PCB Blogu - Güçlü PCB Tahta Tasarımı temel Materiyallere odaklanması gerekiyor

Küçük boyutlarına ve boyutlarına göre, yükselebilir IoT pazarı için birkaç hazır yapılmış devre tahtaları var. Bu standartlar mevcut olmadan önce, tahta seviyesi geliştirme ve üretim deneyimlerinde öğrendiğimiz şeylere güvenmeliydik ve onları eşsiz gelişmiş sorunlara nasıl uygulayacağımızı düşünmeliydik. Özel dikkatimize ihtiyacımız olan üç bölge var: devre tahtası yüzeysel maddeleri, RF/mikro dalga tasarımı ve RF yayım hatları.

PCB tahta materyali

PCB tahtaları genelde laminatlardan oluşur. Bu fiber-güçlü epoksiyle (FR4), poliimide ya da Rogers materyallerinden oluşabilir, ya da diğer laminatlardan oluşabilir. Farklı katlar arasındaki iğrenç maddeleri bir hazırlık denir. Wearables yüksek güvenilir seviyeleri gerekiyor, bu yüzden PCB tahta tasarımcıları FR4 (maliyetli PCB üretim maddeleri) veya daha gelişmiş ve daha pahalı maddeler kullanma seçimi ile karşılaştığında sorun oluyor. Eğer yorucu bir PCB tahta uygulaması yüksek hızlı, yüksek frekans materyalleri gerekirse, FR4 seçim olmayabilir. FR4'nin dielektrik konstantı (Dk) 4,5'dir, daha gelişmiş Rogers 4003 seri materyali 3,55'dir. Kardeş Rogers 4350'de 3.66'in dielektrik bir konstantü var. Bir çubuğun dielektrik konstantü, bir çift yöneticinin yakınlarındaki bir çift yönetici arasındaki kapasite veya enerji arasındaki bir çift yönetici arasındaki kapasite veya enerji arasındaki kapasite ve enerjise ilişkisini anlatır. Yüksek frekanslarda, çok az kaybediyor, bu yüzden Roger 4350'nun 3.66'deki dielektrik konstantiyle daha yüksek frekans uygulamaları için 4.5'den daha uygun. Normal koşullarda, takılabilir aygıtlar için PCB katlarının sayısı 4'den 8 katına kadar uzaktadır. Gerçek inşaat prensipi, eğer 8 katı PCB olursa, yeterince toprak, güç uçaklarını sağlaması ve rota katlarını sandviç etmesi gerektiğini gösterir. Bu şekilde, kısıtlı konuşma etkisi koruyabilir ve elektromagnetik etkisi (EMI) önemli olarak azaltabilir. Devre tahtası dizaynı sahasında, dizayn plan ı genellikle enerji dağıtım katmanına yakın bir stratum koymak. Bu sonuç çok düşük bir parça etkisinde ve sistem gürültüsü neredeyse sıfıra düşürülebilir. Bu özellikle RF altı sistemleri için önemli. Rogers maddeleri ile karşılaştırıldığında, FR4'nin yüksek dağıtım faktörü (Df), özellikle yüksek frekanslarda. Yüksek performansın FR4 stackları için Df değeri 0,002 üzerinde, bu büyüklüğün sırası normal FR4'den daha iyi. Ama Rogers'ın sığınağı sadece 0,001 ya da az. FR4 materyali yüksek frekans uygulamaları için kullanıldığında, giriş kaybında farklı bir fark var. İçeri kaybı, FR4, Rogers veya diğer materyaller kullandığında A noktadan B noktadan sinyal iletişimlerinde güç kaybı olarak tanımlanır.

Üretim sorunları

Güçlü PCB tahtası daha sıkı impedans kontrolünü, takılabilir aygıtlar için önemli bir faktör gerekiyor, çünkü impedans eşleşmesi daha temiz sinyal transmisi olabilir. Daha önce sinyal taşıyan izlerin standart toleransi %10. Bu indikator bugün yüksek frekans yüksek hızlı devreler için yeterince iyi değil. Şimdiki gerekli ±7%, bazı durumlarda %5 ya da az. Bu parametr, diğer değişkenlerle birlikte bu takılabilir PCB'lerin üretimini çok etkileyebilir özellikle sıkı impedans kontrolü ile, bu yüzden üretilebilen ticaret sayısını sınırlayabilir. Rogers UHF materyallerinden yapılmış laminatların dielektrik sürekli toleransi genelde %2'de tutuluyor ve bazı ürünler %1'e bile ulaşabilir. Rogers'ın bu iki materyalle özellikle düşük yerleştirme kaybı olduğunu bulunabilir. Rogers takımlarında geleneksel FR4 malzemeleriyle karşılaştığı yayın ve giriş kaybının yarısı var. Çoğu durumda, maliyeti önemli. Ancak Rogers, kabul edilebilir fiyat noktasında relativ düşük kaybı yüksek frekans toplama performansını sağlayabilir. Reklamlı uygulamalar için Rogers epoxy tabanlı FR4 ile birleştirilebilir, hibrid PCB yapılması için, Rogers materyalini kullanarak bazı katlar ve diğerleri FR4 kullanarak. Rogers takımını seçerken, frekans ilk düşünce. Frekanslar 500MHz'den fazla olduğunda, PCB tahta tasarımcıları Rogers materyallerini seçmeye alır, özellikle RF/mikrodalga devreleri için, çünkü bu materyaller yukarıdaki izler impedance tarafından ciddi kontrol edildiğinde daha yüksek performans sağlayabilir. Rogers materyalleri de FR4 materyalleriyle karşılaştığında daha düşük dielektrik kaybı sunuyor ve dielektrik konstantleri geniş frekans menzilinde stabil. Ayrıca Rogers malzemeleri yüksek frekans operasyonu için gerekli ideal düşük giriş kaybı performansını sağlayabilir. Rogers 4000 seri materyallerin sıcak genişleme (CTE) koefitörlüğü mükemmel boyutlu stabiliyete sahiptir. Bu da tahta sıcaklık genişlemesi ve sözleşmesi, yüksek frekans ve yüksek sıcaklık dönüşünde kurulu soğuk, sıcak ve sıcak refloz dönüşüne karşılaştığında sabit bir sınırda tutulabilir. Hibrid takımında Rogers ve yüksek performans FR4'nin ortak üretim süreci teknolojisini kullanarak birlikte kolay karıştırılabilir, bu yüzden yüksek üretim yiyeceklerini elde etmek relatively kolay. Rogers takımı hazırlık süreci üzerinden bağlı bir takım gerekmiyor. Düzenli FR4 çok güvenilir elektrik performansına ulaşamıyor, fakat yüksek performanslı FR4 materyalleri, yüksek Tg gibi güvenilir özellikleri hala relativ düşük maliyetlerdir ve basit ses tasarımlarından karmaşık mikrodalga uygulamalarına kadar geniş çeşitli uygulamalarda kullanılabilir. RF/Microwave tasarım düşünceleri

Taşınabilir teknoloji ve Bluetooth, RF/mikro dalga uygulamaları için çamaşırlar içinde yol açtı. Bugünkü frekans menzili artık dinamik artıyor. Birkaç yıl önce, çok yüksek frekans (VHF) 2GHz ~ 3GHz olarak tanımlanmıştı. Ama şimdi 10GHz ile 25GHz arasında ultra yüksek frekans uygulamalarını görebiliriz. Bu yüzden, yorulmuş PCB tahtası için, RF bölümü sürükleme sorunlarına, ayrı sinyaller ve yerden yüksek frekans sinyallerini oluşturan izleri daha yakın dikkati gerekiyor. Diğer düşünceler de: Baypass filtreleri, yeterli kapasiteleri, yerleştirme ve iletişim ve dönüş hatlarını tasarlamak neredeyse eşit. Bir baypass filtrü ses içeriğinin ve karşılaştırma etkilerini bastırır. Elektrik sinyali taşıyan aygıtlara daha yakın yerleştirilmeli. Yüksek hızlı iletişim hatları ve sinyal döngüleri güç uça ğı sinyalleri arasındaki yeryüzü uçağına ihtiyaç duyuyor. Sesli sinyallerden kurtulmak için. Daha yüksek sinyal hızlarında küçük impedans eşleşmeleri dengelenmeyen yayınlama ve sinyalleri alır ve bozulma sonucu olabilir. Bu yüzden, RF sinyalleri ile alakalı uyuşturucu sorunları engellemek için özel dikkat vermelidir. Bu yüzden yüksek hızlı ve özel toleranslar vardır. RF yayınlama hatlarının, özel bir IC substratından PCB tahtasına göndermesi için kontrol edilmiş impedance gerekiyor. Bu iletişim hatları dışarıdaki, üst ve aşağıdaki katlarda uygulanabilir ve orta katta da dizayn edilebilir. RF tasarım dizaynı sırasında kullanılan metodlar mikrostrip, yüzücü strip çizgi, koplanar dalga rehberi veya yerleştirmedir. Mikrostrip çizgi, tam altındaki bir metal ya da izler uzunluğundan ve tüm yeryüzü uça ğının ya da toprak uçağının bir parçasından oluşur. Genel mikrostrip çizgisinin yapısında özellikli impedance 50Ω ile 75Ω. Durumlu strip çizgileri bir yolculuk ve sesi bastırmak için başka bir yoldur. Bu çizgi iç kattaki sabit genişliğin ve yukarıdaki ve orta yöneticinin altında büyük bir yeryüzü uçaktan oluşur. Yer uça ğı enerji uçakları arasında sandviç edildi ve bu yüzden çok etkili bir yerleştirme etkisi sağlıyor. Bu, takılabilir PCB tahtalarında RF sinyal yolculuğu için tercih edilen yöntemdir. Coplanar dalga rehberleri, RF çizgilerinin yakınlarında daha iyi izolasyon sağlayabilir ve birlikte takip edilmeli çizgiler. Bu ortam, iki tarafta ya da a şağıdaki merkez yöneticisi ve yeryüzü uçaklarından oluşan bir uzunluğudur. RF sinyallerini yayınlama yöntemi strip çizgileri ya da koplanar dalga rehberlerini durduruyor. Bu iki yöntem sinyal ve RF izleri arasında daha iyi izolasyon sağlar. Böyle denilen "çitlerden" kullanılması koplanar dalga rehberinin her iki tarafında tavsiye edildi. Bu yaklaşım, merkez yöneticinin her metal toprak uça ğında yeryüzünde bir çizgi vial sağlıyor. Ortada çalışan ana izler her tarafta sıkıştırıldı, böylece a şağıdaki biçimlere karşılık bir kısayol veriyor. Bu yaklaşım, RF sinyalleri üzerinde yüksek parça etkilerle bağlı ses seviyelerini azaltır. 4.5'deki dielektrik konstantü, mikrostripten, striptiz çizgisinden, ya da kompleks striptiz çizgisinin önlemesinden 3.8 ile 3.9 kadar diyelektrik konstantlerinde aynı durumda kalır. Yer uça ğını kullanan bazı aygıtlarda, kör vialar enerji teslimatı kapasitelerinin yapıştırma performansını geliştirmek için kullanılabilir ve cihazdan yere uzak bir yol sağlayabilir. Yere dönüş yolu, iki amaç hizmet eden aracılığın uzunluğunu kısayabilir: sadece bir çekim veya yer oluşturuyorsunuz, ancak küçük toprak ile aygıtların iletişim mesafesini azaltabilirsiniz. Bu da önemli bir PCB tahtası RF tasarım faktörü.