프린트 배선판 고속 칩과 마이크로파 PCB 구조는 기존의 경성 및 연성 인쇄 회로 기판과는 상당히 다른 수많은 매개변수를 갖습니다. 이러한 차이점은 IPC-6018B, 무선 주파수(마이크로파) 인쇄 회로 기판의 자격 및 성능 사양에 설명되어 있습니다. "고주파"는 IPC에서 규정하는 회로 기판의 세 가지 주요 분류 중 하나입니다(다른 두 분류는 "고주파"입니다).("igid" 및 "flexible" 회로 기판).
마이크로파 PCB 설계
특별 요구 사항
이 주파수 대역의 특성에 대해 아무것도 모르는 사람이라면 이 장을 읽으면 고개를 절레절레 흔들 것입니다. 발생하는 손실 때문에 저주파수 대역 외의 다른 회로 기판 소재(테플론이나 세라믹을 기반으로 하는 경우가 많지만, 특별히 개발된 새로운 유기 소재도 사용됨)를 사용해야 하기 때문입니다. 마이크로파 PCB의 부품은 모양이 다르며(현재로서는 0603 또는 그 이상의 0402 크기의 SMD 칩 부품을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 여기서 "0402"는 1mm x 0.5mm 크기를 의미합니다) 끊임없이 새로운 부품이 추가되고 있습니다. 또한, 회로가 제대로 작동하려면 인쇄 회로 기판에 완전히 다른 "배선 기술"을 사용해야 합니다.
Target에서 제공하는 "대량 채우기 옵션"(이 목적으로 전파됨)은 이러한 회로에서 새로운 문제가 시작되기 전까지 수백 MHz까지만 충분하며, 아래에 설명된 방법을 최종적으로 변경해야 합니다.
파동 저항을 위한 간단한 LC 저역 통과
파동 저항 Z = 50과 차단 주파수 100MHz에 대한 간단한 LC 저역 통과 회로를 살펴보겠습니다. 마이크로파 PCB의 구성 요소 값은 최신 필터 프로그램 중 하나에 필터 매개변수를 입력하여 얻을 수 있습니다. 모든 구성 요소는 SMD 버전에서만 사용할 수 있습니다(여기서는 커패시터의 경우 1206, 코일의 경우 차폐 하우징의 추가 접지 연결을 사용하여 "2220"으로 표시).
이 모든 것은 여전히 가능하며 매우 자연스럽게 보입니다. 인쇄 회로 기판을 사용하면 더욱 흥미로워집니다.
회로 기판의 밑면에는 연속적인 접지면(=GND)이 마련되어 있으며, 접지가 필요한 모든 부품은 위쪽에 가능한 한 많은 도금 구멍이 있는 자체 "접지 패드"를 갖게 됩니다.
이 시리즈에서 도금 관통 구멍 자체는 물론 "실제 도금 관통 구멍"으로 설계되었습니다. 직경 0.8mm(= 최대 10GHz까지 테스트됨)의 은도금 중공 리벳을 사용하면 첫 번째 테스트 보드에 매우 적합합니다.
입력 및 출력 연결은 올바른 파동 임피던스 Z와 이에 해당하는 올바른 폭(물론 도체 재료, 보드 두께에 따라 달라지며 불행히도 작동 주파수에도 어느 정도 영향을 받습니다)을 갖춘 마이크로스트립 라인을 통해서만 이루어질 수 있습니다.
물론, 종종 왜곡된 값을 갖는 필터 커패시터의 경우, 어디에서도 이런 특이한 것을 찾을 수 없습니다. E12 표준 시리즈의 SMD 표준 커패시터를 최대 1개까지 병렬로 연결하면 쉽게 구현할 수 있습니다. 전체 자기 인덕턴스를 감소시켜 고유 공진을 더 높은 주파수로 이동시킵니다. 전체 값의 최대 2~33.2%의 편차는 허용 가능하므로, 예시에서 33pF를 57.2pF로, 56pF를 XNUMXpF로 대체했습니다.
새로운 요구
PCB CAD 프로그램과 그 속성의 처리 방식이 크게 변화하고 있습니다. 마이크로파 PCB 공정에 대한 새로운 요구 사항은 다음과 같습니다.
a) 자동 라우터나 자동 배치기를 사용해서는 안 됩니다. 회로 기판에서 각 부품의 위치는 다음 부품에 가장 짧은 연결 케이블을 사용할 수 있도록 해야 합니다(케이블 길이가 1mm 증가할 때마다 인덕턴스가 증가할 수 있기 때문입니다). 즉, 부품은 문제 없이 최대 정확도로 이동하거나 어떤 각도로든 회전할 수 있어야 합니다. 그것도 모두 손으로 해야 합니다.
b) 반면, SMD 부품의 솔더 패드는 회로에 추가적인 용량을 제공하기 때문에 가능한 한 작아야 합니다. 이러한 용량은 설계 및 회로 시뮬레이션에서 미리 고려되어야 합니다.
c) 필요한 특수 부품에 대한 라이브러리가 거의 없기 때문에 새로운 SMD 솔더 패드나 심지어 새로운 하우징을 설계해야 하는 경우가 많습니다. 이는 비밀스러운 기술이 아니며 매우 신속하게 진행되어야 합니다.
d) "비아"(=도금 관통)를 생성할 수 있는 가능성이 있어야 합니다.
e) 필요한 접지 표면은 쉽게 만들 수 있어야 하며 비아의 구멍을 자동으로 지울 수 있어야 합니다.
f) 끝 부분의 도체 트랙은 둥글게 처리되어서는 안 되며, 너비와 길이는 1/100밀리미터 이내로 조정 가능해야 합니다.
g) 회로 기판의 가장 낮은 레벨은 구리 층으로 완전히 덮여 있으며, 이 구리 층은 비아를 통해 "GND"(=접지)에 연결됩니다.
h) 따라서 배선은 최상단(일반적으로 레벨 1)에서만 이루어집니다. 물론, 최하단에서 사용하도록 설계된 IC나 트랜지스터의 하우징이 올바르게 미러링될 수 있도록 매우 주의해야 합니다.
설계 예(마이크로파 PCB): 100MHz - 저역 통과
이제 위의 저역 통과에 대한 전체적인 설계 과정을 이해하고 싶습니다.
1 단계 :
우리는 "회로도가 있는 회로 기판"이라는 새로운 프로젝트를 시작하고 이에 적합한 이름을 붙였습니다.
2 단계 :
회로도로 전환하고, "프레임 라이브러리"(RAHMEN.BTL4)에서 "세로 DIN A3001 용지"를 가져와 화면에 표시합니다. 텍스트 필드에는 바로 라벨을 붙이는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 나중에 잊어버리기 때문입니다.
3 단계 :
이제 마이크로파 PCB 다이어그램이 그려졌습니다. 커패시터는 "C.BTL1206" 라이브러리의 "C 3001"으로, 코일은 "L.BTL3001" 라이브러리의 "L"로 제공됩니다.
진입 및 종료 마커는 "기타 구성 요소" 풀다운 메뉴에서 "참조"로 찾을 수 있습니다. 스크롤 막대의 트랜지스터 기호에 커서를 놓고 마우스 포인터를 오른쪽으로 약간 밀면 찾을 수 있습니다.
여기서 질량 기호도 볼 수 있습니다.
잊지 마세요: 마이크로파 PCB의 각 부품을 먼저 클릭하여 표시하세요. 그런 다음 십자선이 깜빡일 때까지 "w"를 누르세요. "ä"를 누르면 변경 메뉴로 이동하여 정확한 부품 값을 입력할 수 있습니다.
4 단계 :
이제 회로 기판이 필요합니다. 회로 기판 기호를 클릭하여 회로 기판 화면으로 전환합니다. 먼저 가끔씩 나타나는 프레임을 삭제하여 완전히 빈 화면을 만듭니다. 그런 다음 스크롤 막대에서 IC 기호를 클릭하고 "Free housing"과 "PLATINEN.GHS30" 라이브러리를 통해 50mm x 3001mm 크기의 회로 기판을 가져옵니다.
5 단계 :
이제 이 보드가 포맷에 맞게 확대되었습니다. 그런 다음 "눈 모양 버튼" 뒤로 재빨리 이동하여 화면 그리드를 1mm로 짧게 변경합니다. 이렇게 하면 4개의 장착 구멍이 보드 가장자리에서 3mm 떨어져 있어야 하므로 위치를 잡기가 더 쉽습니다.
이 작업이 완료되면 커서를 보드의 왼쪽 하단 모서리에 최대한 정확하게 놓습니다. 키보드의 "Pos1" 키는 이 모서리를 시스템의 상대 영점(좌표 0 | 0)으로 즉시 지정합니다. 마우스를 "3mm | 3mm" 위치로 이동합니다. 여기서 키보드의 "점"을 두 번 연속으로 눌러(비아를 설정) 풀려 있던 연결 와이어를 "Escape" 키로 잘라냅니다.
나머지 3개의 구멍도 같은 방식으로 만듭니다. 위치는 다음과 같습니다.
3mm | 27mm 47mm | 3mm 47mm | 27mm
지금 화면 그리드를 0.1mm로 재설정하세요!
6 단계 :
이제 마이크로파 PCB 보드에 수평 "보조선"을 그립니다. 이 선은 보드 가장자리를 따라 좌우로 명확하게 지나가야 하며, 50옴 마이크로스트립 선과 정확히 같은 폭을 가져야 합니다. 걱정하지 마세요... 다음 작업을 수행하면 이 선이 삭제됩니다! 이를 위해 그리기 도구 메뉴를 열고 "직선"을 클릭한 다음 "o"(옵션)를 클릭합니다.
이제 끝부분을 둥글게 만들지 않고, 레벨 1.83(즉, 위쪽에 구리선)을 선택하기 위해 선 너비를 16mm로 설정해야 합니다.
또한 세로 대칭축으로 더 좁은 세로 보조선(폭이 약간 더 작음. 여기서는 0.5mm)을 그립니다. 끝부분은 이렇게 보입니다.
7 단계 :
이제 가운데 커패시터 C2를 이렇게 표시된 중앙에 먼저 배치합니다. "1206" 하우징을 선택할 때 "SMD on top" 옵션을 활성화하는 것을 잊지 마세요. 그리고 "d" 키를 사용하여 부품을 90도 회전시킨 후 바닥에 놓으세요.
이것은 커패시터를 설치하기 직전의 마이크로파 PCB 보드 중앙 모습입니다.
8 단계 :
두 코일 모두 SMD 하우징 2220을 선택하고 반대쪽 그림과 같이 배치합니다. 단, 공기 라인을 미리 표시해 주시고(= 레벨 27), 공기 라인이 배선과 정확히 일치하도록 부품을 돌려주세요. "SMD를 위에 장착..." 옵션은 사용하지 마세요.
잊다.
9 단계 :
이제 코일 연결부 아래에 있는 두 개의 바깥쪽 커패시터를 연결할 차례입니다.
10 단계 :
이제 두 개의 "보조선"을 삭제하고 폭 1.83mm의 케이블 XNUMX개를 왼쪽에서 오른쪽 가장자리로 "마이크로스트립 배선"으로 끌어올릴 수 있습니다.
처음으로 이렇게…
그럼 이렇게!
11 단계 :
이제 각 커패시터에 접지 연결을 위한 5개의 비아 필드를 제공합니다.
기억하세요? 커서를 원하는 위치로 이동한 다음 키보드의 "점"을 두 번 연속으로 눌러야 합니다. 그런 다음 "ESC" 키를 눌러 추가 연결선을 잘라냅니다.
(보어 직경 0.6mm, 오라 0.3mm, 직경 1.5mm를 선택했습니다.)
12 단계 :
이미 잘 작동하고 있으므로 코일 차폐 컵을 접지하기 위해 위쪽 절반에 두 개의 작은 카펫을 깔았습니다.
13 단계 :
그리기 도구(연필 모양 버튼)에서 "채워진 사각형"을 선택하고 "o"를 눌러 옵션을 표시합니다. 사각형은 레벨 16(위쪽 구리선)에 있어야 하며, 접지 연결의 다섯 가지 비아를 모두 연결해야 합니다.
다행히도, 비아의 구멍은 프로그램에 의해 자동으로 비어 있게 됩니다. 따라서 우리가 뭔가를 할 필요는 없습니다.
14 단계 :
다음 사실을 절대 잊지 마세요:
상단 구리 면(레벨 16)에 적절한 라벨이 있어야 합니다. 그렇지 않으면 마이크로파 PCB 제조업체에서 위 또는 아래를 알 수 없어 "미러링된" 보드가 제공되었을 수 있습니다.
연필이 있는 버튼 뒤에 텍스트 옵션도 있습니다.
15 단계 :
그리고 상황을 반전시키기 위해, "마법의 지팡이 버튼" 뒤로 가서 대량 영역 채우기 옵션을 활성화합니다.
아래쪽(레벨 2 = 아래쪽 구리)을 해제하고 신호 "GND"를 선택합니다.
그러면 프로그램이 시작됩니다.
그것이 바로 그 모습입니다.
마지막 단계:
보드 상단을 인쇄하려면 레벨 16(= 상단의 구리), 23(= 윤곽선) 및 24로만 전환합니다.
(= 시추공). 그러면 마이크로파 PCB 기판이 어떻게 생겼는지 자세히 살펴보겠습니다.
마이크로파 PCB의 품질 및 성능 사양
IPC-6012, 자격 및 성능 사양 엄밀한 인쇄 회로 기판 그리고 IPC-6013, 유연 PCB의 자격 및 성능 사양.
일반적으로 IPC는 이 세 가지 자격 및 성능 규격을 동시에 업데이트하려고 노력합니다. IPC-6018은 2002년 XNUMX월호 "A"에 발표되었습니다.
마이크로파 PCB 소재
마이크로파 기술 시장은 기존 PCB 기술보다 사용자 수가 현저히 적습니다. 마이크론파 기판에 자주 사용되는 테플론 소재인 PTFE 공급업체는 소수에 불과합니다. FR-4 라미네이트 기반 와이어 플레이트는 많은 기업과 대조적입니다. 그러나 재료 사용 측면에서 "소수"라는 용어는 거대 전자 산업에서 빠르게 상대적인 개념이 되었습니다. 현재 수많은 마이크로파 PCB 기판이 사용되고 있습니다.
마이크로파 PCB 응용 분야
IPC-22 지침을 개발한 IPC D-6018 소위원회 위원장인 마이클 루크는 "이 기술은 오늘날 셀룰러 기지국과 군용 제품 등 많은 상업적 응용 분야에 사용되고 있습니다."라고 말했습니다.
반도체 칩의 속도가 계속 빨라짐에 따라 다른 분야에서도 마이크로파 기술이 필요해질 것입니다.
마이크로파 PCB 생산 지침
이러한 추가 사항은 회로 기판 소재 및 그 위의 도체 트랙과 관련된 수많은 변경 사항을 다룹니다. 마이크로파 범위의 도체 트랙은 기존 회로 기판에 사용되는 것과 상당히 다른 성능 매개변수를 갖습니다. 일반적인 마이크로파 PCB 기판의 많은 트레이스는 경성 및 연성 회로 기판에 대한 IPC 요구 사항에 따라 설계될 수 있습니다. 그러나 고속 마이크로파 신호가 발생하는 영역에서는 도체 폭, 두께 및 간격에 대해 완전히 다른 매개변수 값이 적용됩니다. 따라서 마이크로파 인쇄 회로 기판을 조달할 때 다른 지침을 사용해야 한다는 것은 의심의 여지가 없습니다.
기판에도 차이가 있습니다. 기존 인쇄 회로 기판의 FR-4 기판과 달리 대부분의 마이크로파 PCB는 PTFE(테플론)를 기반으로 합니다. PTFE 적층재는 개별 층을 적층할 때 고유한 특성을 지닙니다. 치수 안정성은 완전히 다릅니다. 즉, 설계자와 제조업체는 회로 기판을 배치하고 매립형 구멍이나 블라인드 구멍 또는 드릴링이 필요한 기타 요소를 배치할 때 이 점을 고려해야 합니다.
이러한 구멍을 뚫을 때, 구멍 벽이 형성될 때 "레진 스미어"라고 하는 수지 잔여물이 남을 수 있습니다. 페리는 "IPC-6018B 지침에는 고주파 회로 기판 라미네이트의 특수 특성을 고려한 수지 잔여물(레진 스미어) 제거에 대한 특별 기준이 포함되어 있습니다. 이는 PTFE 회로 기판의 경우 심각한 문제입니다."라고 말했습니다.
2002년 초 A호 발행 이후 수많은 변경 사항이 있었습니다. 지침 개발자들은 수동 저항 및 커패시터에 대한 참고 정보를 3절 [요구 사항]에 추가했습니다. 새 버전에서는 패드 중앙에 구멍을 뚫지 않아 발생할 수 있는 납땜 모서리 파손에 대한 요건도 개선되었습니다. 또한, 연삭된 시편 또는 생산 인쇄 회로 기판의 샘플에 대한 열 응력 시험에서 대류 리플로우 공정의 발전 상황을 반영하여 열 응력 항목도 개정되었습니다.
