Jump to content

    

Характеристики FR-4 на 3-4 ГГц и проблема рассчёта импеданса проводников с учётом процесса изготовления печатной платы

Предыстория вопроса следующая.

На плате помимо СВЧ-компонентов (2.8-3.5ГГц и 400МГц), находится много цифровых схем с кучей питаний. Всё уложилось в 10 слоёв. Планируем использовать в качестве материала платы FR-4. Мощности не большие - порядка нескольких dBm, СВЧ трассы короткие - не более 2 см. Согласование проводников сделать хочется качественней. Вопросы при этом возникли следующие:

 

1. Характеристики FR-4 на частотах 400МГц и 2.8 - 3.5ГГц. - диэлектрическая пронициаимость и тангенс угла потерь (последний интересует мало, т.к. как я понял при расчёте волнового сопротивления не учитывается, но всё таки интересно).

2. Какие нужно учитывать особенности при изготовлении диэлектрических прослоек - Er препрегов и ламинатов, умеьшение толщин при пресовании, утолщение проводников после металлизации и т.п.

3. Посоветуйте какой-нибудь распространённый ламинат, который можно указать при заказе (в Резоните пока ничего не посоветовали - сказали что FR-4 у них стандвртный и всё).

4. На что нужно обратить внимание при заказе платы с нужным импедансом проводников.

 

Заранее благодарен.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Предыстория вопроса следующая.

На плате помимо СВЧ-компонентов (2.8-3.5ГГц и 400МГц), находится много цифровых схем с кучей питаний. Всё уложилось в 10 слоёв. Планируем использовать в качестве материала платы FR-4. Мощности не большие - порядка нескольких dBm, СВЧ трассы короткие - не более 2 см. Согласование проводников сделать хочется качественней. Вопросы при этом возникли следующие:

 

1. Характеристики FR-4 на частотах 400МГц и 2.8 - 3.5ГГц. - диэлектрическая пронициаимость и тангенс угла потерь (последний интересует мало, т.к. как я понял при расчёте волнового сопротивления не учитывается, но всё таки интересно).

2. Какие нужно учитывать особенности при изготовлении диэлектрических прослоек - Er препрегов и ламинатов, умеьшение толщин при пресовании, утолщение проводников после металлизации и т.п.

3. Посоветуйте какой-нибудь распространённый ламинат, который можно указать при заказе (в Резоните пока ничего не посоветовали - сказали что FR-4 у них стандвртный и всё).

4. На что нужно обратить внимание при заказе платы с нужным импедансом проводников.

 

Заранее благодарен.

диэлектрическая пронициаимость 4.5

тангенс угла потерь 0.01

Share this post


Link to post
Share on other sites

Результаты измерения и моделирования 50-го микрополоска на "стандартном" FR4 (0,5 мм) при указанных выше параметрах, может пригодится)

Пожалуй для задачи согласования, такой точности вполне достаточно.

________________FR4.doc

Share this post


Link to post
Share on other sites
Предыстория вопроса следующая.

На плате помимо СВЧ-компонентов (2.8-3.5ГГц и 400МГц), находится много цифровых схем с кучей питаний. Всё уложилось в 10 слоёв. Планируем использовать в качестве материала платы FR-4. Мощности не большие - порядка нескольких dBm, СВЧ трассы короткие - не более 2 см. Согласование проводников сделать хочется качественней. Вопросы при этом возникли следующие:

 

1. Характеристики FR-4 на частотах 400МГц и 2.8 - 3.5ГГц. - диэлектрическая пронициаимость и тангенс угла потерь (последний интересует мало, т.к. как я понял при расчёте волнового сопротивления не учитывается, но всё таки интересно).

2. Какие нужно учитывать особенности при изготовлении диэлектрических прослоек - Er препрегов и ламинатов, умеьшение толщин при пресовании, утолщение проводников после металлизации и т.п.

3. Посоветуйте какой-нибудь распространённый ламинат, который можно указать при заказе (в Резоните пока ничего не посоветовали - сказали что FR-4 у них стандвртный и всё).

4. На что нужно обратить внимание при заказе платы с нужным импедансом проводников.

 

Заранее благодарен.

 

Хотел бы напомнить фразу: "Доверяй (производителю, дистрибьютору), НО ПРОВЕРЯЙ".

Так мы столкнулись с тем, что купив ламинат фирмы Rogers - RT5880 (толщиной 1,575 мм, 3,175 мм), имеем его диэлектрическую проницаемость 2,58±0,01, тангенс угла потерь 0,0067±0,0010 (на 10 ГГц). Испытания проводились на базе Томского государственного университета. Производителем же заявлены параметры данного ламината - диэлектрическая проницаемость 2,2±0,02, тангенс угла потерь 0,0004-0,0009.

Может быть для кого то такое различие в параметрах не критично, но для нас оказалось существенным.

По поводу нанесения металлизации. Не стоит дополнительно осаждать медь, серебро. Только не забудьте про 4-5 скин-слоя.

Всего хорошего.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Предыстория вопроса следующая.

На плате помимо СВЧ-компонентов (2.8-3.5ГГц и 400МГц), находится много цифровых схем с кучей питаний. Всё уложилось в 10 слоёв. Планируем использовать в качестве материала платы FR-4. Мощности не большие - порядка нескольких dBm, СВЧ трассы короткие - не более 2 см. Согласование проводников сделать хочется качественней. Вопросы при этом возникли следующие:

 

1. Характеристики FR-4 на частотах 400МГц и 2.8 - 3.5ГГц. - диэлектрическая пронициаимость и тангенс угла потерь (последний интересует мало, т.к. как я понял при расчёте волнового сопротивления не учитывается, но всё таки интересно).

2. Какие нужно учитывать особенности при изготовлении диэлектрических прослоек - Er препрегов и ламинатов, умеьшение толщин при пресовании, утолщение проводников после металлизации и т.п.

3. Посоветуйте какой-нибудь распространённый ламинат, который можно указать при заказе (в Резоните пока ничего не посоветовали - сказали что FR-4 у них стандвртный и всё).

4. На что нужно обратить внимание при заказе платы с нужным импедансом проводников.

 

Заранее благодарен.

Могу пожелать удачи... FR-4 выше гигагерца стараюсь вообще не использовать. Особенно в приемных устройствах. Но, не зная Вашей конкретной задачи, советовать что-либо не буду. Напомню только, что кроме вражьих (и весьма дорогих) Роджера и Теконикса, есть еще ФЛАН и ФАФ. "Молдавизолит" то и другое производит. Но, кажется, не препеги, а только двухсторонний ламинат.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Хотел бы напомнить фразу: "Доверяй (производителю, дистрибьютору), НО ПРОВЕРЯЙ".

Так мы столкнулись с тем, что купив ламинат фирмы Rogers - RT5880 (толщиной 1,575 мм, 3,175 мм), имеем его диэлектрическую проницаемость 2,58±0,01, тангенс угла потерь 0,0067±0,0010 (на 10 ГГц). Испытания проводились на базе Томского государственного университета. Производителем же заявлены параметры данного ламината - диэлектрическая проницаемость 2,2±0,02, тангенс угла потерь 0,0004-0,0009.

Может быть для кого то такое различие в параметрах не критично, но для нас оказалось существенным.

По поводу нанесения металлизации. Не стоит дополнительно осаждать медь, серебро. Только не забудьте про 4-5 скин-слоя.

Всего хорошего.

Вы проводили измерения на 10 ГГц, а приведенные параметры к какой частоте относятся? Обычно, у нас по крайней мере, тангенс на 1 ГГц приводят. И сравнивать в этом случае нечего.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Хотел бы напомнить фразу: "Доверяй (производителю, дистрибьютору), НО ПРОВЕРЯЙ".

Так мы столкнулись с тем, что...

А Вы не пробовали предъявить претензии (вместе с методикой своих измерений и результатами) Rogers'су?

Share this post


Link to post
Share on other sites
1. Характеристики FR-4 на частотах 400МГц и 2.8 - 3.5ГГц. - диэлектрическая пронициаимость и тангенс угла потерь (последний интересует мало, т.к. как я понял при расчёте волнового сопротивления не учитывается, но всё таки интересно).

2. Какие нужно учитывать особенности при изготовлении диэлектрических прослоек - Er препрегов и ламинатов, умеьшение толщин при пресовании, утолщение проводников после металлизации и т.п.

Тезис первый - диалектрическая проницаемость зависит от частоты (кроме температуры и влажности). Посмотрите Chart 2 файла по ссылке:

http://www.circuitexpress.com/printed-boar...4000_Series.pdf

Т.е. к 3 ГГц диэлектрическая проницаемость теряет около 10 процентов. Поэтому, если номинально 4,5 (обычно это для 1 МГц), то к 3 ГГц это все же ближе 4. Так широко используемы препрег ISOLA FR402 согласно данным производителя на 1 МГц - 4.7, на 1 ГГц - 4.25, дальше не специфицирует. А тангенс потерь опять же по данным ISOLA 1 МГц - 0.0025, 1 ГГц - 0.0016.

Именно зависимость Е от частоты сильно осложняет использование ФР-4 в СВЧ.

Я в своих расчетах на 3 ГГц обычно использую 4...4,1, на практике с препрегом который использует наш производитель ПП это согласуется, но не гарантирует что у других тоже.

Так пример ФНЧ фильтра до 2150 МГц с стоп-бэнд 2670 МГц -65 дБ на 4-х слойки неплохо получился, потребовалась только одна ревизия чтоб довести АЧХ.

Насчет проподников. Это лично мое мнение, я рассуждаю так, но могу ошибаться. При классическом изготовлении платы по шаблону наносится защитный слой на плату и она травится. При травлении проводник подтравливается чуть больше, т.к. сверху защищает защитный слой, а сбоку нет. На сколько она подтравливается, вопрос второй. Если за время травление вытравливается слой меди, то и подтравливание можно сравнить со слоем меди. Т.е. я считаю что после производства проводник будет уже с каждой стороны на толщину меди, т.е. это 18 мкм или 35 мкм в зависимости от материала.

post-18795-1233754090.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites
А Вы не пробовали предъявить претензии (вместе с методикой своих измерений и результатами) Rogers'су?

 

Ламинат RT/Duroid 5880 нами был куплен осенью 2007 года. В сентябре 2008 года из ТГУ (г. Томск) получен протокол проведения квалификационных испытаний. Фирма-дистрибьютор предоставляет покупателю 6-ти месячную гарантию на материал.

И все же отправили дистрибьютору методику проведения измерений. Ответа от них пока нет. Честно говоря, я сомневаюсь, что ответят.

 

Кроме того, испытанию подверглись ламинаты RO4003C, RT/Duroid 6006. Так вот измеренное значение диэлектрической проницаемости RT/Duroid 6006 равно 10,02 – 10,22, измеренный тангенс угла диэлектрических потерь 0,0126 – 0,0138. Параметры, заявленные производителем - диэлектрическая проницаемость 6 – 6,30, тангенс угла диэлектрических потерь 0027. Измерения параметров проводились на частоте 10 ГГц. Полагаю, что дистрибьютор подсунул нам не RT/Duroid 6006, а RT/Duroid 6010LM. Или же производитель безответственно маркирует свою продукцию, направляя в Россию.

 

 

Вы проводили измерения на 10 ГГц, а приведенные параметры к какой частоте относятся? Обычно, у нас по крайней мере, тангенс на 1 ГГц приводят. И сравнивать в этом случае нечего.

 

См. данные из нижеприведённого рисунка. Что означает сокращение spec. мне неизвестно. Могу только догадываться.

 

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Прощу прощения у автора темы если высказываюсь не по теме.

post-37309-1233813345_thumb.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites

Исходя из своего опыта разработки полупроводниковых устройств СВЧ , могу сказать следующее. Ставить на одной плате цифровое управление и СВЧ такого диапазона - крайне не рекомендую. Работая на 8-12 ГГц, использовал FR-4 толщиной 0,8 мм , измеренная отнсительная диэлектрическая проницаемость в этом диапазоне- 4,45. Как показал опыт, если система СВЧ не имеет полной гальванической развязки(включая раздельные земли) , то в спектре полезного сигнала присуствуют ВСЕ тактовые частоты цифровой части и их интермодуляционные компоненты... Надежнее всего Вам будет выполнить блок СВЧ на отдельной двухслойной плате с собоственным экраном с полностью земляным нижним слоем и толщиной не более0,8 мм (в этом случае свя СВЧ энергия сосредоточена под полоском и практически не излучается в свободное пространство). Для расчета полосковых линий передачи Вам может быть полезная достоточно простая программа AppCAD от Agilent Technologies.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Кроме того, испытанию подверглись ламинаты RO4003C, RT/Duroid 6006. Так вот измеренное значение диэлектрической проницаемости RT/Duroid 6006 равно 10,02 – 10,22, измеренный тангенс угла диэлектрических потерь 0,0126 – 0,0138. Параметры, заявленные производителем - диэлектрическая проницаемость 6 – 6,30, тангенс угла диэлектрических потерь 0027. Измерения параметров проводились на частоте 10 ГГц. Полагаю, что дистрибьютор подсунул нам не RT/Duroid 6006, а RT/Duroid 6010LM. Или же производитель безответственно маркирует свою продукцию, направляя в Россию.

 

 

По поводу RO4003C могу сказать что в даташите на материал производитель приводит 2 значения диэлектрической проницаемости:

3,38 (измеренная по методу IPC-TM-650 2.5.5.5) и 3,55 (IPC-TM-650 2.5.5.6). Отличная от спецификаций методика измерения может дать отличный результат.

 

Путем экспериментов выяснили что при расчете в awr design env правильной является цифра 3,55 (о чем и написано в даташите)

 

В старом даташите на RO4ххх цифры рекомендованные для расчета отсутствуют.

Share this post


Link to post
Share on other sites
диэлектрическая пронициаимость 4.5

тангенс угла потерь 0.01

Ну это вы немного обманываете. В лучшем случае тангенс 0.02 на 1ГГц.

 

4. На что нужно обратить внимание при заказе платы с нужным импедансом проводников.

 

Заранее благодарен.

Многие производители, после того как им отправляешь гербер и указываешь для каких проводников нужен контроль импеданса делают подготовку и сообщают, какие у них получаются сопротивления. Но, опять-таки, на 1ГГц.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Ламинат RT/Duroid 5880 нами был куплен осенью 2007 года. В сентябре 2008 года из ТГУ (г. Томск) получен протокол проведения квалификационных испытаний. Фирма-дистрибьютор предоставляет покупателю 6-ти месячную гарантию на материал.

И все же отправили дистрибьютору методику проведения измерений. Ответа от них пока нет. Честно говоря, я сомневаюсь, что ответят.

 

Кроме того, испытанию подверглись ламинаты RO4003C, RT/Duroid 6006. Так вот измеренное значение диэлектрической проницаемости RT/Duroid 6006 равно 10,02 – 10,22, измеренный тангенс угла диэлектрических потерь 0,0126 – 0,0138. Параметры, заявленные производителем - диэлектрическая проницаемость 6 – 6,30, тангенс угла диэлектрических потерь 0027. Измерения параметров проводились на частоте 10 ГГц. Полагаю, что дистрибьютор подсунул нам не RT/Duroid 6006, а RT/Duroid 6010LM. Или же производитель безответственно маркирует свою продукцию, направляя в Россию.

 

Я немного в курсе данной проблемы.

 

Ваш запрос отправлялся в роджерс и они сказали, что никакой ошибки с параметрами быть не может, так как у них измерения проводятся по строго определенным методикам, и у них вызывает сомнение качество измерений, выполненное в Томске.

 

Я был на роджеровском на производстве, и подтверждаю, что напортачить там очень сложно.

 

Тем не менее, я допускаю, что в Томске не ошиблись, а несоответствие в параметрах связано тем, что листы банально перепутали. Выход только один, отправлять бельгийцам конкретные образцы материалов, исследованных в лаборатории. На самих листах маркировка отсутствует, листы приходят в упаковках, при заказе малых партий в упаковку кладут листы разного типа, отделяют друг от друга и вкладывают сертификаты. Избегать подобного влияния человеческого фактора можно только заказывая крупную патрию материала в заводской упаковке, которая вылазит на выходе автоматической линии и которую не коснулись шаловливые ручки. Сам лично наблюдал, как в Москве за листами 9х18 дюймов приезжали тети с авоськами в сеточку.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Полагаю, что дистрибьютор подсунул нам не RT/Duroid 6006, а RT/Duroid 6010LM. Или же производитель безответственно маркирует свою продукцию, направляя в Россию.

 

Ответ роджерса был. Почему он к вам не попал, разговор отдельный. Присланного им маленького кусочка материала не хватило для проведения измерений методом микрополосковых линий, поэтому они пытались другими способами отгадать 6006 это или 6010. Визуально и еще каким-то методом, подозреваю проверкой плотности, они подтвердили, что образец именно 6006. Проверка логистики показала, что поставлен был также правильный 6006 из партии, которая имела эпсилон заявленную шестерку. Говорят, вы неправильно меряете.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Ответ роджерса был. Почему он к вам не попал, разговор отдельный. Присланного им маленького кусочка материала не хватило для проведения измерений методом микрополосковых линий, поэтому они пытались другими способами отгадать 6006 это или 6010. Визуально и еще каким-то методом, подозреваю проверкой плотности, они подтвердили, что образец именно 6006. Проверка логистики показала, что поставлен был также правильный 6006 из партии, которая имела эпсилон заявленную шестерку. Говорят, вы неправильно меряете.

 

IPC-TM-650 TEST METHODS MANUAL подтверждаю получил.

Прошу прошения, но практически любая методика измерений эпсилон не даст такого существенного отличия. Данные заявления основываются только на томских измерениях (сами не проверяли; проверяли только RT5880).

Партия ламинатов была не такой уж и маленькой.

Маркировку кто наносит на ламинат?

Причём тут тети с авоськами в сеточку? Дистрибьютор должен позаботиться об исключении ошибок.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this