Teknologi PCB - Pemegang dielektrik PCB pada frekuensi gelombang milimeter

konstan dielektrik (Dk) atau konstan dielektrik relatif bagi bahan papan sirkuit PCB bukanlah konstan konstan-walaupun ia kelihatan seperti konstan dari nama. Contohnya, Dk bahan berubah dengan frekuensi. Sama seperti, jika kaedah ujian Dk berbeza digunakan pada bahan yang sama, nilai Dk berbeza juga boleh diukur, walaupun kaedah ujian ini adalah tepat. Kerana bahan papan sirkuit semakin digunakan dalam frekuensi gelombang milimeter, seperti 5G dan sistem bantuan memandu maju, sangat penting untuk memahami variasi Dk dengan frekuensi dan mana kaedah ujian Dk adalah "sesuai".

Walaupun organisasi seperti IEEE dan IPC mempunyai komite dedikasi untuk membincangkan isu ini, sekarang tiada kaedah ujian industri piawai untuk mengukur Dk bahan papan sirkuit pada frekuensi gelombang milimeter. Ini bukan kerana kekurangan kaedah pengukuran. Sebenarnya, kertas rujukan yang diterbitkan oleh Chen et al. 1 menjelaskan lebih dari 80 kaedah untuk menguji Dk. Namun, tiada satu kaedah yang ideal. Setiap kaedah mempunyai keuntungan dan kelemahan, terutama dalam julat frekuensi 30 hingga 300 GHz.

Ujian litar vs ujian bahan mentah

Biasanya terdapat dua jenis utama kaedah ujian yang digunakan untuk menentukan Dk atau Df (tangen kehilangan atau tan δ) bahan papan sirkuit: pengukuran bahan mentah, atau pengukuran dalam sirkuit yang terbuat dari bahan.

Ujian berdasarkan bahan-bahan mentah bergantung pada peralatan dan peralatan ujian kualiti tinggi dan boleh dipercayai, dan nilai Dk dan Df boleh dicapai dengan menguji bahan-bahan mentah secara langsung. Ujian berdasarkan sirkuit biasanya menggunakan sirkuit biasa dan mengekstrak parameter bahan dari prestasi sirkuit, seperti mengukur frekuensi tengah atau balas frekuensi resonator. Kaedah ujian bahan mentah biasanya memperkenalkan ketidakpastian berkaitan dengan pemasangan ujian atau peranti ujian, sementara kaedah ujian sirkuit mengandungi ketidakpastian dari rancangan sirkuit ujian dan teknologi pemprosesan. Kerana dua kaedah ini berbeza, hasil pengukuran dan tahap akurat biasanya tidak konsisten.

Contohnya, kaedah ujian garis garis rentetan band-X ditakrif oleh IPC adalah kaedah ujian bahan mentah, dan hasilnya tidak boleh konsisten dengan keputusan Dk ujian sirkuit bahan yang sama. Kaedah ujian bahan mentah garis garis penampilan adalah untuk menampilkan dua potongan bahan di bawah ujian (MUT) dalam pemasangan ujian istimewa untuk membina resonator garis penampilan. Terdapat udara diantara bahan yang sedang diuji (MUT) dan sirkuit resonator tipis dalam pemasangan ujian, dan kehadiran udara akan mengurangi Dk diukur. Jika ujian sirkuit dilakukan pada bahan PCB yang sama, Dk diukur berbeza dari yang tanpa masuk udara. Untuk bahan papan sirkuit frekuensi tinggi dengan toleransi Dk ±0.050 ditentukan oleh ujian bahan mentah, ujian sirkuit akan mendapat toleransi kira-kira ±0.075.

Bahan papan sirkuit adalah anisotropik dan biasanya mempunyai nilai Dk berbeza pada tiga paksi bahan. Nilai Dk biasanya mempunyai perbezaan kecil antara paksi-x dan paksi-y, jadi bagi kebanyakan bahan-bahan frekuensi tinggi, anisotropi Dk biasanya merujuk kepada perbezaan Dk antara paksi-z dan pesawat x-y. Kerana anisotropi bahan, untuk bahan yang sama di bawah ujian (MUT), Dk diukur pada paksi z berbeza dari Dk pada pesawat xy, walaupun kaedah ujian dan nilai Dk diukur adalah kedua-dua "betul".

Jenis sirkuit yang digunakan untuk ujian sirkuit juga mempengaruhi nilai Dk yang sedang diuji. Secara umum, dua jenis sirkuit ujian digunakan: struktur resonan dan struktur transmisi/refleksi. Struktur sumber biasanya menyediakan keputusan jangkauan sempit, sementara ujian transmisi/refleksi biasanya menyediakan keputusan jangkauan lebar. Kaedah menggunakan struktur resonan secara umum lebih tepat.

Contoh kaedah ujian

Contoh biasa pengujian bahan mentah ialah kaedah garis garis garis tekanan band X. Ia telah digunakan oleh penghasil PCB frekuensi tinggi selama bertahun-tahun dan adalah kaedah yang boleh dipercayai untuk menentukan Dk dan Df (tan δ) dalam paksi z bahan papan sirkuit. Ia menggunakan perangkat pegangan untuk membuat bahan di bawah ujian (MUT) bentuk sampel resonator garis garis garis yang terlepas. Faktor kualiti diukur (Q) resonator bukanlah muatan Q, jadi kalibrasi kabel, konektor dan pemasangan mempunyai sedikit kesan pada hasil pengukuran akhir. Papan sirkuit lapisan tembaga perlu dicat dari semua foil tembaga sebelum diuji, dan hanya substrat bahan mentah dielektrik diuji. Bahan-bahan mentah sirkuit dipotong menjadi saiz tertentu dalam keadaan persekitaran tertentu dan ditempatkan di tepi kedua-dua sisi sirkuit resonator.