Добрый день.

Подскажите пожалуйста, на что влияет толщина металлизации печатных плат в микрополосковой линии (надежность, теплоустойчивость и т.д.)?
По расчету в программах типа TXLINE на электрические свойства почти не влияет.

Точность изготовления будет хуже при более толстой металлизации.

Толщина металлизации печатных плат в микрополосковой линии существенно может влиять на парамтры линии на высоких частотах выше 2-3 Ггц. Причина физика процесса распространения эмв - скин эффект. Если микрополосковые линии на верхнем/нижнем слое платы, тогда при метализации в этих слоях наращивается медь. К примеру, если у вас выбрана фольга в 18 микрон в этих слоях, то наращивается еще ~20...30 микрон сверху. Но нарощенная медь имеет худшие электрические параметры в сравнении с катаной медной фольгой. По этой причине многие уводят во внутренние слои микрополоски.

Не понял зачем надо наращивать металлизацию поверх катаной фольги? Толщина скин слоя в меди на 3 ГГц порядка 1 мкм. А медь обычно покрывается иммерсионным золотом или ПОС-61.

Почитайте про технологию метализации плат, можно и погуглить если умеете и знаете как. Металлизация top/bottom поверх катаной фольги делается из-за переходных сквозных, а как иначе? Вот верхний микронный слой и есть проблемный из-за своей поверхности. А медь покрывается маской вначале, под маской никто обычно не покрывает ENIGом, ПОСом. Это потом. И ENIG еще хуже для микрополоска, так как там на медь наращивают вначале никель, а затем десятые, сотые доли микрона Au.

Ток ведь течет в скин слое по внутренним поверхностям медной катаной фольги (со стороны диэлектрика). Какая разница, что там выше? То о чем вы говорите,мне кажется, имеет смысл делать надостаточно низких частотах. В моем случае используются частоты 0,8 - 3 ГГц.
А мой превоначальный вопрос как раз заключается в том, на что влияет толщина катаной медной фольги. На платах известных фирм (Rogers, Arlon), как правило, используется два варианта толщин данной фольги: 18 и 35 мкм.

Вы определитесь вначале, а то сперва метализация, затем ... толщина катаной медной фольги. Да и ток течет в скин слое по всей поверхности а не только по внутренним поверхностям. Если выбор для микрополоска между толщиной фольги 18 или 35 мкм. То все считается неплохо на колькуляторе, например Si8000, Si9000.

Расчёт в симуляторе HFSS при увеличении толщины линии с 0.018 до 0.035 мм показывает уменьшение волнового сопротивления линии примерно на 0.1%(линия 50 Ом)

Тут все просто. Первое, в микрополосковых линиях толщина меди 18 мкм или 35 мкм ни на что не влияет, ни на 50 Ом, ни на потери.
разница доли процента.

Но медь имеет свойство окисляться и чтобы защитить ее от окисления плату покрывают финишным покрытием. Несколько вариантов, оловом, иммерсионным серебром или иммерсионное золото. Без финишного покрытия платы не делают.

И здесь начинается интересное. До 2 ГГц в принципе все равно какое финишное покрытие. А вот после 2 Гц становится критично и чем выше частота тем сильнее влияние финишного покрытия. Олово и золото дают большие потери на высоких частотах. Олово потому что проводимость хуже чем у меди, а золото, потому что наносится на подслой никеля. ну то есть сначала 5 мкм никеля, а затем 0.1 мкм золото. А никель очень плохо для проводимости.

Это вам и пытались объяснить.

На самом деле до 3 ГГц можно не парится с толщиной и финишным покрытием платы.

Ах да, чем толще медь тем микрополосковая линия сильнее отличается от прямоугольника. Любой проводник из-за неравномерности протрава имеет трапецеидальный вид. На самом деле это все сказывается на высоких частотах (выше 4 ГГц) при расчетах фильтров. А при расчете 50 ОМ линия скажется слабо 0.1-1 % погрешности.

И кстати, ток в микрополосковой лини течет по всей поверхности. Это заблуждение, что весь ток течет по поверхности меди над диэлектриком. Поле, если посчитать в НFSS распространяется не только в диэлектрике, но и в воздухе над проводником.

Мое ИМХО тоже, чем толще микрополосок (35 мкм > 18 мкм), тем сильнее влияет подтрав краев микрополоска. При желании ЭТО надо учитывать.
Ну, и конечно, от тока который течет по проводнику. При этом надо брать не 1 толщину скин слоя, а 3...4 толщины!


Здесь можно поспорить!
Основная концентрация поля между "землёй" и нижней стороной микрополоска. Там и тока течет больше. Верхняя сторона микрополоска будет влиять только на потери. А т.к. там ток гораздо меньше, то и потери будут меньше (можно не учитывать).
Только у меня остается вопрос, "нафиг" покрывать микрополосок серебром-золотом, если ток течет по внутренней стороне микрополоска?
Только для красоты!

Варианты: для Заказчика; чтобы потом паять что-то сверху было легче через N-лет; ......

А реально, можно в НFSS и т.д. "поиграться" с разными покрытиями и посмотреть.
Все Калькуляторы считают по эмпирическим формулам, которые экспериментально были выведены в прошлом веке. Думаю, что с покрытием там сильно не заморачивались. Покрытие брали которое теоретически считали лучшим.

Вопрос только в том, теоретически лучшее для чего) Для паяемости, для техпроцесса нанесения, для свч? Факторов куча...

Думаю таки заблуждаетесь. На нижней стороне микрополоска тока не течет больше. С чего бы? Из-за концентрации силовых линий эм поля, нет. Если считать как вы, то получается, что по нижней стороне микрополоска, там где эпсилон под ~4, скорость распростанения должна быть ниже почти в два раза, чем на поверхности. Чего не наблюдаем. Диэлектрик вытакливает протекание тока на границу раздела, там где эпсилон минимальный. Как думаете (если не знаете, загуглите для ликбеза) почему требуют соблюдать жоще правила 3W на топ/боттоме для микрополосков, чем на внутренних слоях платы? Да и просто поиграйтесь с калькуляторами Si8000, Si9000 увидите разницу для микрополоска для внутренних слоёв, внешних слоёв. Там в расчете два эпсилона для внешнего слоя, для внутренних один.

Если провести моделирование полоска в HFSS и вывести картину магнитуды поверхностных токов. То видно что на внутренней стороне полоска величина магнитуды примерно на порядок больше, чем на внешней стороне полоска. На внешней стороне токи сосредоточены только на краях линии.

HFSS, CST, MWO и в других моделировщиках можно "накрутить" все что захочется против физики. Поясните на каком микрополоске и как делали настройку скин эффекта, на каких частотах, с каким мешем, каким солвером считали и тд. Да и выложите посмотреть сам файл, то что моделировали.

Вот, это и наблюдаем. Укорочение длины волны в соответствии с эффективной диэлектрической проницаемостью (но не в 4,3 раза).
И, я всегда считал, что диэлектрик не "выталкивает", а "втягивает". А, то бы у меня микроволновка на кухне не работала бы как надо. :-)

А, "Там в расчете два эпсилона для внешнего слоя, для внутренних один."
Потому что, внутри полосковая линия - в расчете эпсилон диэлектрика =4, а на внешних сторонах уже микрополосковая линия - два диэлектрика =1 и =4.

Ну, что uve нет результата от тебя. Все же думаю некорректно тобой написано! Сам прикинь примеры. Да и HFSS по классике считает, игнорируя Макса. Как такое возможно прокинуть скин-эффект, игнорнуть уважаемого Планка! ... Магнитуды примерно на порядок больше. И что с того порядка магнитуд толку? С чего это вдруг Ом-Максвел-Планковскому току течь неравноверно, притягиваясь примерно на порядок больше ко внутренней стороне с эпсилон около 4 единиц? uve Физика вас не понимает.


Мимо кассы, математику и физику процесса ликбезируйте. Примерно корень из эпсилон падение скорости в диэлектрике потив воздуха (вакуума). То есть в среде при эпсилон 4 единицы скорость распространения эмв падвет в два раза. Или длина волны в такой среде сокращается вдвое. Ну почитайте классику Тамма! Как это среда с торможением может "втягивать"!? Отвлеченная аналогия - вы же пробегая вдоль реки не бросатетесь в воду, чтобы быстрее доплыть зафиксированную дистанцию. Пробежать зафиксированную дистанцию получится быстрее чем плыть! Или у вас все по другому? При чём тут микроволновка? Мы тут про физику распространения эмв в микрополоске, а не по вашу ши...ю!

Уели, уели! А я этого не знал! Буду учить матчасть!


Я всегда думал, где больше мощности, там и больше тока-напряжения. А у вас наоборот - основная мощность внутри курицы, а основной ток течет по стенкам камеры микроволновки.
Причем тут скорость? Какая связь связь между мощность и скоростью распространения?
Если только посмотреть на автотранспорт. Здесь да, больше мощность - больше возможная скорость.
:-)

И тут облом у вас с пониманием. Чем меньше сопротивление ( у серебра на ВЧ меньше, чем у тех вами написаных материалов), тем проводимость лучше, сопротивление ниже. По правилу Кихгофа там и ток течёт больший. Базы у вас никакой с таким написанием!


Энтропия, энтропия это все, ... Природа всегда стремится к минимуму энерго затрат в отличие от нас гомо-сапиенсов.

Добрый день, Aner. Сразу не ответил - работы много. Я всегда считал, что в HFSS в расчёте программы учтён скин-эффект, поэтому никаких установок по этому вопросу не делал. Рассчитал в HFSS , изготовил и отстроил на приборах не одну сотню антенн. С измерениями расчёты сходятся не плохо. Не думаю, что не следует доверять расчётам в этой проге. Полосок в HFSS Вам не составит труда смоделировать самому. Посмотрите на скринах вид полоска с поверхностными токами на частоте 868 MHz: ( FR4 не видим,как и Ground, это симметричная половина полоска - пл. симм. XZ)Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла

Господа, моделирование это конечно хорошо. Но из опыта. Если промерять 50 Ом микрополосок до частоты 18 ГГц, то покрытый полосок иммерсионным серебром, на частоте 18 ГГц даст меньше потерь на 1.5-2.5 дб ( а то и больше, уже не помню) , чем покрытый иммерсионным золотом. А в расчетах фильтров выше 4 ГГц вообще даст разные АЧХ.
По этому поводу есть разные статьи. Если дойдут руки, то выложу ссылку или название.

Если можно подробнее про покрытия применительно к полосковым фильтрам выше 4 ГГц.
Спасибо

Подробнее. В свое время рассчитывал фильтр широкополосный 4-8 ГГц. Рассчитал в HFSS, вырезали мне макет на лазерном станке, точности плохие, но все же я его промерил, смотрю очень похоже на то что насчитал. Заказываю платы в резоните с иммерсионным золочением. Промеряю их и вижу во-первых, перепад АЧХ от 4 до 8 ГГц 3 дб, против 1.5 дб в макете. И АЧХ имеет не ровную линию в полосе, а какая то изрезанная, в полосе пропускание АЧХ прыгает 2-3 дб (такое ощущение, что какие то резонансы не понятные в полосе), чего на макете не было. Ну решил я, что фильтр этот сделать не смогу. Через год натыкаюсь на статью, где сравниваются полоски с разным покрытием. И о боже, вижу, что потери на золоте больше, более того на микрополоске в районе 4 Гц есть еще какой-то резонансик не большой. Ну то есть идет s21 ровненькой линией и тут оп увеличение потерь на 1 дб, а затем опять восстанавливается и также идет ровненькой линией.
Я тогда беру свой фильтр, заказываю платку на иммерсионном серебре и все сходится с расчетом. Более того закладываю в HFSS над медью слой никеля 5 мкм и фильтр на золоте, который я промерял раньше, полностью совпадает с расчетом.

Ну и конечно, это критично для широкополосных фильтров, для узкополосных при разных покрытиях вы разныу АЧХ не получите, просто потери больше будут на золдоте.

А не подскажите как в HFSS такой тонкий слой никеля закладывать по сравнению с другими крупными объектами? И как правильно задавать сетку в нем?

Добрый день uve! В HFSS да и в других считалках в расчёте не учтён скин-эффект и еще много других квантовых эффктов, там же Максвелловская классика на "эмпирике" только. Для того там эти различные "меши" и нужны при расчетах.

Если он не учитывает скин-эффект, как же он может посчитать потери в металле и КПД антенны?

На сколько я знаю, в HFSS по умолчанию поля (как следствие, и скин-эффект) в проводниках не рассчитывается (расчет скин слоя ведется по формулам, не считая поле внутри проводника). Однако поля в проводнике можно считать для более точного расчета скин-слоя, задав в свойствах материалов "solve inside".

Я рассуждал по другому: раз есть расчёт параметра Gain, значит должен быть и расчёт потерь. А значит есть и учёт толщины слоя металла по которому протекает ВЧ ток.

КПД считает приблизительно, по разному, иногда неверно. Особенно заметно, если ошибиться при настройках сетки. КПД расчетное так себе, оно реальное только при съеме в камере.
Потери в металле по формулам, классика же, алгебра, тригонометрия, интеграллы, дифуры.


Там давно уж как квантовая физика обяснила все процессы, классика не в силах. Для большинства инженерных расчетов достаточно классического подхода, но проблемы есть.

Доброго дня. А если покрывать не иммерсионным золотом, а гальваническим?

Гальваника много хуже. Еcть даже аналогия - это как на стену из кирпичей накидать снежков. Получается "рыхость", другие параметры плотности, проводимости получите. К примеру у тех же ВЧ материалов от Rogers, Arlon и др медная фольга иная более катаная, уплотненная в сравнении с тем же фольгированным FR-4.

Гальваническим хуже.
А про скин слой в HFSS, честно говоря ничего не знаю. Просто поверх медного полоска толщиной 18 мкм рисовал никель 5 мкм и на автоматической сетке считал. Правда точность ставил что-то типа 0.001, короче сетка была порядка 500-900 тыс. тетрайдеров. Фильтр считался долго.

Все, что надо выяснил (и даже больше). Спасибо всем за помощь!