Добавление покрытия для полосковых линий в ADS. Опции

[robsun]

Доброго дня всем!
Спроектировал малошумящий усилитель мощностью 2Вт. Частота работы 1270 МГц, полоса 8МГц. Все бы хорошо, но возникла задача залить печатную плату эпоксидным клеем (для устойчивости к вибрационным нагрузкам). В качестве топологии для полосковых линий выбрал компланарную (COPLANAR WAVEGUIDE или компланарный волновод).



Хотел бы сразу отметить, что усилитель без заливки клеем (когда внешняя среда воздух с диэлектрич. проницаемостью E=1) согласован отлично и работает. Но что будет когда плата будет залита клеем с другой диэлектрической проницаемостью? И как это промоделировать в программе ADS? Я начал с того, что создал в программе новый проект, в котором отобразил следующую схемку.



Как видно из схемы источник сигнала 50 Ом и нагрузка 50 Ом соединены 50Омной полосковой линией. Далее в процессе моделирования я прогнал сигнал от 1Мгц до 3ГГц.



Как видно из результатов моделирования нагрузка идеально согласована с источником.

Вопрос состоит в том как теперь в этой простой схеме учесть внешнее покрытие?[/size]

[Sokrat]

Конкретно по моделированию не скажу, но из практики: у нас на производстве СВЧ платы покрывают лаком АК-113. Так вот параметры после покрытия данным лаком не уходят вообще. Уточню: регулировщик регулирует устройство накаткой индия, подстройкой смещения и т.д. и т.п. После регулировки плату покрывают указанным выше лаком. После сушки смотрят параметры. Они остаются такими же как до покрытия. Частоты от 100 МГц до 3 ГГц.

[khach]

Уточню: регулировщик регулирует устройство накаткой индия,

Хороший регулировщик настраивает устройстов с учетом покрытием лаком. Т,е в процессе настройки параметры смещены по частоте и коэффициентам связи, а после покрытия и сушки получается тютелька в тютельку со спецификацией. Вот толко после смены партии лака или его густоты регулировщики "расстраивались" и переставали попадать. Это все конечно относится к древнесоветскому военному техпроцессу СВЧ, сейчас предпочитают модуля герметизировать целиком. Или закатывать фильтр во внутренние слои многослойной платы.

[serega_sh____]

Конкретно по моделированию не скажу, но из практики: у нас на производстве СВЧ платы покрывают лаком АК-113. Так вот параметры после покрытия данным лаком не уходят вообще. Уточню: регулировщик регулирует устройство накаткой индия, подстройкой смещения и т.д. и т.п. После регулировки плату покрывают указанным выше лаком. После сушки смотрят параметры. Они остаются такими же как до покрытия. Частоты от 100 МГц до 3 ГГц.

надеюсь незабанят за оффтоп

у Вас слой ак-113 тонкий.
Если мы герметизируем виксинтом (силиконка) толщиной пару ММ, то всё плывет (умножители, фильтры, цепи согласования). После покрытия ВСЁ повторно проверяется и регулируется!!! И как правильно говорит khach в этом деле мастерство регулировщика как раз и проявляется.

[khach]

у Вас слой ак-113 тонкий.

Поняте "тонкий слой" еще и от рабочей частоты сильно зависит. Что на 1 ГГц тонкое, то на 8 ГГц уже совсем не тонкое, а про 24 уж молчу.

[Sokrat]

Поняте "тонкий слой" еще и от рабочей частоты сильно зависит. Что на 1 ГГц тонкое, то на 8 ГГц уже совсем не тонкое, а про 24 уж молчу.

khach ну я же не зря в своём посте указал, что у нас от 100 МГц до 3 ГГц. И robsun в первом посте ясно написал 1270 МГц, а Вы про какие-то 8 и 24 ГГц упоминаете. Надо давать советы,как мне кажется, исходя из вопроса. А с таким подходом можно и к квантовой теории перейти или ещё куда...

[khach]

что у нас от 100 МГц до 3 ГГц.

Ну 24 ГГу это действитель на уши притянуто было, извиняюсь, а вот про более высокие частоты относительно базовой обязательно надо подумать, т.к там паразитные полосы пропускания фильтра лежат. Так при залачивании они изменялись неадекватно относительно праметров на основной частоте. Как раз из за эффектов относительности толщины лакового слоя от частоты. В реале пришлось ФНЧ добавить последовательно с полосовиком чтобы зарезать паразитную полосу.

[Hale]

Но что будет когда плата будет залита клеем с другой диэлектрической проницаемостью?

вестимо, импеданс изменится в соответствие с изменением ε1eff=(ε1+1)/2 → ε1eff=(ε1+ε2)/2 при малых ε1. Т.е. подрастет шунтирующая емкость, упадет импеданс. А вот при ε1>10 будет почти незаметно. Соответственно, в грубом приближении проницаемость подложки можно подогнать из этих соображений. (если программа вообще не учитывает верхний диэлектрик, то компенсировать нижним).
А эпоксидочка со временем проницаемость менять не будет? А влагу впитывать? А то получится поглотитель. Заливать бы надо гидрофобными однокомпонентными полимерами.

На самом деле будет чуть хуже, потому что полосок толстый и подложка доходит только до его грани. А вот эпоксидка зальет пространство между гранями, и ее влияние станет велико.

Конкретно по моделированию не скажу, но из практики: у нас на производстве СВЧ платы покрывают лаком АК-113. Так вот параметры после покрытия данным лаком не уходят вообще. Уточню: регулировщик регулирует устройство накаткой индия, подстройкой смещения и т.д. и т.п. После регулировки плату покрывают указанным выше лаком. После сушки смотрят параметры. Они остаются такими же как до покрытия. Частоты от 100 МГц до 3 ГГц.

Акрил - проницаемость от 2 до 3.
Подложка около того.
Вывод: если параметры не уходят, значит у вас микрополосковая линия, в которой почти все поле сосредоточено в подложке.

у Вас слой ак-113 тонкий.

в случае копланара это имеет меньшее значение, т.к. зальет слоты между металлом, где поле. В случае микрополоска диэлектрик сверху будет захватывать "окантовочное" поле и втягивать внутрь, сколько хватит толщины, но в только пределах "окантиовочного" поля. Т.е. для широких низкоимпедансных линий это не имеет значения, для тонких высокоимпедансных, очень даже. Особенно если сверху будет металлическая крышка, такая изоляция может неожиданно стать источником гибридной моды, гуляющей в корпусе. С такими вопросами легко справляется HFSS.

[Sokrat]

Акрил - проницаемость от 2 до 3.
Подложка около того.
Вывод: если параметры не уходят, значит у вас микрополосковая линия, в которой почти все поле сосредоточено в подложке.

Спасибо за развёрнутое пояснение. Только подложка 9.8 и, в основном, микрополосок. Поэтому, как Вы ранее пояснили, может и влияние не замечаем.

[robsun]

А эпоксидочка со временем проницаемость менять не будет? А влагу впитывать? А то получится поглотитель. Заливать бы надо гидрофобными однокомпонентными полимерами.

Этот вопрос как раз решается - чем именно будем заливать. На самом деле хочу сказать, что все полосковые линии у меня на плате открыты от маски. В связи с этим, некоторые товарищи советуют закрыть полосковую линию маской с более-менее равномерной диэлектрической проницаемостью (поскольку это контролируется на производстве, например РЕЗОНИТ утверждает, что паяльная маска имеется проницаемость 3.5), после чего покрыть плату материалом со схожей диэлектрической проницаемостью. В программе "Polar" я прикинул, что при копланарной топологии для 6-слойной платы с препрегом 0,15мм, влияние внешнего покрытия заметно до толщины покрытия 0,5мм, а свыше 0,5мм влияние практически пропадает.



По поводу влаги это очень интересный момент - однако пока что никто этим не заморачивается. Другое дело - как добиться покрытия с равномерной диэлектрической проницаемостью (с учетом того, что свыше 0,5мм на неравномерность толщины можно закрыть глаза)?

вестимо, импеданс изменится в соответствие с изменением ε1eff=(ε1+1)/2 → ε1eff=(ε1+ε2)/2 при малых ε1. Т.е. подрастет шунтирующая емкость, упадет импеданс. А вот при ε1>10 будет почти незаметно. Соответственно, в грубом приближении проницаемость подложки можно подогнать из этих соображений. (если программа вообще не учитывает верхний диэлектрик, то компенсировать нижним).

Тоже хорошая идея. Скажите мне как не специалисту в этой области - я правильно понимаю, что если подложка будет иметь диэлектрическую проницаемость много большую, чем диэлектрическая проницаемость внешней среды (заливаемый материал), то можно смело заливать плату этой средой, не переживая о равномерности толщины и равномерности диэлектрической проницаемости по всей толщине?

На самом деле будет чуть хуже, потому что полосок толстый и подложка доходит только до его грани. А вот эпоксидка зальет пространство между гранями, и ее влияние станет велико.

Можете пояснить этот момент? Я не совсем понял о чем речь.

Конкретно по моделированию не скажу, но из практики: у нас на производстве СВЧ платы покрывают лаком АК-113. Так вот параметры после покрытия данным лаком не уходят вообще. Уточню: регулировщик регулирует устройство накаткой индия, подстройкой смещения и т.д. и т.п. После регулировки плату покрывают указанным выше лаком. После сушки смотрят параметры. Они остаются такими же как до покрытия. Частоты от 100 МГц до 3 ГГц.

Спасибо за ответ! А Вы не подскажите коэффициент диэлектрической проницаемости и тангенс угла диэлектрических потерь для этого лака.? В интернете не смог найти ответ а на форумах все пишут по-разному.

[Hale]

влияние внешнего покрытия заметно до толщины покрытия 0,5мм, а свыше 0,5мм влияние практически пропадает.

Мне тоже кажется что поле сильно в диэлектрики с низкой проницаемостью не выпирает. И Резонит правильно советует - чем равномернее и устойчивее, тем лучше. Ведь если будет неравномерно, нарушится симметрия линии.
Только оценить эффективную проницаемость бутерброда без HFSS будет еще сложнее. Еще не забывайте, что эффективная толщина покрытия также будет зивисеть от толщины металлического слоя и типа травления/фрезеровки (сечения канавки).
Еще, когда я линии на феррит перессовал в кустарных условиях, были неприятные эффекты, которые я (при помощи HFSS) мог объяснить как "растекание" поля по интерфейсной прослойке низкого ε... например если попадет воздух, или у маски ε окажется заметно ниже чем у верхнего слоя. Принеприятнейший эффект, ограничивающий применение копланаров по функциональным керамикам, требующий прямого осаждения металла на керамику под травление. Дорого и неудобно в прототипировании. Я бы сказал, что вообще сложно найти лаборатории, способные чисто без интерфейсов осадить медь на керамику.

[Sokrat]

Спасибо за ответ! А Вы не подскажите коэффициент диэлектрической проницаемости и тангенс угла диэлектрических потерь для этого лака.? В интернете не смог найти ответ а на форумах все пишут по-разному.

Не подскажу, потому что не знаю. Но он на основе полиакрила. А Hale в своём посте подсказывает "Акрил - проницаемость от 2 до 3". Попробуйте у производителей поинтересоваться. Я никогда этим не интересовался, потому как когда пришёл на производство, этим лаком уже "сто лет" как покрывали. Научили, показали, характеристики не меняются, а дальше уже по "накатанной". Кстати, была уже подобная тема http://electronix.ru/forum/lofiversion/index.php/t27421.html

[Hale]

я правильно понимаю, что если подложка будет иметь диэлектрическую проницаемость много большую, чем диэлектрическая проницаемость внешней среды (заливаемый материал), то можно смело заливать плату этой средой

ну, я тоже не технолог, а экспериментатор. но судя по всему именно так. поле практически все втягивается в толщу материала с высоким ε. Просто надо помнить, что паста попадет в паз между полосками, и там ее влияние сильнее всего. (это как ответ на ваш следующий вопрос).
В принципе, для простых структур диэлектрик-металл-диэлектрик можно в доступной литературе найти теоретические выкладки β и C (Z) в эллиптических интегралах. Можете в Матлаб, или Октаву вбить и посмотреть. Сложности с экранированными линиями, многослойными структурами, учетом толщины полосок, а также с расчетом эквивалентных послед. конденсаторов на копланаре.

P.S. как вы наверное уже поняли, надо избегать интерфейсных металлов, Никель там, Хром, или что еще используют, из-за их электропроводности. В крайнем случае, стараться, чтобы интерфейс был на стороне малого ε.