Kalkulačka dielektrické konstanty FR4 a průvodce návrhem desek plošných spojů

Vzorec dielektrické konstanty FR4 a měděné stopy na desce plošných spojů
HIGHLEAP ELECTRONICS · BEZPLATNÝ NÁSTROJ PRO VÝROBU DESEK PLOŠNÝCH PLOŠIN

Jaká je dielektrická konstanta FR4? Většina laminátů FR4 se pohybuje kolem Dk 4.0–4.5, ale správná hodnota závisí na konstrukci materiálu a frekvenci. Pomocí níže uvedené kalkulačky odhadněte zpoždění signálu, rychlost, vlnovou délku vedeného signálu a předběžnou impedanci mikropáskového materiálu.

ŽIVÁ KALKULAČKA

Kalkulačka dielektrické konstanty FR4

Změňte jakýkoli vstup. Výsledky se aktualizují okamžitě – bez registrace, opětovného načítání stránky nebo externí služby.

Mikropáskové vedení používá aproximaci efektivní permitivity. Páskové vedení předpokládá homogenní FR4.
Zkuste Dk:
Frekvence se Dk nemění automaticky. Zadejte hodnotu Dk naměřenou na příslušné frekvenci; změna hodnoty v GHz aktualizuje pouze vlnovou délku a fázi. Dvě předvolby 370HR používají hodnoty publikované výrobcem pro konkrétní frekvenci. 1×1080, 58% pryskyřice konstrukce.
MATERIÁL A · VYPOČÍTANÉ VÝSLEDKY
Skript kalkulačky nebyl načten – viz pokyny k instalaci
Jednosměrné zpoždění šíření
- ps

Pro vámi zadanou délku trasy

Efektivní Dk (εeff)-
Rychlost šíření- mm/ns
Zpoždění na mm- ps/mm
Řízená vlnová délka- mm
Elektrická délka- °
MATERIÁL A vs. MATERIÁL B
ParametrMateriál AMateriál B
Hromadné Dk--
Efektivní Dk--
Zpoždění (ps)--
Rozdíl zpoždění (A − B)- ps
Idealizované odhady, nikoli zaručená měření desek plošných spojů nebo konečné hodnoty řízené impedance.

Jaká je dielektrická konstanta FR4?

Dielektrická konstanta FR4 ( Dk neboli relativní permitivita εr) je měřítkem toho, jak izolační laminát desky plošných spojů reaguje na elektrické pole. Pro předběžné návrhy inženýři často používají Dk ≈ 4.0–4.5 , ale to není zaručená hodnota pro všechny FR4. FR4 označuje skupinu epoxidových materiálů vyztužených skelnými vlákny s různými pryskyřičnými systémy, konstrukcemi tkanin a elektrickými vlastnostmi.

Správná hodnota Dk pro FR4 závisí na specifikovaném laminátu, typu skla, obsahu pryskyřice, provozní frekvenci a zkušební metodě. Jediný předpoklad „FR4 = 4.4“ je obzvláště riskantní pro rozvržení s řízenou impedancí a pro vysokorychlostní obvody.

Dielektrická konstanta FR4 vs. frekvence: Skutečná data výrobce

FR4 vykazuje dielektrickou disperzi: jeho Dk se může měnit s frekvencí. Následující příklady Isola 370HR jsou publikované hodnoty specifické pro danou konstrukci – nikoli univerzální hodnoty pro každou desku plošných spojů FR4.

Konstrukce jádra 370HRObsah pryskyřiceDk při 100 MHzDk při 1 GHzDk při 10 GHz
1×106; jádro 0.051 mm71%3.893.813.63
1×1080; jádro 0.064 mm58%4.114.043.88

Zdroj: Oficiální tabulky Dk/Df pro konkrétní konstrukci Isola 370HR . Hodnoty platí pro uvedené konstrukce a zkušební podmínky.

Tabulka odhaluje dva důležité fakty: stejná řada materiálů FR4 může mít různé hodnoty Dk, protože se liší její konstrukce, a Dk měřené při 1 GHz by se nemělo automaticky aplikovat při 10 GHz. V kalkulačce se pro řízenou vlnovou délku a fázi používá frekvence ; kalkulačka nevytváří křivku Dk versus frekvence.

Jak funguje kalkulačka: Skutečné vzorce

Kalkulačka považuje signálovou cestu za ideální, bezztrátové, nemagnetické přenosové vedení. Nejprve určí efektivní relativní permitivitu a poté vypočítá rychlost šíření a zpoždění:

v = c / √εeffDelay (ps) = Length (mm) × √εeff × 1000 / 299.792458Guided wavelength (mm) = v (mm/ns) / f (GHz)Electrical length (°) = 360 × Length / Wavelength

Zde c = 299.792458 mm/ns . Efektivní relativní permitivita (εeff) závisí na průřezu přenosového vedení:

Páskové vedení: Plně integrovaná trasa

Pro ideální homogenní model páskového vedení je εeff = Dk. Díky tomu je výpočet zpoždění obzvláště jednoduchý, ale nevypočítává se impedance páskového vedení. Skutečná impedance páskového vedení vyžaduje rozměry stop, tloušťku mědi, rozteč rovin a podrobnosti o vrstvě.

Mikropáskový: Povrchová stopa

Mikropáskový záznam má pole jak ve vzduchu, tak v substrátu desky plošných spojů. Kalkulačka používá běžnou kvazistatickou aproximaci pro εeff založenou na šířce záznamu W, dielektrické výšce h a objemovém Dk. Výsledek je nižší než objemové Dk pro konvenční mikropáskový záznam vystavený vzduchu.

Pouze pro mikropáskové vodiče ukazuje přístroj také předběžnou charakteristickou impedanci Z₀ pomocí aproximace uzavřeného tvaru s nulovou tloušťkou vodiče. To nezahrnuje pájecí masku, konečnou tloušťku mědi, drsnost mědi, frekvenční rozptyl ani výrobní tolerance; nemůže nahradit řešič impedančního pole ve vaší dílně na výrobu desek.

Řešený příklad: Dk 4.2 vs. 3.8

Pro ideální zabudované přenosové vedení o délce 50 mm produkuje Dk = 4.2 přibližně 341.80 ps jednosměrného zpoždění, zatímco Dk = 3.8 produkuje přibližně 325.12 ps . To je rozdíl 16.68 ps při stejné fyzické délce. Změňte délku vedení nebo přepněte na mikropáskový vodič v kalkulačce výše a podívejte se na odpovídající výsledky pro vaši geometrii.

FR4 Dk vs. Df: Proč na obou záleží

Dk ovlivňuje šíření elektromagnetických vln, fázovou rychlost a impedanci přenosového vedení. Df (ztrátový faktor neboli tangens úhlu ztráty) popisuje dielektrické energetické ztráty a přispívá k útlumu signálu. Materiál desky plošných spojů s nižším Dk nemusí automaticky mít nižší Df ani nižší celkové vložené ztráty. Výběr materiálu pro vysokorychlostní a VF obvody musí zohledňovat obojí, kromě ztrát mědi, drsnost a geometrii obvodu.

Jak Dk ovlivňuje směrování desek plošných spojů s impedancí 50 ohmů a 100 ohmů

Dielektrické vlastnosti ovlivňují charakteristickou impedanci jednoduchých vodičů 50 Ω a diferenciálních párů 90/100 Ω, ale samotná hodnota Dk nestačí k výpočtu impedance . Spolehlivý výpočet řízené impedance vyžaduje geometrii vrstev, uspořádání referenční roviny, konečnou tloušťku mědi, šířku vodiče a – v diferenciálních párech – rozteč vodičů a vazbu.

Výše uvedený výsledek mikropáskového měření Z₀ použijte pouze pro ověření včasné koncepce. Pro finální výrobu poskytněte společnosti Highleap Electronics terče s řízenou impedancí a navrhované uspořádání vrstev, aby bylo možné zkontrolovat vhodnou geometrii a materiálové předpoklady.

Co poslat výrobci desek plošných spojů

U desek plošných spojů FR4 s řízenou impedancí nebo s vysokými nároky na signály uveďte stupeň laminátu (nebo schválené alternativy), uspořádání vrstev, podrobnosti o jádru/prepregu, pokud jsou k dispozici, požadavky na hotové měděné vodiče, řízené impedance sítí a cílové impedance, tolerance, výrobní soubory a veškerá omezení ztrát nebo časování. U kompletních projektů montáže desek plošných spojů uveďte také kusovník, data o umístění součástek a požadavky na montáž.

Společnost Highleap Electronics nabízí služby v oblasti výroby a osazování desek plošných spojů (PCB) . U vyrobitelného souvrství by se mělo zohlednit dostupnost materiálu, dielektrická tloušťka, výrobní tolerance, ohřev sestavy a dlouhodobá spolehlivost – nejen nominální číslo Dk.

Dielektrická konstanta FR4: Často kladené otázky

Jaká je dielektrická konstanta FR4?

Mnoho běžně používaných laminátů FR4 má hodnoty součinitele odporu křemíku (Dk) zhruba v rozmezí 4.0–4.5, ale neexistuje žádná univerzální hodnota. Pro konečné výpočty návrhu použijte zdokumentovanou hodnotu Dk daného materiálu při příslušné frekvenci.

Jaká je dielektrická konstanta FR4 při 1 GHz?

Záleží na laminátové konstrukci. Například jádro Isola 370HR 1×1080 s 58% pryskyřicí má publikovanou hodnotu Dk 4.04 při 1 GHz; jiné konstrukce se liší.

Jaká je dielektrická konstanta FR4 při 10 GHz?

Záleží na produktu a konstrukci. Jádro Isola 370HR s rozměry 1×1080 a 58% pryskyřicí má deklarovanou hodnotu Dk = 3.88 při 10 GHz. Tuto hodnotu nepoužívejte na jiný typ FR4 bez ověření.

Mohu vypočítat šířku stopy 50 ohmů pouze pomocí Dk?

Ne. Požadovaná šířka trasy závisí také na dielektrické výšce, tloušťce vodiče, geometrii trasy a dalších detailech vrstvení. Náš výsledek impedance mikropáskového vodiče je předběžná aproximace nulové tloušťky, nikoli potvrzení o produkci.

Proč se liší zpoždění páskového a mikropáskového vedení?

Pole ideálního vloženého páskového vedení jsou v substrátu, takže εeff se přibližně rovná materiálové Dk. Mikropáskové vedení vystavené vzduchu sdílí svá pole mezi substrátem a vzduchem, což má za následek nižší εeff a obecně rychlejší šíření záření při stejném objemovém Dk.

Snižuje volba vyšší frekvence automaticky Dk?

Ne spolehlivým, univerzálním způsobem. Dk má materiálově specifickou frekvenční disperzi. Tento nástroj nikdy nezmění váš vstup Dk při změně frekvence; měli byste zadat hodnotu publikovanou dodavatelem nebo ověřený frekvenčně závislý model.

OD VÝPOČTU K VÝROBĚ

Potřebujete desku plošných spojů FR4 s řízenou impedancí?

Zašlete společnosti Highleap Electronics vaše požadavky na stacking, výrobní soubory, cílové hodnoty impedance a montáž. Můžeme prodiskutovat vaše potřeby ohledně výroby desek plošných spojů a desek plošných spojů s ohledem na skutečná konstrukční omezení.

Kontaktujte Highleap Electronics →
Odhad pro vzdělávání. Kalkulačka používá idealizované bezztrátové rovnice pro přenosové vedení a pro mikropáskové vodiče kvazi-statické aproximace nulové tloušťky. Nepředpovídá frekvenčně závislou hodnotu Dk, dielektrické ztráty, diferenciální impedanci ani toleranci výroby hotové desky. Ověřte vysokorychlostní a VF návrhy pomocí dokumentace laminátu, kompletního stackupu, vhodného řešiče pole a kontroly výroby desek plošných spojů.
získat okamžitou cenovou nabídku

doporučené příspěvky

Jak získat cenovou nabídku na desky plošných spojů

Provedeme pro vás analýzu DFM/DFA a ozveme se vám se zprávou. Své soubory můžete bezpečně nahrát prostřednictvím našich webových stránek. Pro vypracování cenové nabídky potřebujeme následující informace:

    • Gerber, ODB++ nebo .pcb, spec.
    • Seznam kusovníků, pokud požadujete montáž
    • Množství
    • Čas otáčení
Kromě výroby desek plošných spojů nabízíme komplexní škálu elektronických služeb, včetně návrhu desek plošných spojů, výroby desek plošných spojů a komplexních řešení. Ať už potřebujete pomoc s prototypováním, ověřováním návrhu, zajištěním zdrojů součástek nebo hromadnou výrobou, poskytujeme komplexní podporu, abychom zajistili úspěch vašeho projektu.

Pro služby PCBA prosím poskytněte kusovník (BOM) a případné konkrétní montážní pokyny. Nabízíme také analýzy DFM/DFA pro optimalizaci vašich návrhů z hlediska vyrobitelnosti a montáže a zajištění plynulého výrobního procesu.






    Rychlá poznámka: Náš tým vám krátce po odeslání zašle e-mail. Abyste měli jistotu, že obdržíte naši odpověď, laskavě doporučujeme kontrola složky s nevyžádanou poštou/spamem pokud nevidíte naši zprávu ve své schránce.