Справочник проектировщика печатных плат. Основы радиочастотных/СВЧ печатных плат. Глава 3. Структура слоев RF печатной платы.

автор Джон Буши (John Bushie) – Директор по Технологиям в American Standard Circuits. Аная Вардия (Anaya Vardya) – Президент и Генеральный директор American Standard Circuits |

Чистая сборка против гибридной сборки

Термин «чистая сборка» обозначает конструкцию многослойной печатной платы, состоящую одного типа материала для всех слоев, как например, конструкция полностью из FR-4, PTFE или другого высокочастотного материала. «Гибридная сборка» - это многослойная печатная плата, в которой используется материалы с достаточно различными критическими свойствами по сравнению с теми, которые есть у традиционных чистых многослойных печатных плат. Гибрид может использовать смесь FR-4 материалов с высокочастотными материалами или смесь высокочастотных материалов с разными диэлектрическими постоянными, и т.д.

 

Причины использования гибридных конструкций в разработках RF многослойных печатных плат обычно связаны с издержками, надежностью или электрической эффективностью. Специально разработанный материал для высокочастотных устройств обычно более дорогой, чем стандартный FR-4. Когда в проекте есть какое-то количество некритичных слоев проводников, они могут быть выполнены на более экономичном FR-4 материале, а высокочастотный RF материал можно использовать только для критичных слоев проводников. Гибридные конструкции становятся все более популярными с развитием технологий, но гибриды имеют как преимущества, так и недостатки, которые важно понимать. Тесная работа с производителем печатных плат может обеспечить выбор наилучшей конструкции, которая найдет баланс между RF эффективностью и возможностями производства печатной платы.

Например, Рис. 3.1 показывает структуру слоев, где используются высокоэффективные PTFE материалы только для слоев RF проводников, а для остальных слоев используется стандартный FR-4. Проектировщики RF печатных плат находят, что индивидуальные слои проводников не обязательно должны быть из одинакового диэлектрического материала. Существует все растущая тенденция в RF разработках использовать данный гибридный подход, когда используются различные материалы для разных слоев. Это позволяет подбирать надлежащий материал для различных функций различных слоев печатной платы.

 

 

 

Сбалансированная структура

 

Не зависимо от используемого материала обеспечение сбалансированной структуры относительно медианы оси z платы даст минимальный изгиб платы. Данный баланс включает следующее: толщина диэлектрика слоев, толщина меди слоев, распределение и размещение схем, слои панелей. Большее число слоев обычно обозначает увеличение количества панельных слоев. По возможности панели должны быть сбалансированы вокруг средней линии по оси z структуры и идеально расположены внутри платы. Если соблюдены стандартные для отрасли правила проектирования многослойной платы, то платы будут соответствовать максимальным требованиям по изгибу в 0,00075” на дюйм (0,75%) или еще меньше. Сбалансированная конструкция очень важна для любой разработки ПП, но еще более критична для гибридной сборки с использованием различных диэлектриков. Рис. 3.2 показывает различие между несбалансированной и сбалансированной конструкциями.

Рис. 3.1: FR-4/PTFE гибридная сборка из разных материалов.

Рис. 3.2: Несбалансированная против сбалансированной конструкции.

Полосковые и Микрополосковые структуры

Два наиболее распространенных форматов RF/сверхвысокочастотных линий трансмиссии – полосковый и микрополосковый. Решение, какую технологию трансмиссии выбрать базируется на ряде факторов, включая ожидаемую эффективности и простоту внедрения. Разработчики RF печатных плат должны понимать разницу между этими двумя технологиями, чтобы выбрать более подходящую для своих целей.

Полосковая линия – это высокочастотная линия передачи, которая представляет собой дорожку на внутреннем слое, который имеет панель заземления над и под собой (Рис.3.3). Благодаря окружению из изоляционного (диэлектрического) материла, полосковая линия трансмиссии не излучается и описывается как не дисперсная. Из-за этого полосковые схемы могут иметь малые зазоры и очень плотную установку, следовательно, обеспечивая миниатюризацию на сверх высоких частотах.

Существуют несколько вариантов полосковых линий, влияющих на дифференциальный импеданс:

  • Полосковая линия со связью по узким сторонам: конфигурация с двумя соседними дорожками на внутреннем слое, находящимися в центре между референтными панелями (сверху и снизу).
  • Полосковая линия со смещённой центральной полоской: полосковая линия, где центральная полоска смещена между двух панелей. Обычно используется, когда два соседних сигнальных слоя прокладываются ортогонально и имеют референтные панели вне их.
  • Полосковая линия со связью по широким стенкам: конфигурация с двумя дифференциальными линиями на соседних слоях напрямую одна над другой. Это линии со смещенной полоской, центрованной между их двумя панелями.

Технология микрополосковой высокочастотной линии трансмиссии представляет собой более простую конструкцию с одной плоскостью заземления, проводящей дорожкой и диэлектрическим слоем, разделяющим сигнальный проводник и плоскость заземления (рис. 3.4). Так как микрополосковая линия не изолирована диэлектриком, она склонна излучать больше с увеличением расстояния между линиями трансмиссии и панелью заземления. В результате микрополосковая линия зачастую является предпочтительным форматом линии трансмиссии для излучающих структур, таких как миниатюрные микрополосковые патч-антенны. Существует два типа микрополосковых линий по влиянию на дифференциальный импеданс:

  • Микрополосковая линия со связью по узким сторонам: Состоит из двух соседних дорожек на внешнем слое с единственной референтной панелью под ним.
  • Микрополосковая встроенная линия со связью по узким сторонам: микрополосковая линия со связью по сторонам, покрытая диэлектриком. Паяльная маска изменяет микрополосковую линию на микрополосковую встроенную линию.

                         

Рис. 3.3: Пример полосковой линии.

Рис. 3.3: Пример полосковой линии.

Рис. 3.4: Модель структуры слоев.

Источник: Джон Буши и Аная Вардия (John Bushie, Anaya Vardya),
American Standard Circuits,
© 2018
BR Publishing, Inc.

Назад