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印刷電路板板基板介電常數量測驗

本文使用穿透反射線法興四分之一波長法,對印刷電路板基板量測其等效介電常數。 透過對工層板基板材質的研究,可掌握傳輪線特性阻抗興介電常數關係, 以及防焊漆對微帶線特性阻抗的影響,進而精准控制傳輪線特性阻抗, 以使得設計值興實際值控制在容許誤差範圍值內。

前言

圖1穿透反射線模型

近來印刷電路板上高速電路設計需求日增,對傳輪線特性阻抗值, 關鍵就在基板材質的掌握。其中,基板介電常數會隨頻率上升而下降, 本文採用穿透反射法(TRL)

(1)(2)對基板介電常數做寬頻量測.

另外,採用四分之一波長法(3)針對特定點頻率做單點量測,將兩種量測 方法的量測結果做比較,以確認量測準確性.同時比較基板有無覆蓋防焊漆時, 覆蓋介質對微帶傳輪線特性阻抗影響.

經由量測所得到基板介電常數,可進量推導出傳輪線傳輪線傳輪速度 (Propagaion Velocity),以瞭解傳輪線單長度傳輪延遲(Propagaion delay), 同時可以得知基板介質正切損耗(tangentloss),便於決定材可適用頻寬,藉由對 二層皮基板的研究,可擴展至多層板時所遇到不同板材壓合後之材品質測應用上, 透過對基板材質的瞭解,達到精確控制傳輪線特性阻抗之目的.

穿透反射線法

圖1為穿透反射線模型.設計三種線段長來量測100MHZ-12GHZ頻段介電常數 對頻率變化關係,表1為頻段劃分興線長定義,穿透校正器長度為1.反射校長度 為0.5.將綱路分析儀的參考平面先校正至Coaxial Cable SMA接頭端,然後使 用三線段及空透、反射校正器再做TRL*校正.

(表1 頻段劃分興線長定義)

Min Max Delay Line Length
1 100MHZ 500MHZ 832.7PS 5380.6mil
2 500MHZ 2.5GHZ 166.5PS 1074.6mil
3 2.5GHZ 12.5GHZ 33.3PS 212.2mil
Thru 100MHZ 12.5GHZ 0 1000mil
Ref 100MHZ 12.5GHZ 0 500mil

圖1穿透反射線模型

綱路分析儀的參考平面經TRL*校正後,將移到穿透線段中間位置,呼叫該組校正資 料後依序量測三組線長,即得到去埋(de-embedded)S參數,利用穿透反射線理諭, 即得傳播常數及等介電常數。公式如下:

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