關于可穿戴PCB設計的一些經驗

由于它們的尺寸和尺寸較小，對于不斷增長的可穿戴物聯網市場，幾乎沒有印刷電路板標準。在它們出現之前，我們必須依賴我們所了解的關于板級開發和制造經驗的知識，并仔細考慮如何將它們應用于那里出現的獨特挑戰。我們應該特別關注的三個領域是：電路板表面材料、射頻/微波設計和射頻傳輸線。

PCB 材料PCB 層由層壓板組成，層壓板可以由 FR4（纖維增強環氧樹脂）、聚酰亞胺或 羅杰斯材料或層壓板制成。不同層之間的絕緣稱為預浸料?？纱┐髟O備需要高度的可靠性，當 PCB 設計人員面臨選擇使用 FR4（成本效益的 PCB 制造材料）還是更先進、更昂貴的材料時，這就成為一個問題。

如果可穿戴 PCB 應用需要高速、高頻材料，FR4 可能不是答案。FR4 的介電常數 (Dk) 為 4.5，而更先進的羅杰斯 4003 系列材料的介電常數為3.55，而其配套系列羅杰斯 4350 的介電常數為 3.66。

層壓板的 Dk 是指與真空中的那對導體相比，層壓板附近的一對導體之間的電容或能量。在高頻下，希望損耗非常小，因此 Rogers 4350 的 Dk 為3.66 對于高頻電路而言更理想，而 FR4 的 Dk 為 4.5

通常，可穿戴設備的層數從四層到八層不等。層結構是這樣的，如果它是八層 PCB，它會提供足夠的接地層和電源層以將布線層夾在中間。因此，串擾中的紋波效應保持在限度，并且電磁干擾或 EMI 顯著降低。

在電路板布局階段，布局時間表是接地層緊鄰配電層。這會產生低紋波效應，系統噪聲幾乎降至零。這對于 RF 子系統尤為重要。

與羅杰斯的材料相比，FR4 具有較高的耗散因數 (Df)，尤其是在高頻時。更高性能 FR4 層壓板的 Df 值在 0.002 范圍內，比普通 FR4 好一個數量級。然而，羅杰斯的層壓板為 0.001 或更小。因此，當 FR4 材料經受高頻時，會產生有意義的插入損耗差異。插入損耗定義為在從 A 點到 B 點傳輸過程中由于使用 FR4、Rogers 或其他材料等層壓板而導致的信號功率損耗。
 

制造問題

可穿戴設備 PCB 需要更嚴格的阻抗控制，這是可穿戴設備的基本要素，可實現更清潔的信號傳播。早些時候，信號承載跡線的標準公差為 +/-10%。這對于今天的高頻、高速電路來說還不夠好?，F在的要求是 +/-7%，在某些情況下是 +/-5% 甚至更低。這個和其他變量對那些具有極其嚴格的阻抗控制的可穿戴設備 PCB 的制造產生負面影響，從而限制了能夠制造它們的制造車間的數量。

羅杰斯極高頻材料的層壓板保持在 +/-2% 的 Dk 公差。有些甚至可以保持 +/-1% 的 DK 公差，而 FR4 層壓板的 Dk 公差為 10%，因此當比較這兩種材料時，插入損耗極低。與傳統的 FR4 材料相比，這會將羅杰斯的傳輸和插入損耗限制在一半以下。

在大多數情況下，成本是重要的。然而，羅杰斯以可接受的成本提供了一種具有高頻性能的相對低損耗層壓板。對于商業應用，它可以與基于環氧樹脂的 FR4 一起用于混合 PCB，其中一些層是羅杰斯的材料，其他層是 FR4。

選擇羅杰斯的層壓板時，頻率是首要考慮因素。隨著頻率增加到 500 兆赫茲 (MHz) 以上，PCB 設計人員傾向于使用羅杰斯材料而不是 FR4，尤其是對于射頻/微波電路，因為這些材料在跡線受到嚴格阻抗控制時性能更好。

與 FR4 相比，羅杰斯材料還具有較低的介電損耗，并提供在寬頻率范圍內穩定的介電常數。此外，它們具有低插入損耗，是高頻操作的理想選擇。

羅杰斯 4000 系列的熱膨脹系數 (CTE) 具有出色的尺寸穩定性。這意味著當 PCB 經歷冷、熱和非常熱的回流焊循環時，與 FR4 相比，電路板的膨脹和收縮在更高的頻率和更高的溫度循環下保持在一個穩定的極限。

在混合層壓堆疊的情況下，羅杰斯可以使用常見的制造工藝技術輕松地與高性能 FR4 混合，從而相對容易地獲得良好的制造良率。羅杰斯的層壓板不需要專門的通孔準備。

就可靠的電氣性能而言，FR4 通常做得不好，但高性能 FR4 材料確實具有良好的可靠性特性，例如更高的 Tg，仍然相對較低的成本，并且它能夠用于從簡單到廣泛的各種應用音頻設計到復雜的微波應用。