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高頻微波技術

高頻微波技術 - RO4350B DK與銅箔粗糙度的關係

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高頻微波技術 - RO4350B DK與銅箔粗糙度的關係

RO4350B DK與銅箔粗糙度的關係
2024-07-01
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Author:iPCB      分享文章

Rogers RO4350B DK與銅箔粗糙度及基材厚度的關係並不是固定不變的,與RO4350B板材所用銅箔的粗糙度有很大關係,比如銅箔的表面越粗糙,覆銅板的有效DK值就越大,也就是實際的設計DK值越大。


關於銅箔粗糙度

銅箔表面粗糙度是影響材料Dk表徵準確性的另一材料特性。 銅箔表面粗糙度會影響高頻傳輸線的插入損耗和相位響應。 [3]線路板材料的基板-銅箔介面處的銅箔表面形態會影響高頻電路訊號的相速度,較粗糙的銅箔表面會導致相速度變慢。 相速度較慢的電磁波看起來就像是在更高Dk的PCB材料上傳播一樣。 即使電路板PCB材料的Dk不變,如果使用環形諧振器之類的電路來表徵Dk,則得到的較光滑銅箔表面的電路比較粗糙銅箔表面的相同電路的Dk或設計Dk要低。

此外,與光滑銅箔相比,表面粗糙的銅箔將導致更高的導體損耗。 損耗新增的程度取決於工作頻率,材料厚度以及銅箔表面粗糙度。 銅箔表面粗糙度對損耗的影響,在較薄上的電路要比在相對較厚的電路影響更為明顯。 而銅箔表面粗糙度在不同頻率下對損耗的影響,趨膚深度大的低頻電路相比趨膚深度小的高頻電路影響更小。

材料的銅箔表面粗糙度同樣會影響使用環形諧振器電路測試得到的Dk和Df值。 雖然銅箔表面粗糙度的大小標稱為某一固定值,但是實際上它是在一定範圍內變化的。 在同一張銅箔內以及不同張之間的銅箔表面粗糙度都會出現變化,即使對於壓延銅這類表面粗糙度非常小的銅箔也有變化。 壓延銅的表面粗糙度的變化最小,而標準ED銅的表面粗糙度就有更顯著的變化。 例如,在同一張銅箔中,ED銅的表面粗糙度平均值為2.0μm RMS,其實際的粗糙度變化範圍為1.8到2.2μm。

由於微帶環形諧振器具有兩個基板—銅介面,對於大多數銅箔類型,訊號平面的銅箔表面粗糙度不太可能與接地面完全相同。 當射頻/微波工程師考慮評估材料Dk和Df中銅箔表面粗糙度的影響時,則每個介面上的不同的銅箔粗糙度將帶來問題且是不可預測的。 一般認為訊號平面銅箔表面粗糙度比接地面銅箔表面粗糙度對RF效能的影響更大。 銅箔表面粗糙度在一定範圍內變化,也導致環形導體的粗糙度可能會變化且可能與我們假設的不同。

由於銅表面粗糙度對測試電路效能的影響,在使用環形諧振器等電路結構量測材料Dk和Df時,銅箔表面粗糙度必須是其中的考慮因素之一。 使用壓延銅可以降低銅箔表面粗糙度引起的誤差。 壓延銅表面光滑,表面粗糙度變化最小,並且對測試電路中傳輸線的相位或插入損耗的影響最小。

環形諧振器是微波頻率下測試材料Dk和Df的有效方法,然而,在毫米波頻率下準確測試Dk和Df可能非常困難。 由於環形諧振器是一個封閉的結構,一般假定它沒有輻射。 但也有例外,對於直通緊耦合環形諧振器,間隙耦合區的輻射會影響諧振器的品質因數(Q),從而可能導致Df的誤差。

RO4350B PCB

RO4350B PCB

Rogers RO4350B為碳氫樹脂及陶瓷填料層壓板和半固化片的低損耗材料,具有出色的高頻效能(一般可以應用於30GHz以下)。 由於RO4350B採用標準的環氧樹脂/玻璃(FR-4)加工工藝進行加工,囙此還具有低廉的線路加工成本。 可以說,RO4350B達到了成本和高頻效能的最優化,是最具性價比的低損耗高頻板材。


原因在於電流或電磁波在導體表面傳播過程中,如果導體表面粗糙,那麼電磁波走過的路徑變長,等效於DK變大。

選擇同一種較為粗糙的銅箔,4350B基材厚度分別選6.6mil和30mil

經過測試:較薄的6.6mil板材在8-40GHz的設計DK平均值為3.96。

較厚的30mil板材在8-40GHz的設計DK平均值為3.68。


如果選用60mil及以上厚度的基材,RO4350B的設計DK值為3.66。 高頻板材的設計DK不是固定的,與板材的銅箔粗糙度及基材厚度的都有關係,通常來說,實際電路所選的銅箔越粗糙,基材越薄,則高頻板材設計DK越大。