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La constante dieléctrica (dk) o la constante dieléctrica relativa del material de la placa de circuito impreso no es constante, aunque parece constante por su nombre. Por ejemplo, el DK del material cambia con la frecuencia. Del mismo modo, se pueden medir diferentes valores de DK si se utilizan diferentes métodos de prueba de DK en el mismo material, incluso si estos métodos de prueba son precisos. A medida que el material de la placa de circuito se utiliza cada vez más en frecuencias de ondas milimétricas, como el 5G y los sistemas avanzados de asistencia a la conducción, es importante entender los cambios de DK con la frecuencia y qué método de prueba de DK es "adecuado".
Aunque organizaciones como IEEE e IPC tienen comités especiales para discutir este tema, todavía no hay métodos de prueba estándar de la industria para medir el DK del material de la placa de circuito a frecuencias de ondas milimétricas. Esto no se debe a la falta de métodos de medición. De hecho, un trabajo de referencia publicado por Chen y otros 1 describe más de 80 métodos para probar dk. sin embargo, ninguno de ellos es ideal. Cada método tiene sus ventajas y desventajas, especialmente en el rango de frecuencia de 30 a 300ghz.
Pruebas de circuitos y pruebas de materias primas
Por lo general, hay dos tipos principales de métodos de prueba para determinar el DK o el DF (ángulo de pérdida truncado o isla tan) del material de la placa de circuito: la medición de la materia prima o en un circuito hecho de material.
Las pruebas basadas en materias primas dependen de accesorios y equipos de prueba de alta calidad y confiables, que pueden obtener valores DK y DF probando directamente las materias primas. Las pruebas basadas en circuitos suelen utilizar circuitos públicos y extraer parámetros de material del rendimiento del circuito, como la medición de la frecuencia central o la respuesta de frecuencia del resonador. Los métodos de prueba de materias primas suelen introducir incertidumbres relacionadas con accesorios de prueba o equipos de prueba, mientras que los métodos de prueba de circuitos incluyen incertidumbres derivadas de la tecnología de diseño y procesamiento de circuitos de prueba. Debido a las diferencias entre los dos métodos, los resultados de la medición y el nivel de precisión suelen ser inconsistentes.
Por ejemplo, el método de prueba de la línea de banda de compresión de banda X definido por el IPC es un método de prueba de materia prima cuyos resultados no son consistentes con los resultados DK de la prueba del Circuito del mismo material. El método de prueba de la materia prima de la línea de banda de agarre es sujetar dos piezas del material probado (mut) en una pinza de prueba especial para construir un resonador de línea de banda. Habrá aire entre el material sometido a prueba (mut) y el circuito del resonador delgado en el soporte de prueba, y la presencia de aire reducirá el DK medido. si se realiza la prueba del Circuito en el mismo material de pcb, el DK medido es diferente al DK sin correa de aire. Para el material de placa de circuito de alta frecuencia con una tolerancia DK de ± 0050 determinada a través de la prueba de materia prima, la prueba de circuito obtendrá una tolerancia de aproximadamente ± 0075.
El material de la placa de circuito es isotrópico y generalmente tiene diferentes valores DK en tres ejes de material. Los valores de DK suelen tener una pequeña diferencia entre el eje X y el eje y, por lo que para la mayoría de los materiales de alta frecuencia, la heterogeneidad de DK generalmente se refiere a la comparación de DK entre el eje Z y el plano X - Y. Debido a la heterogeneidad del material, para el mismo material medido (mut), la medición de DK en el eje Z es diferente a la de DK en el plano xy, aunque el método de prueba y el valor de DK medido son "correctos".
El tipo de circuito utilizado para la prueba del circuito también afectará el valor DK en la prueba. Por lo general, se utilizan dos tipos de circuitos de prueba: la estructura de resonancia y la estructura de transmisión / reflexión. Las estructuras de resonancia suelen proporcionar resultados de banda estrecha, mientras que las pruebas de transmisión / reflexión suelen proporcionar resultados de banda ancha. Los métodos que utilizan estructuras resonantes suelen ser más precisos.
Ejemplo de método de prueba
Un ejemplo típico de la prueba de materias primas es el método de línea de banda de compresión de banda X. El fabricante de PCB de alta frecuencia lo ha utilizado durante muchos años y es un método confiable para determinar DK y DF (tan isla') en el eje Z del material de la placa de circuito. Utiliza una pinza para que la muestra del material medido (mut) forme un resonador de línea de banda de acoplamiento suelto. El factor de masa de medición (q) del resonador es q sin carga, por lo que la calibración de los cables, conectores y accesorios tiene poco impacto en el resultado final de la medición. Antes de la prueba, la placa de circuito cubierta de cobre necesita grabar todas las láminas de cobre y solo probar el sustrato de materia prima dieléctrica. La materia prima del circuito se corta a un cierto tamaño en ciertas condiciones ambientales y se coloca en una pinza a ambos lados del Circuito de resonancia.
