СВЧ технология - Почему диэлектрическая константа DK значения FR4 жесткой-гибкой доски фабрики неправильна?

Недавно заказчик завода жесткой гибкой доски указал, что диэлектрическая константа FR4 должна составлять 4,5. Однако производитель не может гарантировать такое точное значение DK для FR4. Сегодня я объясню вам, почему значение диэлектрической константы (DK) FR4 (ламинат из эпоксидной меди из стекловолокна) обычно отмечается между 4,2-4,8?

Добавление тканного стекла к материалу печатной платы (ПХД) может увеличить структурную прочность материала. Это помогает повысить механическую стабильность ламинатного материала, но оказывает ли это какое-либо влияние на электрическое поведение материала? Одна из классических проблем с тканными стеклооармированными ламинированными платами PCB заключается в том, что "эффект ткания стекла" может негативно повлиять на электрические характеристики высокоскоростных или высокочастотных схем, обрабатываемых на этих ламинатах.

В зависимости от специфической системы смолы ламината из стекловолокна диэлектрическая константа (Dk) этого материала фактически меняется в зависимости от положения в очень небольшом периодическом порядке. Эти небольшие области с разными значениями Dk могут быть вызваны уникальной физической тканей стекловолокн, в которой ткань из стекловолокна ткана из пучок стекловолокн, и между пучоками стекловолокн есть небольшие открытые области. Среди них Dk пучка стекловолокна обычно составляет около 6, а Dk ламината в открытой области между пучками намного ниже, чем пучка стекловолокна, обычно около 3. Поскольку импеданс высокоскоростных/высокочастотных линий передачи в значительной степени зависит от Dk, изменение значения Dk всегда было проблемой для инженеров по проектированию схем, использующих тканные стеклянные ламинаты.

Препрегы и медные ламинаты – это то, что мы часто называем ПП и ядровыми досками. Среда представляет собой смесь эпоксидной смолы и ткани из стекловолокна. (Жесткая печатная плата)

Существует много видов стеклянной ткани, каждый из которых имеет различную толщину и размер плетения. Ниже приводится список некоторых обычно используемых моделей стекловолокна на заводе с жесткой гибкой доской. Вы можете увидеть сетчатую ткань из стекловолокна очень интуитивно. Некоторые модели имеют большие пустые окна, а некоторые модели имеют очень маленькие пустые окна.

Для конкретного воздействия эффекта стекловолокна, пожалуйста, посмотрите легенду ниже, которые являются воздействием на импеданс, воздействием на задержку и воздействием на потерю.

Следует отметить, что эффект стекловолокна оказывает наибольшее влияние на высокоскоростные длинные следы, а низкоскоростные системы или очень короткие следы могут быть игнорированы.

Вот пример, чтобы иллюстрировать, как стекловолокно влияет на схему передачи микроплосок: Рассмотрим двусторонний медный покрытый ламинат с верхней и нижней частями (передача сигнала и плоскость земли микроплосок), и направление его оси Z (толщина) при 10 ГГц Диэлектрическая константа DK составляет 3,0. Обычно на более высоких частотах, таких как частоты миллиметровых волн (30 ГГц и выше), изменения в ДК повлияют на производительность материала. Например, четверть длины волны сигнала, распространяющегося через схему на 77 ГГц, составляет около 0,024 дюйма, что означает, что одна восьмая длина волны составляет около 0,012 дюйма. Теоретически говоря, когда электромагнитные (ЭМ) волны сталкиваются с любым типом изменения ДК в их среде распространения на длине волны, превышающей четверть интересной частоты, распространение электромагнитных волн будет нарушено и может возникнуть резонанс.

Практический опыт показывает, что даже аномалии в размере одной восьмой длины волны могут вызвать проблемы с распространением электромагнитных волн. Ламинаты схемы с одной восьмой длиной волны или выше в стекле или стеклянном балке могут подвергаться распределению стеклянного балка (и соответствующему изменению Dk), что приводит к нерегулярной производительности. Учитывая типы стекла, которые могут использоваться для укрепления различных ламинатов схемы, нередко, что некоторые из этих типов стекла имеют разрывы одной восьмой длины волны или больше на 77 ГГц (0,012 дюйма).

Это, вероятно, означает: миллиметровая волна имеет небольшую длину волны, и когда ее размер эквивалентен «разрыву» стекловолокна FR4, колебания ее DK сильно изменятся. Это одна из причин, почему FR4 не подходит для циклов миллиметровых волн.

Что касается контрмер, то это в основном выбор материалов, избежание конструкции и избежание производства. Обхождение выбора материала:

1: Используйте ткань из стекловолокна с небольшими пустыми окнами. Также известны как плоская стеклянная ткань, открытая ткань из волокна и т.д. Избегайте от источника наличия колебаний в эффективной диэлектрической константе стекловолоконной ткани пустого окна. Например: 1067/1078/2116 и т.д.

2: Используйте несколько накладок PP, чтобы уменьшить вероятность воздействия окна. Метод осуществим. Если среда не толстее и не требует нескольких накладок PP, мое личное мнение не так хорошо, как первое. Одним из них является стоимость, а другим является то, что легко скользить, когда производится более трех листов ПП.

3: Используйте ткань из стекловолокна с низкой диэлектрической константой для уменьшения разницы в диэлектрической константе между стекловолокном и эпоксидной смолой и уменьшения разницы в эффективной диэлектрической константе внутри и за пределами пустого окна. Примечание: Ткань из стекловолокна с низкой диэлектричностью обычно оснащена только листами с ультра низкими потерями. Иными словами, часто говорят, что высокоскоростный лист имеет высокую стоимость.

Обход от проектирования:

1: Важные сигналы идут с линиями с определенным углом, 3°, 7°, 11° и т. д., в основном не увеличивают стоимость, но макет сложнее сделать, я думаю, что все партнеры по макету уже держали эту ненависть в небольшом Это на книгах.

2: Угол вращения размещения важных сигналов увеличивает сложность проектирования. Небольшой трюк — повернуть чип в целом после FANOUT.

3: После нормальной конструкции поверните головоломку на 7 ° во время головоломки. Это эквивалентно полной странице 7 ° проводки.

Избежание производства:

Нормальная конструкция позволяет заводу жесткой гибкой доски вращать материал во время производства. Ядровая доска, которую мы используем, отрезана из большого материала. Большой материал квадратный. Ротарная резка неизбежно снизит скорость использования доски, и PP также должен использовать более крупные листы. Это повысит производственные затраты.