dk tasarımı verilen devre ve devre masalı için etkileyebilir. Örneğin, devre masallarının sıcaklık koefitörlü Dk (TCDk) devre masallarını Dk ve performans tasarımı üzerinde çalışma sıcaklığının etkisini ölçülemek için kullanılır. TCDk'in düşük değeri devre masallarının sıcaklık bağımlılığı daha az olduğunu anlamına gelir. Aynı şekilde, yüksek relativ humilik (RH) devre tahtası maddelerinin dizaynını arttırabilir, özellikle yüksek mitrik absorbsyonu olan materyaller için. Dört tahtası maddelerinin özellikleri, devre üretim süreci ve çalışma çevresindeki kesinlikler hepsi PCB devre tahtası Dk materyallerine etkileyecek. Sadece bu özellikleri anlamak ve tasarım sürecinde bunları hesaplamak üzere etkisi azaltılabilir.