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Technique RF
Analyse de l'influence des matériaux et de la technologie sur le DK et la cohérence de phase du circuit PCB
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Analyse de l'influence des matériaux et de la technologie sur le DK et la cohérence de phase du circuit PCB

Analyse de l'influence des matériaux et de la technologie sur le DK et la cohérence de phase du circuit PCB

2021-08-21
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Author:Aure

Analysis of the influence of Matériaux and processing on PCB circuit Dk and phase consistency

As the frequency continues to increase, Il devient de plus en plus difficile de contrôler la cohérence de la phase Circuits imprimés(PCB) Matériauxs. Prédiction précise de la transition de phase du cristal Circuits imprimés materials is not a simple or routine task. The signal phase of a high-frequency and high-speed PCB depends to a large extent on the structure of the transmission line processed from it and the dielectric constant (Dk) of the Circuits imprimés material. The lower the Dk of the medium is (for example, the Dk of air is about 1.0), the faster the electromagnetic wave propagates. Avec l'augmentation de DK, the propagation of the wave will slow down, Ce phénomène peut également affecter la réponse de phase du signal transmis.. When the Dk of the propagation medium changes, La phase de la forme d'onde changera, because a lower or higher Dk will make the speed of the signal in the propagation medium faster or slower.


Danemark Circuits imprimés materials is usually anisotropic, with different Dk values in the three dimensions (3D) of length, width, and thickness (corresponding to the x, y, and z axes). For some special types of circuit design, Il n'est pas seulement nécessaire de tenir compte des différences de DK, Comprend également l'influence de l'usinage et de la fabrication des circuits sur la phase. With the increase of PCB operating frequency, En particulier aux fréquences micro - ondes et millimétriques, such as: fifth-generation (5G) cellular wireless communication network infrastructure equipment, advanced driver assistance systems (ADAS) in electronic assisted vehicles, La stabilité et la prévisibilité deviendront de plus en plus importantes.

Circuits imprimés

So what caused the Dk of the Circuits imprimés Matériaux modifiés? In some cases, the difference in Dk on the PCB is caused by the material itself (such as changes in copper surface roughness). In other cases, the PCB manufacturing process will also cause changes in Dk. In addition, the harsh Environnement de travail (such as higher working temperature) will also change the Dk of the PCB. En comprenant les propriétés des matériaux, manufacturing processes, working environment, and even Dk testing methods, Comment étudier le changement de BPC DK. This can better understand and predict the phase change of the PCB, Et minimiser son impact.


L'anisotropie est une caractéristique importante des matériaux des circuits imprimés. Les propriétés de DK sont très similaires à celles du tenseur en mathématiques 3D. Des valeurs de DK différentes sur les trois axes conduisent à des flux et des intensités de champ différents dans l'espace tridimensionnel. Selon le type de ligne de transmission utilisée dans le circuit, l'Anisotropie du matériau peut changer la phase du circuit avec la structure de couplage, et la performance du circuit dépend de la direction de la phase sur le matériau de la carte de circuit. En général, l'anisotropie des matériaux des circuits imprimés varie en fonction de l'épaisseur et de la fréquence de fonctionnement des circuits imprimés, et l'anisotropie des matériaux ayant une valeur DK plus faible est plus faible. Les matériaux renforcés de remplissage provoquent également ce changement: les matériaux renforcés de fibres de verre ont généralement une plus grande anisotropie que les matériaux non renforcés de fibres de verre. Lorsque la phase est un indicateur clé et que le DK du PCB fait partie de la modélisation de la conception du circuit, la description et la comparaison des valeurs de DK entre les deux matériaux doivent être effectuées pour le DK sur le même axe. Pour plus de détails sur les divers facteurs qui modifient le matériau de la carte de circuit DK, y compris les méthodes de mesure, veuillez consulter le webinaire Rogers pour en savoir plus sur la façon dont le matériau de la carte de circuit et la fabrication influent sur le changement de DK et la cohérence de phase des BPC « comment Le processus de fabrication influe sur le changement de DK et la cohérence de phase des BPC ».


Discussion approfondie sur la conception DK

The effective Dk of a circuit depends on how electromagnetic waves propagate in a specific type of transmission line. Dépend de la ligne de transmission, part of the electromagnetic wave propagates through the dielectric material of the PCB, Une autre partie se propage par l'air autour des PCB. The Dk value of air (approximately 1.00) is lower than any circuit material. Alors..., the effective Dk value is essentially a combined Dk value, Il se compose d'ondes électromagnétiques qui se propagent dans le conducteur de la ligne de transmission., electromagnetic waves propagating in dielectric materials, Et se propageant dans l'air autour d'un substrat déterminé par l'interaction des ondes électromagnétiques. "Design Dk" attempts to provide a more practical Dk than "effective Dk", Parce que la « conception dk» tient également compte des effets combinés des différentes technologies de ligne de transmission, Méthodes de fabrication, wires, Il existe même des méthodes d'essai pour mesurer le DK. The design Dk is the Dk extracted when the material is tested in the circuit form, C'est aussi la valeur DK la plus appropriée pour la conception et la simulation de circuits. The design Dk is not the effective Dk of the circuit, Mais c'est le matériau DK déterminé en mesurant le DK valide. The design Dk can reflect the true performance of the circuit.


La rugosité de surface de la Feuille de cuivre conductrice avec différentes épaisseurs de PCB a des effets différents sur la conception du circuit DK et la réponse de phase. L'épaisseur du substrat est moins affectée par la rugosité de surface du conducteur de feuille de cuivre.. Même les conducteurs de feuilles de cuivre à surface rugueuse, the design Dk value at this time is closer to the dielectric Dk of the substrate material. Par exemple:, Rogers' 6.6 millions Ro4350bâââââââââââââââââââââââââââââââââââââââââââââââââââââââââââââââ Circuits imprimés La valeur moyenne de conception DK du matériau est de 3.96 from 8 to 40 GHz. Pour le même matériau d'une épaisseur de 30 Mils, the design Dk drops to 3.Moyenne sur la même gamme de fréquences 68. When the thickness of the material substrate is doubled again (60 mils), Conception DK = 3.66, Il s'agit essentiellement d'un DK inhérent aux milieux stratifiés renforcés de fibres de verre..


Comme le montre l'exemple ci - dessus, un substrat diélectrique plus épais est moins affecté par la rugosité de la Feuille de cuivre., Valeur DK de conception relativement faible. However, Si elle est plus épaisse Circuits imprimésS pour les circuits de production et de traitement, especially at millimeter wave frequencies where the signal wavelength is small, Il sera plus difficile de maintenir la cohérence de l'amplitude et de la phase du signal. Les circuits à haute fréquence conviennent généralement mieux aux circuits plus minces Circuits impriméss, À ce stade, la partie diélectrique du matériau a peu d'influence sur la conception du DK et la performance du circuit.. Les substrats de PCB plus minces seront plus sensibles aux conducteurs en termes de perte de signal et de performance de phase.. At millimeter wave frequencies, Pour la conception des matériaux de circuit, they are more sensitive to conductor characteristics (such as copper foil surface roughness) than thicker substrates.


Comment sélectionner un circuit de ligne de transmission

Aux fréquences RF / micro - ondes et MMW, les ingénieurs en conception de circuits utilisent principalement les techniques conventionnelles de ligne de transmission suivantes, telles que les lignes Microstrip, les lignes de bande et les guides d'ondes coplanaires terrestres (gcpw). Chaque technologie a une approche de conception différente, des défis de conception et des avantages connexes. Par exemple, les différences dans le comportement de couplage des circuits gcpw influeront sur la conception des circuits DK. Pour les circuits gcpw étroitement couplés et les lignes de transmission étroitement espacées, l'utilisation de l'air entre les zones de couplage coplanaire permet une Propagation électromagnétique plus efficace et une réduction des pertes. Réduit au minimum. En utilisant des conducteurs de cuivre plus épais, les conducteurs d'accouplement ont des parois latérales plus élevées et utilisent plus de voies d'air dans la zone d'accouplement pour minimiser les pertes de circuit, mais il est plus important de comprendre les changements qui en résultent en réduisant l'épaisseur des conducteurs de cuivre.


De nombreux facteurs influencent la conception DK d'un circuit et d'un matériau de carte donnés. For example, the temperature coefficient Dk (TCDk) of the Circuits imprimés material is used to measure the influence of the operating temperature on the design Dk and performance. Représentation de la valeur tcdk inférieure Circuits imprimés material has less temperature dependence. De même,, high relative humidity (RH) will also increase the design Dk of Circuits imprimés materials, especially for materials with high moisture absorption. Caractéristiques du système Circuits imprimés material, Procédé de fabrication de circuits, L'incertitude de l'environnement de travail peut influer sur la conception du DK. Circuits imprimés material. Only by understanding these characteristics and fully considering these factors in the design process can their impact be minimized.