Deall y newid o ficrodonnau i donnau milimedr wrth ddylunio PCB

 

Ym maes peirianneg electronig, mae dyluniad byrddau cylched printiedig (PCBs) yn wynebu nifer o heriau a thrawsnewidiadau wrth i amleddau gweithredu gynyddu, ac mae'r newid o'r band amledd microdon i'r band amledd tonnau milimedr yn cynrychioli trobwynt technolegol beirniadol.

Yn gyffredinol, mae microdonnau'n cyfeirio at donnau electromagnetig gydag amleddau rhwng 300MHz a 30GHz, a ddefnyddir yn helaeth mewn cyfathrebu (megis radar, cyfathrebu lloeren), llywio, a meysydd eraill. Mae system dechnegol gymharol aeddfed wedi'i ffurfio ar gyfer dylunio PCB yn y band amledd hwn. Er enghraifft, wrth ddylunio llinell drosglwyddo, mae profiad ymarferol helaeth o reoli rhwystriant nodweddiadol strwythurau fel llinellau microstrip a llinellau stribed, a sicrhau cywirdeb signal.

Ar y llaw arall, mae tonnau milimedr yn donnau electromagnetig ag amleddau yn amrywio o 30GHz i 300GHz. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, maent wedi denu sylw sylweddol oherwydd gofynion cymwysiadau sy'n dod i'r amlwg fel cyfathrebu 5G/6G, radar gyrru ymreolaethol, a delweddu manwl gywirdeb uchel. Fodd bynnag, wrth drosglwyddo i donnau milimedr, mae angen i ddylunio PCB fynd i'r afael â chyfres o faterion newydd:

 

1. Technoleg Llinell Microstrip
Llinell Microstrip yw un o'r technolegau llinell drosglwyddo symlaf a ddefnyddir amlaf mewn cylchedau microdon, diolch i'w rhwyddineb saernïo a'i gynnyrch uchel. Serch hynny, wrth drosglwyddo i amleddau tonnau milimetr, mae llinellau microstrip yn wynebu nifer o heriau sylweddol. Un mater allweddol yw colli ymbelydredd. Ar amleddau uwch, mae cylchedau microstrip yn tueddu i ymddwyn fel antenau, gan belydru egni i'r aer o'i amgylch. Mae hyn yn arwain at golli signal yn ddiangen, sy'n dod yn fwy difrifol wrth i'r amledd gynyddu. Yn ogystal, mae gweithgynhyrchu cylchedau microstrip yn gofyn am gywirdeb uchel iawn, gyda goddefiannau caeth ar gyfer lled dargludydd a thrwch copr. Wrth i'r amledd godi, mae'r gofynion goddefgarwch yn dod yn llymach fyth, a gall gwyriadau bach yn y broses weithgynhyrchu achosi problemau perfformiad difrifol.

Mae her arall yn gorwedd yn nodweddion lluosogi tonnau electromagnetig mewn cylchedau microstrip. Mae tonnau electromagnetig yn lluosogi nid yn unig trwy'r deunydd cylched ond hefyd trwy'r aer o'i amgylch, sydd â chysondeb dielectrig isel. Mae cysonyn dielectrig isel aer yn effeithio ar gysonyn dielectrig effeithiol y gylched gyfan a rhaid ei hystyried wrth fodelu'r gylched. Ar amleddau tonnau milimedr, mae'n well gan ddeunyddiau cylched â chysonyn dielectrig is leihau colli signal, ond gall hyn arwain at luosogi tonnau arafach a sifftiau cyfnod.

 

2. Technoleg Stripline
Mae Stripline yn dechnoleg cylched ddibynadwy arall sy'n gallu gweithredu ar amleddau tonnau milimedr. Mae'n cynnig unigedd rhagorol oherwydd bod yr arweinydd wedi'i amgáu'n llwyr gan ddeunydd dielectrig ac awyrennau daear. Mae'r dyluniad hwn yn sicrhau bod tonnau electromagnetig yn lluosogi'n gyfan gwbl o fewn y deunydd cylched heb ryngweithio â'r aer o'i amgylch. Fodd bynnag, y broblem gyda Stripline yw ei bod yn anodd lansio signalau i'r gylched oherwydd ei strwythur caeedig.

Mae creu cysylltwyr ar gyfer mewnbwn ac allbwn signal yn dod yn fwy heriol, yn enwedig ar amleddau tonnau milimetr. At hynny, mae'r dechnoleg hon yn sensitif iawn i amrywiadau yn y broses weithgynhyrchu, gan ei gwneud hi'n anodd cyflawni'r goddefiannau gofynnol. Am y rhesymau hyn, defnyddir stripline yn llai cyffredin mewn cylchedau tonnau milimedr, ac eithrio cymwysiadau penodol fel systemau radar modurol.

 

3. Tonnau integredig swbstrad (SIW)
Mae technoleg tonnau integredig swbstrad (SIW) yn ennill poblogrwydd cynyddol mewn cymwysiadau tonnau milimedr, yn enwedig mewn radar modurol a systemau cyfathrebu eraill. Mae SIW yn cyfuno manteision technoleg tonnau tonnau a gwneuthuriad y Bwrdd Cylchdaith Argraffedig (PCB). Mae'n ffurfio tonnau tonnau petryal cryno gan ddefnyddio haen fetel uchaf, awyren ddaear waelod, a rhesi o dyllau trwodd platiog (PTHs). Mae'r dyluniad hwn yn galluogi lluosogi signal colled isel hyd yn oed ar amleddau uchel.

Fodd bynnag, mae angen manwl gywirdeb uchel iawn ar weithgynhyrchu cylchedau SIW. Rhaid gosod y PTHs o fewn goddefiannau tynn iawn, yn enwedig ar gyfer amleddau uwch, gan wneud y broses saernïo yn eithaf heriol. Yn ogystal, mae Siw yn gofyn am ddeunyddiau sydd â'r amrywiadau lleiaf posibl mewn cyson dielectrig, sy'n cynyddu anawsterau gweithgynhyrchu ymhellach.

 

4. Waveguide Coplanar Diriog (GCPW)
Mae Waveguide Coplanar Grounded (GCPW) yn dechnoleg llinell drosglwyddo addawol arall ar gyfer cylchedau tonnau milimedr. Mae strwythur GCPW yn cyfuno deunyddiau dielectrig a dargludyddion copr i gyflawni lluosogi signal colled isel. Mae'n arbennig o addas ar gyfer cymwysiadau band eang RF, microdon a thon milimedr, megis systemau prawf a mesur. Gellir defnyddio GCPW hefyd mewn dyluniadau integredig lle mae angen cylchedau tonnau milimedr ac amledd is ar yr un PCB.

Ond mae cylchedau GCPW yn sensitif i amrywiadau yn y broses weithgynhyrchu, megis newidiadau yn gyson dielectrig y deunydd dielectrig, trwch swbstrad, a garwedd arwyneb copr. Gall y ffactorau hyn achosi ystumiad cyfnod, sy'n dod yn fwy hanfodol ar amleddau tonnau milimedr. Er mwyn sicrhau'r perfformiad gorau posibl, mae angen rheolaeth lem dros y broses weithgynhyrchu, gan gynnwys cynnal lled dargludydd manwl gywir a thrwch.

 

Ystyriaethau allweddol mewn dyluniad cylched tonnau milimedr
Wrth i gymwysiadau cylched tonnau milimedr fel radar modurol a rhwydweithiau diwifr 5G barhau i dyfu, rhaid i ddylunwyr ystyried sawl ffactor allweddol wrth ddewis deunyddiau cylched a thechnolegau llinell drosglwyddo:

 

Goddefiannau gweithgynhyrchu:

Mae gan gylchedau tonnau milimedr ofynion goddefgarwch uchel iawn ar gyfer lled dargludydd, trwch haen dielectrig, ac ansawdd arwyneb copr.

Uniondeb signal: Mae'n angenrheidiol lleihau effaith ffactorau fel colli ymbelydredd, ystumio cyfnod, a newidiadau yn gysonyn dielectrig deunyddiau i sicrhau perfformiad dibynadwy ar amleddau uchel.

Dewis Deunydd: Mae'r dewis o ddeunyddiau PCB yn hanfodol ar gyfer perfformiad cylchedau tonnau milimedr. Mae'n well gan ddeunyddiau sydd â chysonyn dielectrig isel leihau colli signal, ond rhaid i'w heiddo aros yn sefydlog ar amleddau uchel.

 

Nghasgliad
Mae dyluniad cylchedau amledd tonnau milimedr yn wynebu heriau unigryw, ond ar yr un pryd, mae'n dod â chyfleoedd enfawr ar gyfer cymwysiadau sy'n dod i'r amlwg fel rhwydweithiau 5G a Systemau Cymorth Gyrwyr Uwch (ADAs). Mae deall manteision a chyfyngiadau gwahanol dechnolegau llinell drosglwyddo fel llinellau microstrip, striplines, SIW, a GCPW yn hanfodol ar gyfer gwneud penderfyniadau gwybodus wrth drosglwyddo o ficrodon i ddyluniad tonnau milimedr.