PCB科技 - 電路板加工對電路效能的影響分析

電路板加工對電路效能的影響分析

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 高頻電路板 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常規電路處理過程的變化. 影響. 特別地, 鍍銅厚度的偏差和導體形狀的變化, 以及由此引起的邊緣耦合電路效能的變化.

通常為 印刷電路板(PCB) has a certain change. 然而, 由於制造技術等原因, 同一資料上的電鍍銅厚度和不同資料之間的電鍍銅厚度會有或多或少的誤差. 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s.
Plated through holes (PTH) usually realize the conductive connection between one side and the other side of the PCB panel in the thickness direction of the dielectric 材料 (z-axis), 或多層板電路中導體層之間的連接. 通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的厚度不同. PTH通孔鍍銅的方法通常是電解鍍銅, 那就是, 在PCB資料的銅箔上加一層電鍍銅，實現通孔的電力連接. 這實際上新增了層壓板銅箔的厚度, 並在整個資料板上引入銅箔厚度的變化. 單板中銅箔厚度的變化將導致同一板中銅箔厚度的差异. 類似地, 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的顯著變化。 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. 由於縫隙的微觀尺寸, 耦合側壁之間的間隙寬度將因鍍銅厚度而改變. Loosely coupled circuits (larger gaps) are less affected by changes in copper plating thickness. 當耦合線之間的間隙變窄時, 耦合度新增, 尺寸公差對鍍銅厚度變化的影響增大. 用於具有較厚銅層的邊緣耦合電路, 電路傳輸線的側壁也將更高. 側壁高度的差异也會導致耦合係數的差异, and the effective dielectric constant (Dk) obtained by the circuit with different copper plating thickness will also be different.

Trapezoid effect
Changes in copper plating thickness will also affect the physical form of high-frequency circuit conductors. 用於建模目的, 通常假設導體為矩形. 從橫截面圖, 導線寬度沿導線長度方向一致. 然而, 這是理想的情况. 實際導體通常為梯形, 導線底部尺寸最大, 那就是, 在導體和電路介質基板的接合處. 對於銅質較厚的電路, 梯形形狀變得更加嚴重. 導線尺寸的變化將導致通過導線的電流密度發生變化, 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類比表明，耦合導體的側壁上有較高的電流密度. 然而, 如果將導體模型更改為梯形導體, 這將表明導體底部出現更大的電流密度, 電流密度會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會相應變化. 矩形邊耦合導體, 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. 梯形邊緣耦合導體, 側壁上的電流密度較低, 耦合導體之間的空氣所佔據的電場較小. 空氣的Dk為1. 空氣中帶有矩形導體且導體間電場較大的邊緣耦合電路的有效Dk將低於帶有梯形導體的電路的有效Dk, 周圍有更多的導體和介電材料. 電場.

由於標準電路制造技術, 上的鍍銅厚度 PCB板 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, 大小/電路波長小, 厚度變化的影響是顯著的. 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加工技術帶來的變化和影響.