FR4-dielektrisyysvakion laskuri ja piirilevyjen suunnitteluopas
Mikä on FR4:n dielektrinen vakio? Yleisimpien FR4-laminaattien dielektrisyysvakio on noin Dk 4.0–4.5, mutta oikea arvo riippuu materiaalin rakenteesta ja taajuudesta. Käytä alla olevaa reaaliaikaista laskuria arvioidaksesi signaalin viiveen, nopeuden, ohjatun aallonpituuden ja alustavan mikroliuskan impedanssin.
FR4 Dielectric Constant Calculator
Muuta mitä tahansa syötettä. Tulokset päivittyvät välittömästi – ei rekisteröitymistä, sivun uudelleenlatausta tai ulkoista palvelua.
Määritetylle jäljityspituudelle
| Parametri | Materiaali A | Materiaali B |
|---|---|---|
| Bulk Dk | - | - |
| Efektiivinen Dk | - | - |
| Viive (ps) | - | - |
| Noin Z₀ (Ω) | - | - |
Mikä on FR4:n dielektrinen vakio?
FR4 :n dielektrisyysvakio (Dk eli suhteellinen permittiivisyys εr) mittaa, miten piirilevyn eristävä laminaatti reagoi sähkökenttään. Alustavissa suunnitteluissa insinöörit käyttävät usein arvoa Dk ≈ 4.0–4.5 , mutta se ei ole taattu arvo kaikille FR4-materiaaleille. FR4 viittaa lasikuituvahvisteisten epoksimateriaalien ryhmään, joilla on erilaisia hartsijärjestelmiä, kangasrakenteita ja sähköisiä ominaisuuksia.
Oikea FR4 Dk riippuu määritetystä laminaatista, lasityypistä, hartsipitoisuudesta, toimintataajuudesta ja testausmenetelmästä. Yksittäinen oletus ”FR4 = 4.4” on erityisen riskialtis kontrolloidun impedanssin ja suurnopeusasetelmissa.
FR4:n dielektrisyysvakio vs. taajuus: todelliset valmistajan tiedot
FR4:llä on dielektrinen dispersio: sen Dk voi muuttua taajuuden mukaan. Seuraavat Isola 370HR -esimerkit ovat rakennekohtaisia julkaistuja lukuja – eivät yleisiä arvoja jokaiselle FR4-piirilevylle.
| 370HR core construction | Hartsipitoisuus | Dk @ 100 MHz | Dk @ 1 GHz | Dk @ 10 GHz |
|---|---|---|---|---|
| 1 × 106; 0.051 mm ydin | 71% | 3.89 | 3.81 | 3.63 |
| 1 × 1080; 0.064 mm ydin | 58% | 4.11 | 4.04 | 3.88 |
Lähde: Isola 370HR:n viralliset rakennekohtaiset Dk/Df-taulukot . Arvot koskevat ilmoitettuja rakenteita ja testiolosuhteita.
Taulukko paljastaa kaksi tärkeää seikkaa: samalla FR4-materiaaliperheellä voi olla eri Dk-arvot, koska sen rakenne eroaa, ja 1 GHz:n taajuudella mitattua Dk-arvoa ei pitäisi automaattisesti soveltaa 10 GHz:n taajuudella. Laskimessa taajuutta käytetään ohjattuna aallonpituutena ja vaiheena ; se ei keksi Dk-taajuuskäyrää.
Laskimen toimintaperiaate: Varsinaiset kaavat
Laskin käsittelee signaalipolkua ihanteellisena, häviötönä ja ei-magneettisena siirtolinjana. Se ensin määrittää efektiivisen suhteellisen permittiivisyyden ja laskee sitten etenemisnopeuden ja viiveen:
v = c / √εeffDelay (ps) = Length (mm) × √εeff × 1000 / 299.792458Guided wavelength (mm) = v (mm/ns) / f (GHz)Electrical length (°) = 360 × Length / WavelengthTässä c = 299.792458 mm/ns . Efektiivinen suhteellinen permittiivisyys (εeff) riippuu siirtojohdon poikkileikkauksesta:
Liuskajohto: Täysin upotettu jälki
Ideaaliselle homogeeniselle liuskajohtimelle εeff = Dk. Tämä tekee viiveen laskemisesta erityisen yksinkertaista, mutta se ei laske liuskajohtimen impedanssia. Todellisen liuskajohtimen impedanssin laskemiseen tarvitaan juovien mitat, kuparin paksuus, tasojen välinen etäisyys ja pinoamistiedot.
Mikroliuska: Pinnan jälki
A microstrip trace has fields in both air and the PCB substrate. The calculator uses a common quasi-static approximation for εeff based on the trace width W, dielectric height h, and bulk Dk. The result is lower than bulk Dk for a conventional air-exposed microstrip.
Vain mikroliuskojen osalta työkalu näyttää myös alustavan ominaisimpedanssin Z₀ käyttäen nollajohtimen paksuuden suljetun muodon approksimaatiota. Tämä ei sisällä juotosmaskia, äärellistä kuparin paksuutta, kuparin karheutta, taajuushajaantumista tai valmistustoleransseja; se ei voi korvata piirilevyliikkeesi impedanssikentän ratkaisijaa.
Käytännön esimerkki: Dk 4.2 vs. 3.8
Ideaaliselle upotetulle 50 mm:n siirtolinjalle Dk = 4.2 tuottaa noin 341.80 ps yksisuuntaista viivettä, kun taas Dk = 3.8 tuottaa noin 325.12 ps . Ero on 16.68 ps samalla fyysisellä pituudella. Muuta linjan pituutta tai vaihda Microstrip-muotoon yllä olevassa laskimessa nähdäksesi vastaavat tulokset geometriallasi.
FR4 Dk vs. Df: Why Both Matter
Dk vaikuttaa sähkömagneettiseen etenemiseen, vaihenopeuteen ja siirtolinjan impedanssiin. Df (häviökerroin tai häviötangentti) kuvaa dielektristä energiahäviötä ja vaikuttaa signaalin vaimenemiseen. Piirilevymateriaalilla, jolla on pienempi Dk, ei automaattisesti ole pienempää Df:ää tai pienempää kokonaislisäyshäviötä. Suurnopeus- ja radiotaajuusmateriaalien valinnassa on otettava huomioon molemmat kuparihäviön, karheuden ja piirin geometrian lisäksi.
How Dk Affects 50-Ohm and 100-Ohm PCB Routing
Dielektriset ominaisuudet vaikuttavat 50 Ω:n yksipäisten johdinten ja 90/100 Ω:n differentiaaliparien ominaisimpedanssiin, mutta Pelkkä Dk ei riitä impedanssin laskemiseenLuotettava kontrolloidun impedanssin laskenta edellyttää pinoamisgeometriaa, referenssitasojärjestelyä, valmiin kuparin paksuutta, viivan leveyttä ja – differentiaalipareissa – juovien välistystä ja kytkentää.
Käytä yllä olevaa mikroliuskan Z₀-tulosta vain alustaviin konseptitarkistuksiin. Lopullista valmistusta varten toimita Highleap Electronicsille kontrolloidun impedanssin tavoitearvot ja ehdotettu pinoaminen, jotta asianmukaiset geometria- ja materiaalioletukset voidaan tarkistaa.
What to Send a PCB Manufacturer
Jos FR4-piirilevyllä on kontrolloitu impedanssi tai se vaatii suurnopeussignaaleja, anna tiedot laminaattilaadusta (tai hyväksytyistä vaihtoehdoista), kerrosten kokoonpanosta, ydin-/prepreg-materiaaleista (jos saatavilla), valmiin kuparin vaatimuksista, kontrolloiduista verkoista ja kohdeimpedansseista, toleranssit, valmistustiedostoista sekä mahdollisista häviö- tai ajoitusrajoituksista. Täydellisten piirilevykokoonpanoprojektien osalta anna myös osaluettelo, komponenttien sijoittelutiedot ja kokoonpanovaatimukset.
Highleap Electronics tarjoaa piirilevyjen valmistus- ja kokoonpanopalveluita . Valmistettavan kokoonpanon valinnassa tulisi ottaa huomioon materiaalien saatavuus, dielektrinen paksuus, valmistustoleranssit, kokoonpanon kuumeneminen ja pitkän aikavälin luotettavuus – ei pelkästään nimellinen Dk-luku.
FR4:n dielektrisyysvakio: Usein kysytyt kysymykset
Mikä on FR4:n dielektrinen vakio?
Many commonly used FR4 laminates are roughly in the 4.0–4.5 range, but there is no single universal value. Use the actual material's documented Dk at a relevant frequency for final design calculations.
Mikä on FR4:n dielektrinen vakio 1 GHz:n taajuudella?
Se riippuu laminaattirakenteesta. Esimerkiksi Isola 370HR 1×1080 -ytimellä, jossa on 58 % hartsia, on julkaistu Dk-arvo 4.04 1 GHz:n taajuudella; muut rakenteet eroavat toisistaan.
Mikä on FR4:n dielektrinen vakio 10 GHz:n taajuudella?
It depends on the product and construction. Isola 370HR's 1×1080, 58% resin core is published at Dk = 3.88 at 10 GHz. Do not apply this value to another FR4 grade without verification.
Voinko laskea 50 ohmin johtimen leveyden käyttämällä pelkästään Dk:ta?
Ei. Vaadittu johtimen leveys riippuu myös dielektrisen materiaalin korkeudesta, johtimen paksuudesta, johtimen geometriasta ja muista pinoamisominaisuuksista. Mikroliuskan impedanssituloksemme on alustava nollapaksuinen likiarvo, ei tuotannon hyväksyntä.
Why are stripline and microstrip delays different?
Ideaalisen upotetun liuskajohtimen kentät ovat substraatissa, joten εeff on suunnilleen yhtä suuri kuin materiaali Dk. Ilmalle altistettu mikroliuska jakaa kentät substraatin ja ilman kesken, mikä antaa pienemmän εeff-arvon ja yleensä nopeamman etenemisen samalla Dk-massalla.
Pienentääkö korkeamman taajuuden valitseminen automaattisesti Dk:ta?
Ei luotettavalla ja universaalilla tavalla. Dk:lla on materiaalikohtainen taajuushajonta. Tämä työkalu ei koskaan muuta Dk-syötettäsi taajuuden muuttuessa; sinun tulee syöttää toimittajan julkaisema arvo tai validoitu taajuudesta riippuva malli.
Need a Controlled-Impedance FR4 PCB?
Send Highleap Electronics your stackup, fabrication files, impedance targets, and assembly requirements. We can discuss your PCB manufacturing and PCBA needs with the actual design constraints in view.
Ota yhteyttä Highleap Electronicsiin →
suositeltava Viestejä
TMM13i piirilevyjen valmistus
TMM13i-piirilevyjen valmistus on suunnattu erittäin kompakteille RF-piireille...
TMM10-piirilevyjen valmistus kompakteille RF-malleille
SisällysluetteloKuinka TMM10 kutistaa RF-rakenteitaTMM10 vs...
TMM:n lämpötilastabiilien piirilevyjen valmistus
Sisällysluettelo Rogers TMM:n lämpötilastabiili piirilevy...
TMM-piirilevy antennin pienentämiseen
Antennin pienennyssivu on tarkoituksella kapeampi...
Miten saada tarjous piirilevyistä
Suoritetaan DFM/DFA-analyysi puolestasi ja lähetetään sinulle raportti. Voit ladata tiedostosi turvallisesti verkkosivustomme kautta. Tarvitsemme seuraavat tiedot voidaksemme antaa sinulle tarjouksen:
-
- Gerber, ODB++ tai .pcb, sp.
- Tuoteluettelo, jos tarvitset kokoonpanoa
- Määrä
- Käännä aika
Piirilevypalveluita varten toimitathan osaluettelosi (BOM) ja mahdolliset erityiset kokoonpano-ohjeet. Tarjoamme myös DFM/DFA-analyysin suunnitelmiesi valmistettavuuden ja kokoonpanon optimoimiseksi varmistaen sujuvan tuotantoprosessin.