24小时联系电话:18217114652、13661815404
中文
技术专题
如何设计混合 PCB 叠层
如何设计混合 PCB 叠层
上面显示的德州仪器 (TI) 的雷达评估模块是设计 PCB 的绝佳方法之一，该 PCB 包含完整的毫米波部分，具有射频路由和高功率传输，以及具有多个 IC 的中速数字部分。我不隶属于 TI，但我喜欢该板作为教育工具的主要原因是它展示了一种使用 Rogers 或 Taconic 等基于 PTFE 的层压板来构建商业 RF 产品的方法。有时，当我们谈论使用 PTFE 层压板或诸如低 Dk 玻璃布层压板之类的替代品时，我们并不是在谈论用昂贵的带粘合层的 PTFE 材料或像 Megtron 这样的低损耗材料来构建整个叠层。
在某些情况下，完全由 PTFE 层压板或低 Dk 层压板构建板是有意义的。我已经使用高速背板完成了这项工作，该背板支持多层上的数十个长互连，带宽截止频率为 ~80 GHz。当您需要在 15 英寸电路板空间内的两个连接器之间路由多千兆串行通道时，您需要尽可能降低损耗，以确保可以恢复接收器处的信号。但是，在其他情况下，您实际上只需要一层上的低损耗层压板。这是混合 PCB 叠层的本质，它可能是您电路板的更好选择。
何时使用混合 PCB 叠层
在选择材料和规划叠层时应该出现的第一个问题是：需要什么材料以及应该使用多少层？假设您已经确定需要低损耗层压板并确定所需的层数，那么是时候考虑是否应该使用混合叠层了。在一些广泛的情况下，您可以考虑在 PCB 中使用带有低损耗层压板的混合叠层：
节约成本：去全PTFE或全低-DK可以是昂贵的。对于原型，成本差异并不大，但这些成本差异在大批量时累加。
低射频互连数量：如果您可以在一层上放置所有高速/射频信号，那么用专门的低损耗层压板构建整个叠层就没有意义了。您可能会考虑增加电路板尺寸，以减少通孔数量并将所有东西都放在低损耗层上。
毫米波设计：只要互连较短，一些在 ISM 频段或 6-7 GHz WiFi 中运行的射频系统就可以在 FR4 级层压板上正常运行。一旦达到汽车雷达频率或更高，您通常需要低损耗层压板，除非您的互连非常短以至于不切实际。
下图显示6 层混合叠层。对于雷达模块或其他毫米波信号的专业应用（如成像），此叠层是一个很好的叠层示例。
6层混合层叠
上述叠层也适用于带宽很好地扩展到毫米波范围的数字系统，但要注意低损耗层压层中的色散。RF 材料制造商试图构建他们的层压系统，在高 GHz 频率范围内具有平坦的色散。然而，在某些高频限制之上，色散将再次发生，从而在数字信号中产生更多的损耗和相位失真。如果您在无色散极限以上的极高频率下工作，请务必联系层压板供应商获取介电常数数据，以便您可以运行准确的阻抗和 S 参数计算。
此外，一些制造商可能会告诉您无法制造这种叠层，因为您将 PWR 和 SIG 放置在两个内部层中相邻。如果板子小，那没关系；该板在其跨度达到多 U 背板尺寸之前不会出现任何弯曲。如果需要，您还可以使用覆铜来平衡内层。
尽早与您的制造商交谈
如果您已经根据损耗要求、电路板厚度和层数组装了混合叠层，则应在开始设计之前将叠层发送给制造商。这非常重要，因为您的制造商可以确定板是否会通过层压循环而不会分解或发生分层，因为某些材料需要比其他材料更高的温度和压力。不要害怕尽早联系制造商，征求他们在混合叠层中使用所需的低损耗层压板的建议。一定要给他们：
所需层数
所需层厚
盖帽低损耗层压材料
填料层压材料
尝试确定哪些要求是必须的，哪些是可以拥有的，因为您可能需要在某些要求上做出妥协。
添加粘合层后，您的制造商可以让您深入了解成品板的厚度变化。在规划堆叠时一定要考虑到这一点。您通常不需要担心粘合层的介电常数，除非您需要在它上面布线。如果您在顶层设计了低损耗层压板，则粘合层可能需要位于 L2 和 L3 之间，以便低损耗材料粘附到 FR4 级层压板。您的制造商可以为您提供有关这一点的更多信息。
提交初步叠加
即使在您创建了初步叠层之后，您也应该将其发送给您的制造商，以便他们在制造前对其进行检查。有时，您不能随意选择要在混合叠层中使用的任何材料系统和低损耗层压板。您的制造商将有权决定哪些材料可用，交货时间短，或者他们是否必须外包制造。如果您可以在创建其余设计之前检查叠层，您的制造商可以推荐与所需PCB 层压工艺兼容的替代材料系统。他们还可能会推荐一些替代的层压板厚度，以帮助您达到整体电路板厚度要求。
阅读材料数据表
如果您正在为混合叠层选择材料，并且希望在构建混合叠层中发挥更积极的作用，请在创建建议的叠层之前查看材料的数据表。尽量匹配 CTE 值、Tg 值、树脂流动温度和固化温度，以确保完全兼容。您仍然应该发送叠层进行审查，以确保可制造性。