Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Mehrere Punkte, auf die Sie beim Design von tragbaren Leiterplatten achten sollten
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Mehrere Punkte, auf die Sie beim Design von tragbaren Leiterplatten achten sollten

2022-01-10
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Author:pcb

Aufgrund des geringen Volumens und der Größe der Leiterplatte, Es gibt fast keinen fertigen Leiterplattenstundard für den wachsenden Wearable IoT-Markt. Bevor diese Standards veröffentlicht wurden, Wir mussten uns auf das Wissen und die Fertigungserfahrung in der Entwicklung von Leiterplatten verlassen und darüber nachdenken, wie wir diese auf einzigartige neue Herausforderungen anwenden können.. Es gibt drei Bereiche, die unsere besondere Aufmerksamkeit erfordern. Sie sind LeiterplattenoberflächenMaterialien, RF/Mikrowelle Design und HF-Übertragungsleitungen.

Leiterplatte material

Leiterplattes bestehen im Allgemeinen aus Laminaten, which may be made of fiber-reinforced epoxy resin (FR4), Polyimid- oder Rogers-Material oder andere Laminatmaterialien. Das Isoliermaterial zwischen den verschiedenen Schichten wird als Prepreg bezeichnet..

Leiterplatte

Mehrere Schlüsselpunkte, die in der Design von wearable Leiterplattes

Wearable devices require high reliability, so wenn Leiterplatte Designers are faced with the choice of using FR4 (a cost-effective Leiterplatte manufacturing material) or more advanced and more expensive materials, das wird ein Problem. Wenn tragbar Leiterplatte Anwendungen erfordern hohe Geschwindigkeit, Hochfrequenzmaterialien, FR4 ist möglicherweise nicht die Wahl. The dielectric constant (Dk) of FR4 is 4.5, Die Dielektrizitätskonstante des fortschrittlicheren Rogers 4003 Serie Materials ist 3.55, und die Dielektrizitätskonstante der Bruderserie Rogers 4350 beträgt 3.66. Die dielektrische Konstante eines Laminats bezieht sich auf das Verhältnis der Kapazität oder Energie zwischen einem Leiterpaar in der Nähe des Laminats zur Kapazität oder Energie zwischen dem Leiterpaar im Vakuum. Bei hohen Frequenzen, es gibt sehr wenig Verlust. Daher, Roger 4350 mit einer Dielektrizitätskonstante von 3.66 eignet sich besser für Anwendungen mit höheren Frequenzen als FR4 mit einer dielektrischen Konstante von 4.5. Unter normalen Umständen, Die Anzahl der Leiterplattenschichten für tragbare Geräte reicht von 4 bis 8 Schichten. Das Prinzip der Schichtkonstruktion ist, dass, wenn es ein 8-Schicht- Leiterplatte, Es sollte in der Lage sein, genügend Erdungs- und Stromschichten bereitzustellen und die Verdrahtungsschicht zu sandwichen. Auf diese Weise, the ripple effect in crosstalk can be maintained and electromagnetic interference (EMI) can be significantly reduced. Im Leiterplattenlayout Design Bühne, Der Layoutplan ist im Allgemeinen, eine große Bodenschicht nahe der Stromverteilungsschicht zu platzieren. Dies kann einen sehr geringen Welleneffekt bilden, und das Systemgeräusch kann auch auf nahezu Null reduziert werden. Dies ist besonders wichtig für das Subsystem Hochfrequenz. Verglichen mit Rogers Material, FR4 has a higher dissipation Faktor (Df), besonders bei hohen Frequenzen. Für leistungsfähigere FR4-Laminate, der Df-Wert ist um 0.002, die eine Größenordnung besser ist als gewöhnliche FR4. Allerdings, Rogers' Stapel ist nur 0.001 oder weniger. Wenn FR4-Materialien für Hochfrequenzanwendungen verwendet werden, Es wird erhebliche Unterschiede in der Einfügungsdämpfung geben. Einfügungsverlust ist definiert als Leistungsverlust des Signals von Punkt A nach Punkt B bei Verwendung von FR4, Roger oder andere Materialien.

Manufacturing problem

Wearable Leiterplattes erfordern eine strengere Impedanzkontrolle. Dies ist ein wichtiger Faktor für tragbare Geräte. Impedanz Matching kann sauberere Signalübertragung erzeugen. Früher, Die Standardtoleranz für Signaltragbahnen betrug ±10%. Dieser Indikator ist offensichtlich nicht gut genug für die heutigen Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitsschaltungen. Die aktuelle Anforderung beträgt ±7%, und in einigen Fällen sogar ± 5% oder weniger. Dieser Parameter und andere Variablen werden die Herstellung dieser tragbaren Leiterplattes mit besonders strenger Impedanzkontrolle, dadurch die Anzahl der Unternehmen, die sie herstellen können, zu begrenzen. Die dielektrisch konstante Toleranz des Laminats aus Rogers UHF-Materialien wird im Allgemeinen bei ±2%eingehalten, und einige Produkte können sogar ±1%erreichen. Im Gegensatz dazu, Die dielektrisch konstante Toleranz des FR4 Laminats ist bis 10%. Daher, Vergleich Diese beiden Materialien zeigen, dass Rogers' Einfügedämpfung besonders gering ist. Im Vergleich zu herkömmlichen FR4-Materialien, Die Übertragungsverluste und Einfügeverluste des Rogers Stacks sind halb niedriger. In den meisten Fällen, Kostenfragen. Allerdings, Rogers kann eine relativ verlustarme Hochfrequenz-Laminatleistung zu einem akzeptablen Preis bieten. Für kommerzielle Anwendungen, Rogers können zu einer Hybridplatine mit epoxidbasiertem FR4 verarbeitet werden, einige Schichten von denen Rogers Material verwenden, und andere Schichten verwenden FR4. Bei der Auswahl eines Rogers Stacks, Häufigkeit ist die primäre Überlegung. Wenn die Frequenz 500MHz überschreitet, Leiterplatte DesignSie neigen dazu, Rogers Materialien zu wählen, speziell für HF/Mikrowellenkreisläufe, weil diese Materialien eine höhere Leistung liefern können, wenn die oberen Leiterbahnen einer strengen Impedanzkontrolle unterliegen. Verglichen mit FR4 Material, Rogers Material kann auch niedrigeren dielektrischen Verlust liefern, und seine dielektrische Konstante ist stabil in einem breiten Frequenzbereich. Darüber hinaus, Rogers-Material kann die ideale Leistung mit geringer Einfügedämpfung bieten, die durch Hochfrequenzbetrieb erforderlich ist. The coefficient of thermal expansion (CTE) of Rogers 4000 series materials has excellent dimensional stability. Dies bedeutet, dass im Vergleich zu FR4, wenn die Leiterplatte wird kalt, Heiße und sehr heiße Reflow-Lötzyklen, Die thermische Ausdehnung und Kontraktion der Leiterplatte kann bei höheren Frequenz- und Temperaturzyklen an einer stabilen Grenze gehalten werden. Bei gemischtem Stapeln, Es ist einfach, gängige Fertigungsverfahrenstechnologie zu verwenden, um Rogers und Hochleistungs-FR4 miteinander zu mischen, so ist es relativ einfach, hohe Fertigungsausbeute zu erreichen. Der Rogers Stapel erfordert keine spezielle Vorbereitung. Normale FR4 kann keine sehr zuverlässige elektrische Leistung erzielen, Hochleistungs-FR4-Werkstoffe weisen jedoch gute Zuverlässigkeitseigenschaften auf, wie höhere Tg, noch relativ geringe Kosten, und in einer Vielzahl von Anwendungen einsetzbar, aus einfachen Audio Design zu komplexen Mikrowellenanwendungen.

RF/Mikrowelle Design considerations

Portable technology and Bluetooth have paved the way for RF/Mikrowellenanwendungen in tragbaren Geräten. Der heutige Frequenzbereich wird immer dynamischer. Vor ein paar Jahren, very high frequency (VHF) was defined as 2GHz~3GHz. But now we can see ultra-high frequency (UHF) applications ranging from 10GHz to 25GHz. Daher, für tragbare Leiterplattes, Der Hochfrequenzteil erfordert mehr Aufmerksamkeit auf die Verdrahtungsprobleme, und die Signale müssen getrennt voneinander getrennt werden, und die Spuren, die Hochfrequenzsignale erzeugen, müssen vom Boden ferngehalten werden. Weitere Überlegungen sind: Bereitstellung eines Bypass-Filters, ausreichende Entkopplungskondensatoren, Erdung, and DesignDie Übertragungsleitung und die Rückleitung müssen nahezu gleich sein. Der Bypass-Filter kann den Rauschgehalt und den Ripple-Effekt von Übersprechen unterdrücken. Entkopplungskondensatoren müssen näher an den Gerätestiften platziert werden, die Leistungssignale transportieren. Hochgeschwindigkeitsübertragungsleitungen und Signalschaltungen erfordern eine Masseschicht zwischen den Leistungsschichtsignalen, um den durch das Rauschsignal erzeugten Jitter zu glätten. Bei höheren Signalgeschwindigkeiten, Kleine Impedanzanpassungen führen zu unsymmetrischer Übertragung und Empfang von Signalen, was zu Verzerrungen führt. Daher, Besondere Aufmerksamkeit muss dem Impedanzanpassungsproblem im Zusammenhang mit dem Hochfrequenzsignal gewidmet werden, weil das Hochfrequenzsignal eine hohe Geschwindigkeit und eine besondere Toleranz hat. Hochfrequenz-Übertragungsleitungen benötigen eine geregelte Impedanz, um Hochfrequenzsignale von einem bestimmten IC-Substrat an die Leiterplatte. Diese Übertragungsleitungen können auf der Außenschicht realisiert werden, die obere und die untere Schicht, oder sie können Designd in der mittleren Schicht. Die Methoden, die während des HF-Layouts der Leiterplatte Mikrostreifenlinien einschließen, Hängestreifen, Koplanarwellenleiter, oder Erdung. Die Mikrostreifenlinie besteht aus einem Metall oder einer Spur fester Länge und der gesamten Grundebene oder einem Teil der Grundebene direkt darunter. Die charakteristische Impedanz in der allgemeinen Mikrostreifenstruktur reicht von 50Ω bis 75Ω.

Drei wichtige Bereiche, die tragbar sind Leiterplatte Designers need to pay attention to

Suspended Striplin is another method of wiring and suppressing noise. Diese Leitung besteht aus einer festen Verdrahtung auf der Innenschicht und einer großen Masseebene über und unter dem Mittelleiter. Die Grundebene ist zwischen der Leistungsebene eingeklemmt, so kann es einen sehr effektiven Erdungseffekt liefern. Dies ist eine bevorzugte Methode für HF-Signalverdrahtung auf tragbaren Geräten Leiterplattes. Koplanare Wellenleiter können eine bessere Isolation zwischen HF-Leitungen und Leitungen bieten, die näher geführt werden müssen. Dieses Medium besteht aus einem zentralen Leiter und Erdungsebenen auf beiden Seiten oder darunter. Das Verfahren zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen ist suspendiert stripline oder koplanare Wellenleiter. Diese beiden Methoden können eine bessere Isolation zwischen dem Signal und der HF-Spur bieten. Es wird empfohlen, auf beiden Seiten des koplanaren Wellenleiters sogenannte "Via Fences" zu verwenden.. Diese Methode kann eine Reihe von Masseverschlüssen auf jeder Metallerdungsebene des Mittelleiters bereitstellen. Die Hauptspur, die in der Mitte verläuft, hat Zäune auf jeder Seite, so eine Abkürzung für den Rückstrom zum Boden unter. Diese Methode kann den Rauschpegel reduzieren, der mit dem hohen Welleneffekt des HF-Signals verbunden ist. Die dielektrische Konstante von 4.5 bleibt das gleiche wie das FR4 Material des Prepreg, während die dielektrische Konstante des Prepreg-from Microstrips, stripline, oder versetzte Stripline-ist etwa 3.8 bis 3.9. In einigen Geräten, die eine Bodenebene verwenden, Blind Vias können verwendet werden, um die Entkopplungsleistung des Leistungskondensators zu verbessern und einen Shunt-Pfad vom Gerät zum Boden bereitzustellen. Der Shuntweg zum Boden kann die Länge der Via verkürzen, Das kann zwei Ziele erreichen: Sie erstellen nicht nur einen Shunt oder Boden, aber auch den Übertragungsabstand von Geräten mit kleinem Boden reduzieren, die eine wichtige HF ist LeiterplatteDesign factor .