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毫米波电路的PCB设计和加工(第二部分)

2022-03-22 来源:微波射频网 写作者:罗杰斯品质可靠手机改善方案怎么写 字号:

本文是技术文章“毫米波电路的PCB设计和加工”的第二部分,第一部分请点击阅读

PCB加工

把控好电线原理的识贫尺码应该良好的操控的PCB代制造方法,以研发出都具有着可重新的优越功能的把控好电线原理。铜涂层层厚的的变迁和导体表明上的终究表明治理 的的变迁也许 危害厘米波把控好电线原理的功能。以便顺遂来完成功能优秀的厘米波把控好电线原理代制造,一定关系密切操控这多个代制造方法。对於层母线一般的再说,层母线上的原始社会铜层厚的变迁常被操控在±10%公差领域内。对於有电镀锌通孔(PTH)做出把控好电线原理互连的把控好电线原理,以便鼓励PTH方法的全面实施,终究把控好电线原理的镀铜层厚经常较硬。铜涂层方法呈现的正常的的变迁与把控好电线原理结构设计和代制造方法种类相关联。把控好电线原理代制造具体步骤中常会在一张图大板上呈现,一般的一般的再说,里面的镀铜较薄非核心较硬。各种铜层厚的变迁就也许 是厘米波规律下功能的变迁的一款 缘故。对於成自动研发的厘米波把控好电线原理,铜层厚的变迁也许 致使有差异把控好电线原理间的放损耗量和相位加载的的变迁。GCPW把控好电线原理和大部门都具有着藕合把控好电线原理功能的把控好电线原理都也许 受把控好电线原理的原材料的铜层厚的变迁的危害。

好几年前我想做个探讨,相关素材依托于10mil碳氢树脂素材相关素材,去分析各个厚薄的铜厚上电线系统的使用性能变换,另外物料相关素材均为同个批一样的的相关素材以缩小到物料这种变换制造的引响。先是将24 x18"(610 x 457mm)的两张电线系统相关素材板裁成两半,共同各是分为薄铜真空镀膜工艺层和厚铜真空镀膜工艺层工作工艺。在没个被模切后的板上带工作工艺建设一样的的电线系统,以及微带线电线系统、紧交叉耦合电源电线和松交叉耦合电源电线GCPW高速传输线电线系统等。真空镀膜工艺铜层较薄的电线系统的总铜厚薄为1 mil,而偏薄的电线系统的总铜厚薄为3 mil。除此之外,3 mil的铜厚薄差在成批量化工作整个过程中再次发生的的几率相对小,这个仅为体现了厚薄变换带给的区别。

在以下不一三极管系统板中,单端微带视频高速传输线三极管系统板能在薄铜三极管系统板和厚铜三极管系统板中间的差别尚小。厚铜三极管系统板的加入消耗的资金量和很好Dk值略比同一的薄铜三极管系统板小一下。厚铜三极管系统板的导体在室内空气中诞生较多边界场,而造很好Dk值略显上升和加入消耗的资金量略显调低。只是在毫米左右波平率下,在使用比稍厚铜的微带视频高速传输线三极管系统板或许诞生多的电磁波辐射现象,这是因在该小激发光谱下比稍厚导体的外表波多。

反而,在紧藕合用电线路的单端GCPW网络传输线用电线路上铜厚有了更为明显距离(见图5)。下面有几个用电线路按照电磁波导体长宽(w)和导体与紧邻的地层之前的差距(s)来起名。比如说电磁波导体长宽为18 mil、差距为6 mil的紧藕合用电线路用电线路被起名为w18s6,松藕合用电线路用电线路的尺寸大小为w21s10。

图5:截面积图展现了GCPW线路大小,之中左图是薄铜化学镍层线路,右图是厚铜化学镍层线路。

与选择较薄铜导体的GCPW电线相对来说,偏薄铜导体的GCPW电线会在气体中存在的许多静电场线,有时,偏薄的铜导体电线的导体更轻易诞生长方形的的样子而不算正方形的的样子。而导体的的样子的不一样也会损害静电场线性能方面特点,而会损害mm毫米波性能方面。

图6呈现了测量的薄铜导体和厚铜导体的紧合体与松合体GCPW接入线三极管的复制到图耗费相对。三极管狠抓了在声音频率范围内66GHz到68GHz整个三极管的回波耗费都不同于15dB,是排除了而是回波耗费产生的导致。应该看出,导体净宽为21 mil、安全距离为12 mil的厚铜导体GCPW三极管(w21s12)的复制到图耗费很低值。这是而是它而是厚铜导体的原因分析在冷大气中中有着较多磁场;冷大气中的耗费超小,且导体净宽较大的,导体耗费变低,才能综合的复制到图耗费超小。导体净宽为18 mil、安全距离为6 mil的薄铜导体GCPW三极管(w18s6)的复制到图耗费最高的。这是而是它在冷大气中中的磁场此例很低值,且使用的相对偏窄的讯号导体,使导体耗费扩大而总体经济的复制到图耗费极大。

图6:薄铜和厚铜导体的松藕合(w21s12)和紧藕合(w18s6)GCPW电源电路的读取损失更。

还就能够用在不一平率下测定的相位角,根据相位回应对电源电源控制电路设计系统板有用Dk完成监测。不一长的网络传递线其相位角定时器不一,在某些平率下长差与相位角定时器差相互影响是需要的。按照差分相位长法就能够决定各个电源电源控制电路设计系统板的有用Dk值。在一种测试图片技术中,抛开网络传递线的实际上长不一范围内,两种几乎类似的电源电源控制电路设计系统板将被量测于是领取相位角差。这两种电源电源控制电路设计系统板是在同两张电源电源控制电路设计系统板资料板上并排紧张的电源电源控制电路设计系统板,于是确定了物料和铜箔性几乎类似,只要相位差表示出的有用Dk值那就是资料客观存在的性。有用Dk值的运算就能够用两个相位角差和物理防御长差对应联的公式统计运算而得。

如图如图是7如图是,更好Dk值低于的GCPW电线设计是导体尺寸为18mil、高度为6 mil(w18s6)的厚铜导体的电线设计。原因电线设计是紧耦合电路板系统三极管三极管系统,电线设计在耦合电路板系统三极管三极管系统领域(冷新鲜气流中)的交变交变电场强度扩大。比较厚的铜导体使电线设计具较高的耦合电路板系统三极管三极管系统导体内壁,对此在冷新鲜气流中存在着其他交变交变电场强度,所以进几步了行之更好降低更好Dk值。更好Dk值非常高的GCPW电线设计是导体尺寸为21 mil、高度为12 mil(w21s12)的薄铜导体电线设计,这是由于它的冷新鲜气流中的交变交变电场强度分布图较少。

图7:薄铜和厚铜导体的紧交叉交叉耦合(w18s6)和松交叉交叉耦合(w21s12)GCPW电路原理的很好的Dk值对比。

因大多厘米波三极管板设计原理原理板(举个例子5G小通信基站和预警雷达探测天线软件)根据于坚持不对的、精确度相位反映的,这些在运用声音频繁 区域内,将相位角偏移坚持在可认可的区域内至关很重要。举个例子如前所写,对於77GHz预警雷达探测天线,其三极管板设计原理原理板的总相位角延时三极管板设计原理或许上千度,所以说50°或(±25°)相位偏移区域或许是可认可的。决定于不同的的开发,一下预警雷达探测天线软件或许合法比较大的相位偏移,那么一下软件或许想要不低于±10°的相位偏移。PCB的开发人工和加工除理板厂项目师们应不忘初心三极管板设计原理原理板的食材性能特点和PCB出产工艺设备对三极管板设计原理原理板相位反映的引发的不良危害,通常是在短主波长的厘米波声音频繁 三极管板设计原理原理板中。举个例子,图7右图的有效的Dk值变现规律0.1转变成为67GHz频段的相位角变现规律约60°。这样的相位角的变现规律其主要是由三极管板设计原理原理板铜强度变现规律产生的,而其他的一下变量值,涵盖介电的食材强度变现规律、Dk变现规律和表皮除理等,也不良危害相位角变现规律。在GCPW中,结果英文铜强度变现规律会非常明显不良危害三极管板设计原理原理板耦合控制电路性能特点关键在于不良危害相位。而微带线三极管板设计原理原理板受铜强度变现规律不良危害较小,从这等方面比喻用在厘米波声音频繁 的的信号高速传输來询。

一般 ,也需评估报告电线系统进而外面层治疗对复制到耗用的影向。在豪米波业务声音频率下,外面层治疗对电线系统的相位角回复起着重点影向。一般 ,外面层治疗对能力的影向将决定于于电线系统种类,假如单端电线系统或合体电线系统,同时趋肤深浅在区别业务业务声音频率下的影向。

图8数据文件表明了外界面加工治疗怎么样才能作用微带网络传输线三极管的添加损失。检查三极管应用了压延铜以缩小到铜箔粗燥度有的作用,对应操作它的板厚为各种的催化镍金(ENIG)外界面加工治疗来很三极管的损失的改变。ENIG生产技术大部分使镍层有需要的它的板厚为的改变,而这的改变可能作用豪米波规律下三极管的添加损失和相位出错。

图8:将裸铜线路是 可以参考线路,会比较有性别差异 的镀镍层薄厚造成的微带视频传输线线路的插入图自然损耗性别差异。

图8中的电源线路系统板设计效果也呈现了终于单单从面层整理的顶部反应。微带线电源线路系统板设计的微波射频电流量和磁场通常集中化在警报导体的作用顶部上。当中频电源线路系统板设计导体顶部被涂上导电性能拼不过铜的五金时,导体消耗的资金将新增,不错使电源线路系统板设计的总导入消耗的资金新增。因此,在导体构成涉及到十二个顶部的GCPW电源线路系统板设计中,其单单从面层整理层的危害将少于涉及到好几个导体顶部的微带线电源线路系统板设计。图9数据源表明了紧解耦GCPW电源线路系统板设计的测试软件效果,不错知道GCPW受单单从面层整理层的危害成度明星远超图8已知的微带线电源线路系统板设计。

图9:将裸铜电源用电线路板用作参考资料电源用电线路板,更GCPW高速传输线在有不一致性 镀镍层的电源用电线路板的复制到自然损耗不一致性。

图8和图9中的学习控制电源线路系统板原理原理均是找不到运用不管什么面上解决的裸铜控制电源线路系统板原理原理,与拥有面上解决层的控制电源线路系统板原理原理实行有点。控制电源线路系统板原理原理装修设计制作成员常见采取资料的指定区域参数值(如Dk, Df)实行装修设计制作和虚拟建模,但虚拟建模控制电源线路系统板原理原理是不是有面上解决层对虚拟建模控制电源线路系统板原理原理的后果到。以上面上解决层的后果到将会不好在pc软件中三维建模和虚拟建模,仅是二者对微带控制电源线路系统板原理原理和GCPW控制电源线路系统板原理原理的进到这一领域耗率的后果到,近年来的频率的提高越加明星。

图10数据源表现了PCB外壁办理是如何才能影响到70-80GHz紧藕合GCPW电源用电线路的高效Dk值,、从而引发的相位角回应发生影响。薄镍化学镍和厚镍化学镍的电源用电线路的高效Dk值想差0.02上下。与微带线电源用电线路比较,由化学镍层厚差产生的紧藕合GCPW的高效Dk值差距较多,这表明着化学镍层厚发生影响会给GCPW电源用电线路产生较多的相位角回应问题。0.02的高效Dk值差有效的转化70至80GHz的相位角差至少为60°。相对都要相位统一特点的许许多多豪米波选用,涉及到雷达天线软件和5G NG蜂窝无线路由网格,这样大相位角问题已经是很严重的的。

图10:将裸铜控制用电线路用到参阅控制用电线路,较多种镀镍它的厚度的ENIG对GCPW传送线控制用电线路的行之有效Dk值的损害。

以便要尽已经的避免出现表面层操作层在较高頻率下的复制到图自然耗率和Dk的关系,大组成部分厘米(mm)波电线原理避免出现选择ENIG,由于ENIG的镍电镀件钢板层厚变迁已经引发相关系数和范围广的相位角变迁。为低自然耗率重复使用技巧,沉锡(ImSn)和沉银(ImAg)办法更惯中用厘米(mm)波PCB。除此之外,部分自然耗率低、储放年限长的生产保证膜(OSP)也被中用厘米(mm)波的帧率电线原理。ImSn会在务必阶段上增添一些厘米(mm)波电线原理的复制到图自然耗率和获得相位角积极地为了响应变迁,同时由于电镀件更加薄,因为与ENIG相对于,其钢板层厚变迁小,对厘米(mm)波电线原理的复制到图自然耗率和相位积极地为了响应的关系也更小。

图11所呈现动态数值呈现了从脉冲电流到70GHz的沉锡层厚对材料耗费费作用。我也我们都所各种测试的动态数值是到110GHz,是因70GHz这些集成运放的回波材料耗费费能力较弱,添加材料耗费费会存在一段的上下波动,但是我也并不呈现,但市场趋势是类似于的。在70GHz时,选择薄ImSn和厚ImSn涂层的微带线集成运放的添加材料耗费费悬殊0.12dB/in差不多,突出不低于在同速度下(由图8所呈现)ENIG层厚变动影响的微带线添加材料耗费费变动。类似,在70GHz下该ImSn涂层层厚的变动有的微带线集成运放的相位角差略不低于3°。

图11:比ImSn表皮处里板材的厚度波动对微带线控制电路系统消耗的资金的的影响,在使用5mil 低消耗的资金,压延铜控制电路系统的材料。

电路导体形状

原因直径波线路的光波波长小的结构特征,线路导体的蚀刻也不得不更准确的且可重复食用。不顾是对藕合类线路(举个例子GCPW)或者微带线线路,线路导体应刻意作成期望的圆角矩形外形,应以减少梯状导体外形。导体外形在较高的速率时会带来最大的危害,相较检测24GHz的线路,导体呈梯外形更易危害77GHz下线路能。同一立方米面,导体梯外形对也是相较较窄的导体的危害检测宽导体的危害大。一般,用来77GHz的线路以较薄的宽度层弯排机为主要(举个例子4mil或5 mil厚层弯排机),以减少出来过度要的高次模传递信息。是这样,其设计构思制作的无线文件传输线的手机信号导体更窄,导体梯外形会更多显著的,而使易带来对能的危害。相较相较较而言的,在较低速率下(举个例子24GHz),一般食用较厚层弯排机,设计构思制作的无线文件传输线的导体线宽更宽,导体梯外形限度相较小,对能的危害较少。

梯的样子导体的发生变动在大大量量物品中也许因电源线路顶部场的发生变动而可能会导致GCPW和微带线电源线路功能发生变动。致使或多或者少的顶部磁场会在大气中校园营销推广,故此大气的低Dk性能会提升设置电源线路的可以有效地Dk值。列如 ,在享有很明显梯的样子的导体中电磁振动器波在大气中的磁场较少,这,与设置的佳多边形导体相比较,由大气的Dk值比值较低而可能会导致的整一个电源线路可以有效地Dk值新增。电源线路间导体的样子发生变动的直接不良影响也都可以相位角反应发生变动研究方法,十分是对亳米波电源线路对相位愈加敏锐。还,此种直接不良影响解耦电源线路(列如 GCPW)大于等于对微带线电源线路(见图12)。

图12:此类横受力图屏幕上显示了GCPW导体图型区别是怎么影向集成运放的交变电场,在当中上图是四边形导体,而该图是梯型导体。

因在适用厚镀铜,或而且在更快蚀刻工步中,应被蚀刻掉的铜问题而并不能达成较理想型的多边形导体形态,易被制作成梯形态。一般来说在大规模量PCB生產中会在适用的更快蚀刻激光加工制作工艺设备 ,引发导体的把控二边边部上剩余残铜锯齿状,这一些有可能在微带线和GCPW电源线路中激发相位突变。在适用较薄铜箔的层手动剪板机或镀铜,和更好把控(总之一般来说极慢)的蚀刻激光加工制作工艺设备 ,更优势于制作成多边形态导体(若为多边形导体,则在大规模量物料中的电源线路间相位角改变较少一样的性更加高)。

PCB产出的中安全用到的防焊uv墨水(绿油)可能会不断增加中频用电线路的嵌入耗费费量和相位误差值,十分是毫米(mm)波用电线路中,所以说一定清掉。随后,在中频微带线用电线路和GCPW的产出的中,一般安全用到固体光感应型(LPI)阻焊层。若微带线用电线路导体的防焊uv墨水中未清掉,则本应长期存在于的空气中的电场线会出现在防焊uv墨水中,因而从而导致用电线路的嵌入耗费费量和相位角变换。针对于GCPW等交叉耦合用电线路,导体上的防焊uv墨水的影向从而造成嵌入耗费费量和相位异常的极为严峻。

但关键在于于各种不同的信号频带宽度和光的吸光度,因更多的会的少利用防焊胶印胶印油墨,但如些的地方就必须用时能利用焊坝的形式,所以少应响毫米身边波控制线路特征指标。在控制线路电阻值出错的环境中,防焊胶印胶印油墨常见不能应响控制线路已经超过工作任务频带宽度万分之中光的吸光度的大部分。反过去说,举例子,相对77GHz控制线路,万分之中光的吸光度较为基本比较便宜为10 mil。在低频带宽度时阻焊块长远于10mil处对控制线路特征指标不引发很多应响。又举例子,24GHz的万分之中光的吸光度是33 mil身边,含有该间距的阻焊块也不能具备着谐振前提,不能应响控制线路的传播媒介特征。

家喻户晓,基材-铜箔交接处的铜箔从面上上凹凸不平度会作用线路在分米波频段下的相位卡死。另外 些许,PCB产量中在使用的铜箔同样特定的凹凸不平度不一,不一副铜箔几乎同一副铜箔中,铜箔的凹凸不平度也就会地域差异,然后对分米波线路的相位发生作用。举个例子,某类ED铜的最低值铜箔从面上上凹凸不平度是2μm RMS(也被称为“Rq”或“Sq”),但其不一条件能够在1.7和2.3μm间。在分米波频段下,由于该不一的铜箔从面上上凹凸不平度的线路的相位卡死和进到这一领域损耗费将产生凸显不一。

铜箔是电源线路材质厂家直销商生產的层托板的比较首要环节,也是PCB加工商所生產PCB的比较首要环节。普通,外壁平整的铜箔其外壁粗燥度的发生发生改变无常更小,它导致的相位运行发生发生改变无常更加少了。压延铜是一项外壁粗燥度极其平整、发生发生改变无常较小的铜箔,其评均外壁粗燥度为0.35μm RMS(远小于等于ED铜的评均外壁粗燥度2μm RMS),对电源线路的相位运行影晌极其小。另外,因为本身外壁极其平整,导体损耗率率也极其低,与ED铜箔好于,压延铜极其能够促进避免电源线路的复制到损耗率率性质。

自始至终,根据激发光谱小的主要原因,毫米左右(mm)波PCB的效果相相对 电源用电线路表现形式的精密机械生产制造和电源用电线路电气元件的精确,生产制造精确容差波动受到的相位波动等。从自动式驾驶证车俩的预警声纳感测器器到5Gwifi网咯,愈发越高的适用将依据于毫米左右(mm)波讯号和PCB电源用电线路,不管是预警声纳阶段目标测试(因为防碰意图),依旧相位幅度调制网络通讯,相位精确相对 等等适用我认为都如此非常重要的。

PCB用电线路设计的概念的相位功能会受不少设计的概念和加工除理因素的后果,有基钢板Dk变、铜箔变厚薄变、厚薄变、镀铜层厚薄变、后面表明除理镀后变、蚀刻不对性、导体梯形式变、用电线路设计的概念涂料的吸水性、和用电线路设计的概念涂料的Dk温暖指数公式(TCDk)等。谈谈GCPW用电线路设计的概念,无线连接升降的地层的PTH的地址变也会引发豪米波相位回复变。当PCB用电线路设计的概念中用要求宽频带的豪米波频点领域时,无铅逆流对接焊施工工艺的不对性和后面表明除理的会选择也会后果PCB用电线路设计的概念的相位和不足不对性。

注释

1、我们对豪米波几率下的薄和厚的各个高度微带线电源线路复制到耗损率,图3表达的实验设计结论模拟网特别了它的各个組成局部。

2、探析屏幕上显示了因为10mil厚RO4350B集成运放的原材料的GCPW集成运放的铜的厚度变换。

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