The Pulse:区域差异——玻璃强化

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 为什么整体Er和区域Er不一样呢

Why bulk Er is not the same as local Er

你的经历和你居住的地域有关,当你在异地旅行时,很可能会有不同的文化体验。即使在国内旅行,大街上也可能交织着意大利或中国文化。

在印制电路板基板中有多层玻璃织物,具有空间稳定性和强力复合成一个整体,同时发现这个城市里还有意大利、印度或中国餐馆是一种享受,在基板上发现的电气网络需要在设计中被理解和应用。早在20世纪60年代,材料创始人是否曾经设想过,这种玻璃“绝缘体”需要从电气的角度而不是但从缺乏导电性来考虑?

这一点有许多因素要考虑,当你看到PCB的高速性能的同时,你必须要考虑基础材料的复合结构。这两个主要驱动力是数据传输率的提高——在这一点上需要理解传输线的特性——减少线宽——在这一点上轨迹和环氧基复合材料玻璃纤维束相比是非常小的。

由两种截然不同的材料所构成,大部分梭织玻璃基板在“本地”范围内会显现出不同的电气性能。现在,轨迹尺寸和纤维束相比是很小的,被信号“看见”的材料特性根据使用的结构和其物理尺寸会有很大的不同。在FR-4环氧树脂的Er可能3.6,而玻璃的Er通常对都高于6。图1显示了一个典型的FR-4控制阻抗结构的横截面。

图1:玻璃树脂基板结构的横截面。

因此,“材料的Er是什么”?答案是“看情况”。是分裂后谐振器中样品横截面的整体Er,还是沿轨迹传播的信号的实际Er?带状线有磁场传播到相邻的平面上,但将有共面结构有磁场延伸到轨迹的两侧。共面结构可以“看到”比带状结构更远的玻璃,并不是因为材料的改变,而是因为磁场的形状和密度在树脂中穿过的比在玻璃中穿过的要多。

除了结构类型,在考虑到边缘耦合差分结构时,更加的紧密耦合设计(差分对紧密靠近会在线路中产生更加剧烈的磁场,这个区域事先会被注满树脂——再次降低特定规模和几何结构的介电常数有效性。

图2:显示整体和当地Er的横截面。

以上的结论并不是由基础材料的问题得出的;他们只是当基底由两种或两种以上电气性能截然不同的复合材料固有的效果。

在微波或电源应用中,轨迹可能较大,以降低表皮效应,和基本纤维束相比,轨迹尺寸可能显得比较大,在这种情况下,结构表现得更像是建立在相同基底上的。

你可能已经读到过其它纤维编织缓解的文章了,这只是一个简单的旋转PCB基底的技术,这样玻璃编织不再和轨迹平行,布局也不会和轨迹成11°角,这样就避免了轨迹排列成一个纤维束,或一个富树脂区域。有些复合材料供应商致力于把材料编织得更紧密,以减少这种影响。另一种可能性是使用具有较低Er的玻璃材料,以减少在基板电性能不匹配。

幸运的是,阻抗仅以1/√Er变化,所以这个变化是二阶的;然而,当公差范围变小,知道建模误差出现在哪里很重要。无论建立那种结构,看看你的信号可能会遇到的Er范围都很重要。图2说明了整体和区域Er。空间造型的设计可以确保你选择结构和尺寸是过程变化中最不敏感的。

总之,工程工具可能会使你用“理想的”材料遵循物理定律考虑你的设计工作,你工作中实际使用的材料和使用所有的工程产品一样,是一种与价格可靠性/信号完整性权衡的产品。了解可能的变化范围是确保你的设计成功的第一步,以免你的最终设计中出现任何以外。