Изготовление печатных плат, основные параметры материала. Часть 1.

Рассмотрим материал (ламинат) используемый для изготовления печатных плат. Как правило, ламинаты для печатных плат, состоят из одного или нескольких слоев стеклоткани. Стеклоткань пропитана смолой и зажата между двумя слоями медной фольги.

Качество работы изготовленной печатной платы зависит от материала, а имен от таких вещей как:

• смола;

• медная фольга;

• стеклоткань;

Диэлектрическая постоянная (проницаемость) материалов для изготовления печатных плат.

В качестве композита используется волокно/смола (fiber/resin), материалы для изготовления печатных плат представляют собой неоднородные анизотропные диэлектрики.

Рисунок 1: увеличенное изображение ламината 1080

Важно, скорость прохождения сигнала в пределах материала может варьироваться, в зависимости от местоположения проводника на печатной плате, показано на рисунке 1:

• проводник, проходящий над волокнистым пучком (1) и проводник, проходящий через обогащенную смолой область (2), оба варианта имеют различные эффективные диэлектрические постоянные;

• различные скорости прохождения сигнала создают временные перекосы и потенциальные ошибки в сигналах на печатной плате;

• различные волновые сопротивления проводников на изготавливаемой печатной плате;

Диэлектрические потери материалов для печатных плат.

Диэлектрические материалы для печатных плат имеют поляризованные молекулы, которые движутся при воздействии электрического поля цифрового сигнала, показано на рисунке 2.

Рисунок 2: поляризованные молекулы в материале для печатных плат

Это движение вызывает тепловые потери, которые приводят к ослаблению сигнала на печатной плате. Ослабление увеличивается прямо пропорционально частоте сигнала.

Потери в медных проводниках на печатных платах

На высоких частотах, на печатной плате ток сосредоточен в поверхности проводника, такое явление известно как скин-эффект. В этом случае, уменьшение эффективной площади поперечного сечения увеличивает эффективное сопротивление, что приводит к потерям на печатной плате.

Шероховатость поверхности проводника на печатной плате

Проводники на печатных платах не имеют абсолютно гладких поверхностей. Шероховатая (грубая) медь улучшает прочность на отслаивание ламината. Максимальный размер зубца (пик-пик) шероховатости варьирует от 2-х до 10-ти микрон, представлено на рисунок 3.
Шероховатость поверхности проводника на печатной плате увеличивает общее сопротивление меди на 10-50%.
Влияние шероховатости проводника на целостность сигнала возрастает с увеличением скорости передачи данных на печатной плате.

Рисунок 3: шероховатость меди на печатной плате

В статье использованы материалы из презентации «PCB Material Selection for High-speed Digital Designs» фирмы ISOLA.