Berechnung der Permittivität von PCBs

Question

Ich habe gelesen, dass die Permittivität von FR-4 bei etwa 4,5 liegt, aber ich möchte die Permittivität einer tatsächlichen doppelseitigen kupferkaschierten Platine messen. Ich denke, die Dicke des Substrats zu messen und die Kapazität zu berechnen B. einen Parallelplattenkondensator mit Luft dazwischen, messen Sie dann die Kapazität der kupferkaschierten Platine, indem Sie mit einem guten LCR-Messgerät auf beiden Seiten Elektroden anbringen. Das Verhältnis zwischen dem gemessenen Wert und dem berechneten Wert sollte mir die relative Permittivität geben.

Ich suche hier keine extreme Präzision.

Was schlagen Sie vor?

Answer 1

Tatsächlich ist dies eine übliche Methode, um die Dielektrizitätskonstante von Materialien zu messen. Ich würde vorschlagen, Ihre Leitungen zu "kalibrieren" und / oder eine 4-Draht-Messung zu verwenden (vorausgesetzt, Ihr LCR-Messgerät unterstützt dies).

Sie müssen jedoch aufpassen: Die Kapazität von zwei 10 cm x 10 cm großen Quadraten auf 1,6 mm dickem FR4 (unter der Annahme einer Permittivität von etwa 4) liegt etwa in der Größenordnung von 0,2 nF, also müssen Sie mit Ihrem Aufbau vorsichtig sein, um dies zu vermeiden Ihre Messung wird durch parasitäre Kapazitäten ruiniert.

Andere Methoden, die verwendet werden können, sind die Herstellung von Übertragungsleitungen (aber die Verwendung einer Übertragungsleitung erfordert viel Fachwissen und Präzision, um etwas Nützliches zu erhalten - Sie müssen Ihre Streifenbreite und Ihr Profil nach dem Ätzen wirklich berücksichtigen, um korrekte Ergebnisse zu erhalten).

Eine Methode, die ich mit einigem Erfolg verwendet habe, ist die Herstellung von Resonatoren (normalerweise Ringresonatoren oder Bodenschlitzresonatoren). Indem Sie die gemessene Resonatorleistung mit Simulationen abgleichen, können Sie gute Ergebnisse erzielen (wiederum vorausgesetzt, Sie können Ätzeffekte „herauskalibrieren“).

Answer 2

Wenn Sie wirklich hochfrequente Informationen wünschen, dann greifen Sie auf einen standardmäßigen Netzwerkanalysator von Hewlett Packard zu/finden/leihen/mieten Sie ihn, wodurch Sie Verluste und Verzögerungen erzielen.

Diese Maschinen arbeiten standardmäßig mit 3.000 MHz.

Für stabile Messungen müssen Sie nicht mit WIRES, sondern mit SMA-Schraubkoaxialsteckern arbeiten.

Und um Reflexionen zwischen der SMA und Ihrer Leiterplatte zu minimieren, verwenden Sie edge_mount „Übergangs“-Anschlüsse. Vermeiden Sie die Bulk-Head-Versionen.

Die Maschinen von HP/Agilent/Keysight sind sehr langlebig. Ich vermute, dass jeder VNA, der 3.000 MHz erreicht (wo FR-4 ziemlich verlustbehaftet wird) und mit einem Leistungspegel deutlich über dem thermischen Grundrauschen von 50 Ohm in einer Bandbreite von 100.000 Zyklen (-120 dBm) funktioniert.