Hoe om te gaan met aarding in hoogfrequent ontwerpen

Hoogfrequent ontwerpen moeten het probleem van aarding aanpakken. Er zijn verschillende zaken die aangepakt moeten worden als het gaat om aarding. Dit zijn onder andere de impedantie van aardingsgeleiders en aardingsverbindingen, DC-paden die laagfrequente signalen domineren en eenpuntsaarding.

Impedantie van aardingsgeleiders

De aardelektrode van een typisch geaard elektrisch systeem staat parallel met de aardstaven aan de lijnzijde van de service, transformatoren en palen. De te testen staaf is verbonden met de aardelektrode. De equivalente weerstand van de aardstaven aan de lijnzijde is verwaarloosbaar.

Een eenpuntsaardingsmethode is acceptabel voor frequenties onder één MHz, maar is minder wenselijk voor hoge frequenties. Een eenpuntsaardingskabel zal de aardingsimpedantie verhogen als gevolg van draadinductantie en spoorcapaciteit, terwijl zwerfcapaciteit onbedoelde aardretourpaden zal creëren. Voor hoogfrequente circuits is meerpuntsaarding noodzakelijk. Deze methode creëert echter aardlussen die gevoelig zijn voor magnetische veldinductie. Daarom is het belangrijk om hybride aardlussen te vermijden, vooral als het circuit gevoelige componenten bevat.

Aardingsruis kan een groot probleem zijn in hoogfrequente schakelingen, vooral wanneer de schakelingen grote variërende stromen uit de voeding trekken. Deze stroom vloeit in de common-ground retour en veroorzaakt foutspanning, of DV. Deze varieert met de frequentie van de schakeling.

Impedantie van verbindingsgeleiders

In het ideale geval is de weerstand van verbindingsgeleiders minder dan één milli-ohm. Bij hogere frequenties is het gedrag van een verbindingsgeleider echter complexer. Hij kan parasitaire effecten en restcapaciteit parallel vertonen. In dit geval wordt de verbindingsgeleider een parallel resonantiekring. De geleider kan ook een hoge weerstand vertonen door het skin-effect, dat is de stroom die door het buitenoppervlak van de geleider loopt.

Een typisch voorbeeld van een geleide interferentiekoppeling is een motor- of schakelcircuit dat gevoed wordt door een microprocessor met een aardingsretour. In deze situatie is de impedantie van de aardgeleider hoger dan de werkfrequentie en zal het circuit waarschijnlijk gaan resoneren. Daarom worden aardgeleiders meestal op meerdere punten verbonden, met verschillende lengtes.

DC-pad domineert voor laagfrequente signalen

Algemeen wordt aangenomen dat DC-pad dominantie voor laagfrequente signalen eenvoudiger te implementeren is dan hoogfrequente schakelingen. Deze methode heeft echter een aantal beperkingen, vooral bij geïntegreerde implementaties. Deze beperkingen zijn onder andere flikkerruis, DC stroomoffsets en grote tijdsconstanten. Bovendien gebruiken deze ontwerpen meestal grote weerstanden en condensatoren, die grote thermische ruis kunnen produceren.

Over het algemeen volgt de retourstroom van hoogfrequente signalen het pad met het minste lusoppervlak en de minste inductie. Dit betekent dat het grootste deel van de signaalstroom terugkeert op het vlak via een smal pad direct onder het signaalspoor.

Enkelpunt-aarding

Enkelpunt-aarding is een essentieel element in het beschermen van communicatiesites tegen bliksem. Naast effectieve aarding biedt deze techniek structurele bescherming tegen blikseminslag. Het is uitgebreid getest in bliksemgevoelige gebieden en heeft bewezen een effectieve methode te zijn. Maar eenpuntsaarding is niet de enige overweging.

Als het vermogensverschil tussen de circuits groot is, kan het niet praktisch zijn om een eenpuntsaarding in serie te gebruiken. De resulterende grote retourstroom kan interfereren met circuits met een laag vermogen. Als het vermogensverschil laag is, kan een parallel eenpuntsaardingssysteem worden gebruikt. Deze methode heeft echter veel nadelen. Naast het feit dat het inefficiënt is, vereist eenpuntsaarding een grotere hoeveelheid aarding en het verhoogt ook de aardingsimpedantie.

Enkelpunt-aardingssystemen worden over het algemeen gebruikt in ontwerpen voor lagere frequenties. Als de circuits echter op hoge frequenties worden gebruikt, kan een meerpuntsaardingssysteem een goede keuze zijn. De massaplaat van een hoogfrequent circuit moet gedeeld worden door twee of meer circuits. Dit verkleint de kans op magnetische lussen.

Stroomstoring

Vermogensstoringen kunnen de prestaties van een schakeling verslechteren en zelfs ernstige problemen met de signaalintegriteit veroorzaken. Daarom is het noodzakelijk om om te gaan met vermogensstoringen bij het ontwerpen van hoge frequenties. Gelukkig zijn er methoden om met deze problemen om te gaan. De volgende tips zullen je helpen om de hoeveelheid stroomstoringen in je hoogfrequent ontwerpen te verminderen.

Begrijp eerst hoe elektromagnetische interferentie optreedt. Er zijn twee hoofdtypen interferentie: continue en impulsinterferentie. Continue interferentie ontstaat door kunstmatige en natuurlijke bronnen. Beide soorten interferentie worden gekenmerkt door een koppelingsmechanisme en een respons. Impulsstoring daarentegen treedt intermitterend en binnen een korte tijd op.

5 belangrijkste oorzaken van schuimvorming op het koperplateren van een printplaat

Er zijn veel oorzaken van schuimvorming op de koperplaat van een printplaat. Sommige worden veroorzaakt door olie- of stofvervuiling, terwijl andere worden veroorzaakt door het kopersinkproces. Schuimvorming is een probleem bij elk koperplateerproces omdat het chemische oplossingen vereist die andere gebieden kunnen besmetten. Het kan ook optreden door een onjuiste lokale behandeling van het oppervlak van de printplaat.

Micro-etsen

Bij micro-etsen is de activiteit van het koperneerslag te sterk, waardoor poriën gaan lekken en blaasjes ontstaan. Het kan ook leiden tot slechte hechting en verslechtering van de coatingkwaliteit. Daarom is het verwijderen van deze onzuiverheden cruciaal om dit probleem te voorkomen.

Voordat het kopersubstraat wordt verkoperd, wordt het eerst gereinigd. Deze reinigingsstap is essentieel om onzuiverheden van het oppervlak te verwijderen en te zorgen voor een algehele bevochtiging van het oppervlak. Vervolgens wordt het substraat behandeld met een zuuroplossing om het koperoppervlak te conditioneren. Dit wordt gevolgd door de koperplateerstap.

Een andere oorzaak van schuimvorming is onjuiste reiniging na zuur ontvetten. Dit kan worden veroorzaakt door verkeerd reinigen na het ontvetten met zuur, een verkeerde instelling van het glansmiddel of een slechte temperatuur van de kopercilinder. Daarnaast kan onjuist reinigen leiden tot lichte oxidatie van het plaatoppervlak.

Oxidatie

Oxidatie veroorzaakt schuimvorming op de koperbeplating van de printplaat wanneer de koperfolie op de printplaat niet voldoende beschermd is tegen de effecten van oxidatie. Het probleem kan ontstaan door slechte hechting of oppervlakteruwheid. Het kan ook optreden als de koperfolie op de printplaat dun is en niet goed hecht aan het substraat van de printplaat.

Micro-etsen is een proces dat wordt gebruikt bij het verzinken van koper en het galvaniseren van patronen. Microetsen moet voorzichtig gebeuren om overmatige oxidatie te voorkomen. Overmatig etsen kan leiden tot de vorming van bellen rond de opening. Onvoldoende oxidatie kan leiden tot slechte hechting, schuimvorming en een gebrek aan bindkracht. Microetsen moet worden uitgevoerd tot een diepte van 1,5 tot twee micron voor de koperdepositie en 0,3 tot één micron voor het patroonplateerproces. Chemische analyse kan gebruikt worden om er zeker van te zijn dat de vereiste diepte bereikt is.

Substraatverwerking

Schuimvorming op de koperbeplating van de printplaat is een belangrijk kwaliteitsdefect dat kan worden veroorzaakt door slechte verwerking van het substraat. Dit probleem doet zich voor wanneer de koperfolie op het plaatoppervlak niet kan hechten aan het chemische koper door een slechte hechting. Hierdoor blaast de koperfolie op het plaatoppervlak. Dit resulteert in een ongelijkmatige kleur en zwarte en bruine oxidatie.

Het proces van verkoperen vereist het gebruik van zware koperregelaars. Deze chemische vloeibare middelen kunnen kruisbesmetting van de printplaat veroorzaken en resulteren in slechte behandelingseffecten. Bovendien kan het leiden tot ongelijke printplaatoppervlakken en een slechte hechting tussen de printplaat en de PCBA-assemblage.

Micro-erosie

Schuimvorming op het koperplateren van printplaten kan door twee belangrijke factoren veroorzaakt worden. De eerste is een onjuist koperplateerproces. Bij het verkoperen worden veel chemicaliën en organische oplosmiddelen gebruikt. Het behandelingsproces voor het verkoperen is ingewikkeld en de chemicaliën en oliën in het water dat voor het verkoperen wordt gebruikt, kunnen schadelijk zijn. Ze kunnen kruisbesmetting, ongelijke defecten en bindingsproblemen veroorzaken. Het water dat gebruikt wordt voor het koperplateerproces moet gecontroleerd worden en moet van goede kwaliteit zijn. Een ander belangrijk punt is de temperatuur bij het verkoperen. Deze heeft een grote invloed op het waseffect.

Micro-erosie treedt op wanneer water en zuurstof op de koperplaat worden opgelost. Het opgeloste water en de zuurstof uit het water veroorzaken een oxidatiereactie en vormen een chemische verbinding die ijzerhydroxide wordt genoemd. Het oxidatieproces resulteert in het vrijkomen van elektronen uit de koperplaat van de printplaat.

Gebrek aan kathodische polariteit

Schuimvorming op de koperbeplating van een printplaat is een veel voorkomend kwaliteitsdefect. Het proces dat gebruikt wordt voor de productie van de printplaat is complex en vereist zorgvuldig procesonderhoud. Het proces omvat chemische natte verwerking en plating en vereist een zorgvuldige analyse van de oorzaak en het gevolg van schuimvorming. Dit artikel beschrijft de oorzaken van schuimvorming op de koperplaat en wat er gedaan kan worden om het te voorkomen.

De pH-waarde van de plateringsoplossing is ook cruciaal, omdat die de kathodische stroomdichtheid bepaalt. Deze factor beïnvloedt de afzettingssnelheid en de kwaliteit van de coating. Een plateringsoplossing met een lagere pH zal resulteren in een grotere efficiëntie, terwijl een hogere pH zal resulteren in minder.