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玻纤效应对高频层压板之影响
发布时间:2017-06-19   浏览次数:

玻纤布的波形失真这一概念已经存在很多年了,这个话题一直饱受争议。理论上来讲,玻纤效应指的是玻璃纤维的结构会对高频或高速数字电路性能造成负面影响。

多数玻纤布被用于增强层压板的机械性能,这些层压板上的部分区域有玻纤结团,结团间存在空隙。玻纤结团的介电常数(Dk)通常在6左右,结团间空隙的Dk在3左右,这取决于层压板构造中所使用的树脂系统。玻纤效应的一个问题在于,如果一个关键的线路导体与结团及结团之间空隙上的图形是完全对准的,那么这个导体将会在几个较小的隔离区域内有不同的Dk值。在高频或极高速的数字速率下,这些隔离区域的Dk差异有可能会对电路性能造成影响。

举一个有关玻纤效应的例子:一条微带传输线电路(两层铜层电路)使用了Dk为3.0的层压板。在77 GHz频率下,?波长大约为0.024”,?波长大约是0.012”。理论上来说,当电磁波在介质中传播并遇到?波长或更长距离的异常时 ,电磁波会被干扰并且可能会出现谐振。此外,在实际使用中,人们发现当介质中的异常距离达到?波长时会引起电磁波的传播问题。如果层压板的玻璃纤维织法是有开口的或者结团大小在?波长或以上,那么玻纤结团和空隙间不连续的Dk异常可能会导致电路的性能问题。行业内会用到很多不同型号的玻璃纤维织物,其中一些织物的尺寸是0.012”(77 GHz频率下的?波长)或更长。

如果层压板使用的是两层或以上的玻纤布,那此例中的玻纤效应就可能会被减弱。使用两层玻璃纤维制造层压板时,结团或空隙完全重叠的可能性不大。这就意味着由玻纤结团和空隙引起的不连续的Dk异常会被大幅减弱,其对电磁波的影响可被降至最小甚至可以忽略不计。

但玻璃织物效应还会引起其他问题。简言之,假设层压板只有一层玻纤层并且电路是微带线。在大批量PCB产品中,玻纤效应很可能会造成板与板之间性能有所不同。将这一问题概念化的基本方法就是假设大多数电路的关键导体随机对准玻璃织物的图形,与导体相关的波经过了玻纤结团和空隙的均化效应。之后,大概有百分之一的可能,电路的关键导体会和玻纤结团的顶端区域完全直接对齐,这种情况下电磁波经过的Dk数值要比之前提到的电路Dk值要高。较高的Dk值会带来很多影响:阻抗降低、相位角发生改变、波速放缓,这些都会对电路性能产生影响。

玻纤效应在当电路有耦合或需要用到差分对技术时会带来问题。当电路设计中一对导体具有明确关系时, 每个导体都必须具有相同的波传播介质。如果其中一个导体的传播介质不同,那么另一个导体就不会像设计师预想的那样正常运行。在RF应用中,耦合的导体会被用在滤波器和定向耦合器设计当中。在高速数字应用中,耦合的导体会用于差分对设计中。在RF应用中,如果一对导体经过的Dk值有所不同,那这对导体间的相角就会与设计发生偏差,造成性能改变。在高速数字应用中经常会遇到同步问题——一对导体各自发出的信号必须要同时到达电路上的某点。信号无法同时到达某点的现象叫做信号偏差,这可能是因为玻纤效应导致一个导体的波速比另一个的要慢一些。信号偏差在高速数字电路中是非常棘手的问题。

很多高频应用中使用的层压板利用填充树脂系统避免了玻纤效应所带来的问题。使用填充树脂系统时,玻纤结团间的空隙和玻纤结团之间不存在Dk值的差异,这一点和使用非填充树脂系统是不一样的。通常情况下,填充物的Dk值和树脂系统、玻纤结团的Dk值都不一样。加入的填充物能帮助平衡隔离区域的Dk差异,玻纤结团和空隙间不连续的Dk差异也更小一些。最后要说的是,一些高频层压板是不含有玻璃织物纤维的;这些材料经常在毫米波频率下使用。

来源:玻纤情报网
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