PCB-Technologie - Leiterplattendesign der intelligenten tragbaren Leiterplatte

Aufgrund der geringen Größe und Größe, es gibt fast keine fertigen Leiterplatte Standard für den wachsenden Smart 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: Oberflächenmaterialien für Leiterplatten, Hochfrequenz/Mikrowellenentwurf und Hochfrequenz-Übertragungsleitungen.

Leiterplattenmaterial
Leiterplatten bestehen im Allgemeinen aus Laminaten, which may be made of fiber-reinforced epoxy resin (FR4), Polyimid, oder Rogers Materialien oder andere Laminatmaterialien. Das Isoliermaterial zwischen den verschiedenen Schichten wird als Prepreg bezeichnet..
Intelligente tragbare Geräte erfordern hohe Zuverlässigkeit, so when teachers are faced with the choice of using FR4 (the most cost-effective Leiterplattenherstellungsmaterial) or more advanced and more expensive materials, das wird ein Problem.
Wenn smart wearable PCB Anwendungen erfordern hohe Geschwindigkeit, Hochfrequenzmaterialien, FR4 ist möglicherweise nicht die beste 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.
Das Stapeldiagramm der mehrschichtigen Leiterplatte, Darstellung des FR4 Materials und Rogers 4350 und der Dicke der Kernschicht.
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 ist am besten, einen kleinen Verlust zu haben, deshalb, der dielektrische Koeffizient ist 3. Roger 4350 von 66 ist für Anwendungen mit höheren Frequenzen besser geeignet als FR4, die eine dielektrische Konstante von 4 hat.5.
Unter normalen Umständen, die Anzahl der Leiterplattenschichten for smart wearable devices ranges from 4 to 8 layers. Das Prinzip der Schichtkonstruktion ist, dass, wenn es ein 8-Schicht- PCB, Es sollte in der Lage sein, genügend Erdungs- und Stromschichten bereitzustellen und die Verdrahtungsschicht in der Mitte zu sandigen. Auf diese Weise, Der Welleneffekt im Übersprechen kann auf ein Minimum reduziert werden, und elektromagnetische Störungen können deutlich reduziert werden.
In der Designphase des Leiterplattenlayouts, Der Layoutplan besteht im Allgemeinen darin, 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 factor (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 kleiner. Wenn FR4 Material für Hochfrequenzanwendungen verwendet wird, es wird einen signifikanten Unterschied 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
Smart wearable Leiterplatten strengere Impedanzkontrolle erfordern. Dies ist ein wichtiger Faktor für Smart Wearable Devices. 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 Smart Wearable ernsthaft beeinflussen Leiterplatten mit besonders strenger Impedanzsteuerung, Dadurch wird die Anzahl der Händler begrenzt, die sie herstellen können.
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. Verglichen mit dem traditionellen FR4-Material, Die Übertragungsverluste und Einfügeverluste des Rogers Stacks sind halb niedriger.
In den meisten Fällen, Kosten sind die wichtigsten. Allerdings, Rogers kann eine relativ verlustarme Hochfrequenz-Laminatleistung zu einem akzeptablen Preis bieten. Für kommerzielle Anwendungen, Rogers can be made into a Hybridplatine mit epoxidbasiertem FR4, Einige davon sind aus Rogers Material, und andere Schichten bestehen aus FR4.
Bei der Auswahl eines Rogers Stacks, Häufigkeit ist die primäre Überlegung. Wenn die Frequenz 500MHz überschreitet, PCB-Designer tend to choose Rogers materials, speziell für HF/Mikrowellenkreisläufe, weil diese Materialien höhere Leistung liefern können, wenn die Leiterbahnen oben streng durch Impedanz kontrolliert werden.
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 PCB wird kalt, heiße und sehr heiße Reflow-Zyklen, 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, Vom einfachen Audiodesign bis hin zu komplexen Mikrowellenanwendungen.