PCB科技 - PCB加工對電路效能的影響

即使是最詳細和徹底的計畫有時也可能是錯誤的, 如中所示 高頻PCB 設計, 其效能將受到電路處理過程正常公差變化的影響. Although modern computer-aided (CAE) software design tools based on electromagnetic (EM) simulation can simulate and predict circuit performance under different models, 即使是最好的模擬軟件也無法預測某些傳統電路處理過程的變化. 影響. 特別地, 鍍銅厚度的偏差以及由此引起的導體形狀的變化, 以及由此引起的邊緣耦合電路效能的變化.

通常 PCB電鍍銅 厚度有一定變化. 然而, 由於製造過程和其他原因, 同一資料上的電鍍銅厚度和不同資料之間的電鍍銅厚度或多或少會有誤差. 電鍍銅厚度的這些變化足以在電路資料的小面積內影響單個電路的效能, 從而影響同一電路在多個不同PCB板上的一致性.

電鍍通孔（PTH）通常實現PCB板一側和另一側在介電材料厚度方向（z軸）上的導電連接，或多層板電路中導體層之間的連接。 過孔的側壁鍍有銅，以提高其導電性。

然而，PTH鍍銅工藝既不傳統也不簡單，不同的工藝可能導致鍍銅層厚度的差异。 PTH通孔鍍銅的方法通常是電解鍍銅，即在PCB資料的銅箔上添加一層電鍍銅，以實現通孔的電力連接。 這實際上新增了層壓板銅箔的厚度，並在整個資料板中引入銅箔厚度的變化。 單個電路板中銅箔厚度的變化將導致同一電路板中銅箔厚度的差异。 同樣，不同電路板之間銅箔的厚度不均勻也會降低同一電路在批次之間的重複性。

由於訊號的波長在頻率較高時减小，囙此鍍銅厚度的變化對毫米波電路的影響大於低頻電路。 然而，並非所有類型的輸電線路都受到相同的影響。 例如，射頻/微波微帶傳輸線的振幅和相位效能僅受到PCB鍍銅厚度的輕微影響。 然而，由於鍍銅層厚度的過度變化，包括接地共面波導（GCPW）傳輸線和具有邊緣耦合特性的微帶傳輸線電路在內的電路將導致其射頻效能發生顯著變化。 除非考慮到每個變化，即使使用最好的電磁類比軟體工具，也無法準確預測PCB鍍銅厚度對射頻效能的影響（例如插入損耗和回波損耗）。

邊緣耦合電路通過耦合導體之間非常窄的間隙實現不同程度的耦合。 由於間隙的微觀尺寸，耦合側壁之間的間隙寬度將因鍍銅厚度而變化。 松耦合電路（較大間隙）受鍍銅厚度變化的影響較小。 隨著耦合線之間的間隙變窄，耦合程度新增，尺寸公差對鍍銅厚度變化的影響新增。 對於具有較厚銅層的邊緣耦合電路，電路傳輸線的側壁也將較高。 側壁高度的差异也會導致耦合係數的差异，不同鍍銅厚度的電路獲得的有效介電常數（Dk）也會不同。

梯形效應

鍍銅厚度的變化也會影響高頻電路導體的物理形態。 出於建模目的，通常假設導體為矩形。 從橫截面圖來看，導線的寬度沿導線的長度是一致的。 然而，這是理想的情况。 實際導體通常具有梯形形狀，最大尺寸位於導體底部，即導體和電路介質基板的接合處。 對於銅較厚的電路，梯形形狀變得更嚴重。 導線尺寸的變化將引起通過導線的電流密度的變化，這將導致高頻電路效能的變化。

由於電路設計和傳輸線科技不同，這種變化對電路效能的影響也不同。 由於導體的梯形效應，標準微帶傳輸線電路的電力效能幾乎不會發生很大變化，但由於梯形導體，具有邊緣耦合特性的電路將產生重大影響，尤其是在較厚的銅層中。 這種影響變得更加明顯。

對於具有緊密耦合特性的邊緣耦合電路，基於理想矩形導體的電腦建模表明，耦合導體的側壁上存在較高的電流密度。 但是，如果將導體模型更改為梯形導體，則會顯示導體底部出現更大的電流密度，並且電流密度將隨著導體厚度的新增而新增。

隨著電流密度的變化，梯形導體的電場強度也隨之變化。 對於矩形邊緣耦合導體，沿耦合側壁的電流密度很高，導體周圍的大部分電場在導體之間的空氣中。 對於梯形邊緣耦合導體，側壁上的電流密度較低，耦合導體之間空氣所佔據的電場較小。 空氣的Dk為1。 與具有更多周圍導體和介電材料的梯形導體的電路相比，在空氣中具有矩形導體且導體之間具有更多電場的邊緣耦合電路將導致有效Dk低於具有梯形導體的電路。 電場。

由於標準 PCB制造技術, PCB上的鍍銅厚度可能在單個電路板內發生變化, 而這些銅片厚度變化的電路效能也會隨著電路拓撲和頻率的變化而變化. 毫米波頻率下, 尺寸/電路波長小, 厚度變化的影響顯著. 因此, 使用電路類比軟體類比給定電路資料的效能時, 不僅要嚴格控制Dk效能, 還要提前分析和考慮這些處理科技帶來的變化和影響.