RO4003 огромные потери!, Слезы. Опции

[__Sergey_]

Добрый день!
Делаем схемы на RO4003 0.203мм уже не одну, и всегда потери получались великоваты, но как-то с этим мирились списывая на прочие факторы. В последней схеме это стало критично, я померил затухание и прослезился... Потери в полоске оказались в 4 раза больше, чем по спецификации - почти как в FR-4! Перемерил разные платы из разных партий, полученные на протяжении последних трех лет - везде такая картина. Платы делались в китае на Fastprint.
Промерил свои платы на RO4350 от того же фастпринта - все соответствует.

Радость только в том, что теперь я знаю почему у большинства моих устройств параметры слегка не дотягивали до рассчетных.
Сталкивались ли вы с такой проблемой? И как ее решить - отказаться от 4003?

Сообщение отредактировал __Sergey_ - Aug 8 2014, 14:53

[saab]

Добрый день!
Делаем схемы на RO4003 0.203мм уже не одну, и всегда потери получались великоваты, но как-то с этим мирились списывая на прочие факторы. В последней схеме это стало критично, я померил затухание и прослезился... Потери в полоске оказались в 4 раза больше, чем по спецификации - почти как в FR-4! Перемерил разные платы из разных партий, полученные на протяжении последних трех лет - везде такая картина. Платы делались в китае на Fastprint.
Промерил свои платы на RO4350 от того же фастпринта - все соответствует.

Радость только в том, что теперь я знаю почему у большинства моих устройств параметры слегка не дотягивали до рассчетных.
Сталкивались ли вы с такой проблемой? И как ее решить - отказаться от 4003?

У редиски и это стали фекить. Насколько всем известно это американский субстрат и никогда проблем не было. Был вариант когда вместо 4003 8mil подсунули 10mil 4350. Но это немец, который полагал что это одно и то же.

[enom]

Критичные вещи я на арлоне делаю. С расчетом почти совпадает)

[serges]

Добрый день!
Делаем схемы на RO4003 0.203мм уже не одну, и всегда потери получались великоваты, но как-то с этим мирились списывая на прочие факторы. В последней схеме это стало критично, я померил затухание и прослезился... Потери в полоске оказались в 4 раза больше, чем по спецификации - почти как в FR-4! Перемерил разные платы из разных партий, полученные на протяжении последних трех лет - везде такая картина. Платы делались в китае на Fastprint.
Промерил свои платы на RO4350 от того же фастпринта - все соответствует.

Радость только в том, что теперь я знаю почему у большинства моих устройств параметры слегка не дотягивали до рассчетных.
Сталкивались ли вы с такой проблемой? И как ее решить - отказаться от 4003?

Нужно брать как минимум 0.3мм, а лучше 0.4 и выше. На 0.2 проявляются паразитные эффекты на землю

[saab]

Нужно брать как минимум 0.3мм, а лучше 0.4 и выше. На 0.2 проявляются паразитные эффекты на землю

Любопытно, каккого свойства. Есть 4-6mil по логике совсем балной а ведь 6-8mil как раз
то что доктор прописал для 60-70ГГц.

[serges]

Любопытно, каккого свойства. Есть 4-6mil по логике совсем балной а ведь 6-8mil как раз
то что доктор прописал для 60-70ГГц.

А Вы помоделируйте с компонентами от Modelithics и поймете. Кстати, они с воей библиотеке
подложек для R4003 не предлагают даже 0.3мм. Для дросселей влияние земли при 0.2 мм вообще драматично.

[saab]

А Вы помоделируйте с компонентами от Modelithics и поймете. Кстати, они с воей библиотеке
подложек для R4003 не предлагают даже 0.3мм. Для дросселей влияние земли при 0.2 мм вообще драматично.

Тихо сползаю под стул... какой моделистик для 60ГГц да даже для 20.

[rloc]

А Вы помоделируйте с компонентами от Modelithics и поймете. Кстати, они с воей библиотеке
подложек для R4003 не предлагают даже 0.3мм. Для дросселей влияние земли при 0.2 мм вообще драматично.

Все модели в той библиотеке построены на выборочном измерении по отдельным номиналам, размерам элементов, толщинам, материалам, размерам контактных площадок и т.д., и все параметры получаются на основе интерполяции/экстраполяции. Толщина будет влиять на волновое сопротивление контактных площадок, они кстати меняются в моделях. Возможно не везде удастся поставить 0805 при толщине 0.3мм, минимальная ширина площадок ограничена размером 1.3мм, а 0402 - вполне, мин. ширина площадок - 0.5мм .

[Zadorik]

Добрый день!
Делаем схемы на RO4003 0.203мм уже не одну, и всегда потери получались великоваты, но как-то с этим мирились списывая на прочие факторы. В последней схеме это стало критично, я померил затухание и прослезился... Потери в полоске оказались в 4 раза больше, чем по спецификации - почти как в FR-4! Перемерил разные платы из разных партий, полученные на протяжении последних трех лет - везде такая картина. Платы делались в китае на Fastprint.
Промерил свои платы на RO4350 от того же фастпринта - все соответствует.

Радость только в том, что теперь я знаю почему у большинства моих устройств параметры слегка не дотягивали до рассчетных.
Сталкивались ли вы с такой проблемой? И как ее решить - отказаться от 4003?

Какое вы используете покрытие? Если иммерсионное золото - это может быть ответом.

[serges]

Тихо сползаю под стул... какой моделистик для 60ГГц да даже для 20.

Про 60GHz автор вопроса не говорил.

[__Sergey_]

Какое вы используете покрытие? Если иммерсионное золото - это может быть ответом.

Именно имерсионное золото! А как покрытие может влиять, если оно сверху, а ток снизу весь в меди? Разве что процесс нанесения золота может "загрязнить" диэлектрик.
Я попробую завтра Вашу гипотезу - у меня были платы покрытые серебром в хламе. Еще попробую вырезать полосок из сплошной металлизации (не травленой) и промерить, чтобы точно исключить возможное "загрязнение" в результате травления и покрытия.

Я также не понял как может существенно влиять толщина диэлектрика, если основные потери в диэлектрике а не в проводнике?

Сообщение отредактировал __Sergey_ - Aug 18 2014, 05:05

[serges]

Именно имерсионное золото! А как покрытие может влиять, если оно сверху, а ток снизу весь в меди? Разве что процесс нанесения золота может "загрязнить" диэлектрик.
Я попробую завтра Вашу гипотезу - у меня были платы покрытые серебром в хламе. Еще попробую вырезать полосок из сплошной металлизации (не травленой) и промерить, чтобы точно исключить возможное "загрязнение" в результате травления и покрытия.

Я также не понял как может существенно влиять толщина диэлектрика, если основные потери в диэлектрике а не в проводнике?

Толщина диэлектрика влияет на добротности дросселей-конденсаторов и добавляет паразитные емкости на землю. Потери в диэлектрике определяются тангенсом.
Ток течет по поверхности: т. называемый скин-эффект.
А может китаец сделал плату не на том материале?

[__Sergey_]

>Толщина диэлектрика влияет на добротности дросселей-конденсаторов и добавляет паразитные емкости на землю. Потери в диэлектрике определяются тангенсом.
У меня потери намерились выше в разы (~5) - это нельзя объяснить толщиной диэлектрика. И расчетный тангенс выше в этиже разы.

>Ток течет по поверхности: т. называемый скин-эффект.
Ясное дело, по внешней и внутренней поверхности - а внутри у нас медь, хоть и шероховатая. Как может влиять покрытие на потери, если оно только снаружи?

>А может китаец сделал плату не на том материале?
Врядли, поскольку на вид оно похоже на правду.
Вот у этих друзей получился стольже хреновый результат как и у меня:
http://mpd.southwestmicrowave.com/showImag...ck%20Substrates

Сообщение отредактировал __Sergey_ - Aug 18 2014, 17:09

[EUrry]

Вообще в микрополосковых линиях основной ток сосредоточен со стороны диэлектрика.
И какие всё же частоты? Излучением не пренебрегаете? С достаточно низкой диэлектрической проницаемостью всё-таки диэлектрик. Много поля в воздухе находится. Также на климат стоит обратить внимание при измерениях. Может диэлектрик влаги нахватал.

[khach]

А как отличить потери в диэлектрике или в меди от потерь на излучение?

[EUrry]

По идее на более низких частотах должно меньше излучаться (в зависимости от электрической длины).

[serges]

Если можно, какие частоты у Вас и фото устройства.
Такое еще может быть от качества соединения платы с корпусом, высоты крышки, если она есть и т.п

[khach]

По идее на более низких частотах должно меньше излучаться (в зависимости от электрической длины).

Это понятно. Имеется ввиду, какие признаки позволяют однозначно сказать, что проблема именно в материале, а не в неправильном выборе соотношения толщина диэлектрика- ширина линии. Именно для случая материала с неизвестными (не соответствующими описанию производителя) характеристиками. Потому что делать набор линий разной ширнины ( с различным волновым сопротивлением) и сравнивать потери не всегда есть возможность. Или сравнивать микрополоски с копланаром- могут быть проблемы с виасами копланара. Как вариант сравнивать микрополосковую линию с полосковой, где полосковая линия получается накрыванием микрополоска тем же диэлектриком.
Вариант связанных линий для измерения потерь на излучение? Что коллеги посоветуют?

[htr]

А не может это быть связано с типом медной фольги? На RO4003 есть вариант с электроосажденной медью - electrodeposited copper foil (более рыхлая), и вариант с катанной медью - LoPro Reverse Treated (более плотная структура, рекомендуется для приложений с низкой пассивной интермодуляцией). Могу предположить, что на рыхлой фольге оммические потери будут несколько выше (по аналогии с шероховатостями в волноводе).

Сообщение отредактировал htr - Aug 19 2014, 16:09

[rloc]

Вариант связанных линий для измерения потерь на излучение? Что коллеги посоветуют?

Чтобы не сомневаться в диэлектрике неплохо сделать стенд для измерения на основе объемного полого цилиндрического резонатора, разделенного на две половинки. В каждую половинку вводятся зонды, между ними помещается исследуемый материал, а сами они точно соосно совмещаются между собой. К зондам подключается VNA, измеряются потери (добротность) и сдвиг резонансной частоты (зависимости легко просчитываются в CST, при вариациях толщины и диэл. прониц.). За счет высокой добротности резонатора, точность измерения потерь и диэл. прониц. получается на уровне 4-го и 2-го знака после запятой соответственно. Таким образом хорошо отслеживаются тенденции деградации материала.

[ser_aleksey_p]

Какое вы используете покрытие? Если иммерсионное золото - это может быть ответом.

На 4-х гигах это то же может быть ответом?

[l1l1l1]

когда получали первую коробку с RO4003, на ней честно было написано, что фактический тангенс дельта 0,0038 вместо 0,0027.
но это не увеличивает потери в разы.
помню единственный случай, когда потери увеличились в разы, правда на поликоре.
как оказалось, плохо отмыли фоторезист.

[serges]

Мне так и неясно, что Вы делали: фильтр, просто полоски.... Проблема м.б. и технологическая-зазоры и т.д.
Какой епcилон брали для расчетов?

[__Sergey_]

Мне так и неясно, что Вы делали: фильтр, просто полоски.... Проблема м.б. и технологическая-зазоры и т.д.
Какой епcилон брали для расчетов?

Выкладываю сюда некоторые результаты:
Мерил добротность слабосвязанного полуволнового резонатора, для примера даю картинки для RO4350 0.5mm с серебряным покрытием. Тангенс потерь находил по модели в АВР. Мерил на частотах 2-4 GHz. Также мерил просто полосок на проход и на полное отражение - результат более-менее согласуется с резонатором.
Мерил RO4350 с серебряным покрытием, с имерсионным золотом и с наклееной медной фольгой - большой разницы не увидел! Также не увидел разницы на 4003 на дорожке с имерсионным золотом и с медной фольгой.

Вот что получилось:
RO4003 0.203 W=0.45mm 2,4GHz, полуширина пика поглощения 50MHz - расчетный тангенс 0.014 для меди R0=1
RO4350 0.508 W=1.1mm 1,7GHz, полуширина пика поглощения 16MHz - расчетный тангенс 0.006 для меди R0=1
Списать потери на рыхлую медь не получается, поскольку, повторюсь, наклееная гладкая медная фольга дает похожий результат.

Всем удачи!

Сообщение отредактировал __Sergey_ - Aug 20 2014, 12:53

Эскизы прикрепленных изображений

 

[__Sergey_]

еще результат на 8 гиг:
Ro4003 0.203 W=0.6мм 8,5 GHz - полуширина 110 MHz, расчетный тангенс 0.011 для меди.
Там наклеен полосок из медной фольги. На этой частоте пошло излучение, и если накрыть полосок домиком и прижать по периметру, то пик сужается до 95 МГц.
Не удивительно, что тут результат слегка лучше, поскольку полосок плохо прижат и есть клеевой слой с меньшими потерями.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[EUrry]

Как вариант сравнивать микрополосковую линию с полосковой, где полосковая линия получается накрыванием микрополоска тем же диэлектриком. Вариант связанных линий для измерения потерь на излучение? Что коллеги посоветуют?

Вариант с симметричной ПЛ как-то сразу напрашивается. А вот со связанными линиями слишком многофакторно, как мне кажется.

P. S. И всё-таки, какие потери на относительно низких частотах (менее 1 ГГц)? Думаю, излучение должно достаточно выраженно снижаться, если оно есть. Кроме того, уважаемый l1l1l1 упомянул версию с фоторезистом... А не может ли проблема скрываться в плохой отмывке, например, от электролита? Может быть помыть в дистиллированной воде и УЗВ.

[rloc]

еще результат на 8 гиг:
Ro4003 0.203 W=0.6мм 8,5 GHz - полуширина 110 MHz, расчетный тангенс 0.011 для меди.

Как Вы контролируете коэффициент связи с зондом (нагруженную добротность) ?

[__Sergey_]

Как Вы контролируете коэффициент связи с зондом (нагруженную добротность) ?

Его не надо сильно контролировать, поскольку он мал - посмотрите там 2db глубина провала, тоесть работает только резонатор а нагрузка не влияет.
Потом, на модели я "делаю" такуюже картину и оцениваю потери оттуда, тоесть учитывается все это.

Насчет частотной зависимости ничего особенного не замечено - тоесть на низких чатотах добротность примерно таже, что и на высоких. И пропорциональная зависимость потерь от частоты прослеживается.

[khach]

Кроме того, уважаемый l1l1l1 упомянул версию с фоторезистом...

Плохая фотолитография иногда дает дикие потери из=за микронеровностей края дорожки. Проверка простая- отезать край скальпелем и повториь измерения.

[Zadorik]

В продолжение темы с иммерсионным золотом. Эту тему мы уже многократно обсуждали в этом форуме.
Золото - зло. Под ним лежит 6-8 микрон никеля, золота совсем немного и толщина его слоя не контролируется, от 0,1 до 0,5. Часть тока попадает в никель, у которого большое сопротивление. Отсюда потери. Причем, так как слой золота от платы к плате разный по толщине, то и потери будет разными. Используйте серебро.

Спрашивали про 4 гига. Запросто может быть ответом. Скин-слой большой.

[EUrry]

Используйте серебро.

А с серебром не бывает проблем? При образовании водяной тонкой пленки на плате (что, в принципе всегда возможно) серебро начинает мигрировать под действием постоянного напряжения вплоть до КЗ. Это еще в старых книгах описано. Серебро с точки зрения миграции вообще гадкий металл.

[Zadorik]

А с серебром не бывает проблем? При образовании водяной тонкой пленки на плате (что, в принципе всегда возможно) серебро начинает мигрировать под действием постоянного напряжения вплоть до КЗ. Это еще в старых книгах описано. Серебро с точки зрения миграции вообще гадкий металл.

Да, я слышал о таком, но технологи по производству ПП говорят, что современные добавки эту проблему решили.

[rloc]

В продолжение темы с иммерсионным золотом. Эту тему мы уже многократно обсуждали в этом форуме.
Золото - зло. Под ним лежит 6-8 микрон никеля, золота совсем немного и толщина его слоя не контролируется, от 0,1 до 0,5. Часть тока попадает в никель, у которого большое сопротивление. Отсюда потери. Причем, так как слой золота от платы к плате разный по толщине, то и потери будет разными. Используйте серебро.

Спрашивали про 4 гига. Запросто может быть ответом. Скин-слой большой.

Для 1 ГГц скин-слой составляет примерно 2 мкм, для 10 ГГц - примерно 0.7 мкм. С учетом того, что бОльшая часть поля сосредоточенна в диэлектрике (с нижней стороны полоска), то даже толщины меди в 18 мкм должно быть достаточно, чтобы никель не оказывал существенного влияния. В худшем случае можно ожидать, что медь не совсем чистая, точнее она должна быть очень грязной, поскольку степень влияния диэлектрических потерь и удельной проводимости для RO4003 примерно одинаковы.

[Filippov]

Покрытие золото/серебро имеет большое значение для фильтров на связанных линиях на частотах до 10ГГц (выше этих частот - не замечал ухудшений коэф передачи фильтров). На обычных полосках разницы большой я не замечал...

[Zadorik]

Для 1 ГГц скин-слой составляет примерно 2 мкм, для 10 ГГц - примерно 0.7 мкм. С учетом того, что бОльшая часть поля сосредоточенна в диэлектрике (с нижней стороны полоска), то даже толщины меди в 18 мкм должно быть достаточно, чтобы никель не оказывал существенного влияния.

В учебниках конечно так и пишут, но в жизни все не совсем так.
Можно набрать эту несложную структуру в HFSS и убедиться.
Мы много плат выкинули из-за этого фокуса. Толщина слоя золота не контролируется, а насколько скин-слой попал в никель - влияние на потери существенное, каждые 0,1 мкм важны.
С одной партии можно получить платы с совершенно разными коэффициентами передачи (как амплитуда, так и фаза). И это не пространные рассуждения, все это выстрадано)

Сообщение отредактировал Zadorik - Aug 24 2014, 12:30

[rloc]

насколько скин-слой попал в никель - влияние на потери существенное, каждые 0,1 мкм важны.

Промоделировал в MWO на частоте 4 ГГц - заметного влияния при толщине никеля 5 мкм и меди 18/35 мкм не заметил, существенное падение добротности (2 раза) было при толщине меди 5 мкм. Моделировал на полуволновом полосковом резонаторе со слабой связью с зондом, связь при каждом эксперименте подстраивал до одного уровня.

[EUrry]

Промоделировал в MWO на частоте 4 ГГц - заметного влияния при толщине никеля 5 мкм и меди 18/35 мкм...

Уже чисто ради интереса... На высокодиэлектрической подложке поле-то точно в основном под полоском, а вот с роджером этим всё-таки... Вы никель как задавали? Учитывали магнитную проницаемость?

[rloc]

Вы никель как задавали? Учитывали магнитную проницаемость?

Да, про магнитную забыл. А задавал так: медь 18 мкм - диэлектрик 0.1 мкм - никель 5 мкм. За счет малой толщины прослойки два металла по высокой частоте работают как единое целое, волновое сопротивление пренебрежимо мало.

Updated.
Добавил магнитную проницаемость для никеля mu=40 - ничего не изменилось. Таким образом, по результатам моделирования в MWO (за 100% достоверность не ручаюсь, надо проверять в других программах), на 4 ГГц потери за счет удельных потерь в скин-слое начинают расти примерно с 5 мкм, причем достаточно резко. С мелкой дискретизацией по толщине проверять тоскливо, мне хватило шага 35 - 18 - 10 - 5 мкм. Согласен, 5 мкм - это несколько больше, чем получается по формуле из Википедии - порядка 1 мкм, но еще далеко до 18 мкм. А почему стал проверять - было много плат с разными покрытиями - золото, олово, серебро, и не замечал существенных отклонений по потерям. Пока для себя отметил - слой никеля не нормируется и достаточно сильно влияет на смещение по частоте и краевую связь с другими полосками, поэтому по возможности его нужно исключать. Возможно на некоторых моих полосковых фильтрах смещение по частоте было из-за никеля, а я думал на диэлектрик.

Updated2.
В процессе моделирования заметил сильную зависимость от шага сетки (мэширования). В предыдущем эксперименте шаг сетки был 5 мкм, потом задал 3.3 мкм (для меня предел по памяти) и получил меньшие потери с медью толщиной 5 мкм. Вероятно скин-слой тоньше 5 мкм на 4 ГГц.

[Zadorik]

Да, про магнитную забыл. А задавал так: медь 18 мкм - диэлектрик 0.1 мкм - никель 5 мкм. За счет малой толщины прослойки два металла по высокой частоте работают как единое целое, волновое сопротивление пренебрежимо мало.

Updated.
Добавил магнитную проницаемость для никеля mu=40 - ничего не изменилось. Таким образом, по результатам моделирования в MWO (за 100% достоверность не ручаюсь, надо проверять в других программах), на 4 ГГц потери за счет удельных потерь в скин-слое начинают расти примерно с 5 мкм, причем достаточно резко. С мелкой дискретизацией по толщине проверять тоскливо, мне хватило шага 35 - 18 - 10 - 5 мкм. Согласен, 5 мкм - это несколько больше, чем получается по формуле из Википедии - порядка 1 мкм, но еще далеко до 18 мкм. А почему стал проверять - было много плат с разными покрытиями - золото, олово, серебро, и не замечал существенных отклонений по потерям. Пока для себя отметил - слой никеля не нормируется и достаточно сильно влияет на смещение по частоте и краевую связь с другими полосками, поэтому по возможности его нужно исключать. Возможно на некоторых моих полосковых фильтрах смещение по частоте было из-за никеля, а я думал на диэлектрик.

Updated2.
В процессе моделирования заметил сильную зависимость от шага сетки (мэширования). В предыдущем эксперименте шаг сетки был 5 мкм, потом задал 3.3 мкм (для меня предел по памяти) и получил меньшие потери с медью толщиной 5 мкм. Вероятно скин-слой тоньше 5 мкм на 4 ГГц.

Кажется, моделирование в 2,5D не очень уместно в данном случае. Нужен HFSS. А скин-слой на 4 ГГц в районе микрона.

[rloc]

Значит Википедия не врет и платы можно спокойно покрывать никелем?

[MePavel]

Да, про магнитную забыл. А задавал так: медь 18 мкм - диэлектрик 0.1 мкм - никель 5 мкм. За счет малой толщины прослойки два металла по высокой частоте работают как единое целое, волновое сопротивление пренебрежимо мало.

Вы не могли бы выложить файл проекта в MWO?