2 仿真分析

  2．1 仿真模型

  在三維電磁場仿真軟件HFSS中建立兩條耦合傳輸線及其他布線的仿真模型，5種不同的圓弧拐角結(jié)構(gòu)模型為：①內(nèi)直角結(jié)構(gòu)。②內(nèi)圓角結(jié)構(gòu)。③內(nèi)角鉆孔結(jié)構(gòu)。④內(nèi)角圓環(huán)銅堤結(jié)構(gòu)。⑤內(nèi)角線型銅堤結(jié)構(gòu)。如圖5所示。其中結(jié)構(gòu)①是未經(jīng)防撕裂處理的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)②～⑤都是為了防止FPC軟板拐角處撕裂，增強軟板強度的常見設(shè)計結(jié)構(gòu)。

  FPC軟板的結(jié)構(gòu)從上到下依次為銅印制線、粘結(jié)膠、聚酰亞胺薄膜、粘結(jié)膠和參考地，如圖6所示。銅印制線厚度T=70μm=2．756 mil，線寬W=20 mil，間距S=20 mil，兩段耦合線長L1=L2=220 mil。粘結(jié)膠的介電常數(shù)為εr=4．0，厚度為h=1．5 mil；聚酰亞胺基材的介電常數(shù)為εr=3．4，厚度為h=2 mil。

  2．2 不同結(jié)構(gòu)的S參數(shù)特性

  通過仿真，得到5種圓弧拐角模型的S參數(shù)頻域曲線，如圖7～圖10所示。

  從圖7中可以得出，引入銅堤對信號傳輸?shù)牟迦霌p耗影響很大。頻率為0～5 GHz時，如圖5所標出的5個結(jié)構(gòu)對信號傳輸?shù)挠绊憦男〉酱蟮捻樞蛞来螢棰佗邰冖茛?。頻率>4 GHz后，①②③的插入損耗比較接近，④⑤的插入損耗比較接近，但(①②③的插入損耗明顯偏小。

  截取頻率1．9～2．1 GHz的插入損耗進行比較，如圖8所示。在頻率為2 GHz時，與①相比，其中影響最小的結(jié)構(gòu)為③，由內(nèi)角鉆孔結(jié)構(gòu)減小的插入損耗為0．04 dB。而對信號傳輸影響最大的結(jié)構(gòu)為④，圓環(huán)銅堤結(jié)構(gòu)減小的插入損耗達0．25 dB。

  由圖7和圖8可知，對于傳輸線的插入損耗，防撕裂的②內(nèi)圓角結(jié)構(gòu)、③內(nèi)角鉆孔結(jié)構(gòu)、④內(nèi)角圓環(huán)銅堤結(jié)構(gòu)、⑤內(nèi)角線型銅堤結(jié)構(gòu)都比①內(nèi)直角結(jié)構(gòu)要好，說明引入防撕裂結(jié)構(gòu)對傳輸線的插入損耗是有益的。在FPC設(shè)計時，在考慮工藝能力，成本的前提下，為了得到較大的插入損耗，應(yīng)優(yōu)先考慮使用內(nèi)角鉆孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)角圓環(huán)銅堤結(jié)構(gòu)。

  從圖9中可以得出，圓弧拐角模型的近端串?dāng)_隨頻率增大而改變。頻率在0～3 GHz時，最好的方案是內(nèi)直角結(jié)構(gòu)，與最差方案內(nèi)角圓環(huán)銅堤結(jié)構(gòu)相比，其對于串?dāng)_噪聲的抑制最高達大約5 dB。頻率在3～5 GHz時，5種方案的近端串?dāng)_值比較相近。5個結(jié)構(gòu)對信號傳輸?shù)挠绊憦男〉酱蟮捻樞蛞来螢棰佗邰冖堍荨?/p>

  截取頻率1．5～2．1 GHz的近端串?dāng)_進行比較，如圖10所示。在頻率為2 GHz時，與內(nèi)直角結(jié)構(gòu)相比，影響最小的結(jié)構(gòu)為③，由內(nèi)圓角結(jié)構(gòu)增加的近端串?dāng)_為0．45 dB。影響最大的結(jié)構(gòu)為⑤，內(nèi)角圓環(huán)銅堤結(jié)構(gòu)的近端串?dāng)_為0．9 dB。

  由圖9和圖10可知，對于傳輸線的近端串?dāng)_，頻率在0～5 GHz內(nèi)時，防撕裂的4種結(jié)構(gòu)能一定的減少串?dāng)_，其中②內(nèi)圓角結(jié)構(gòu)。③內(nèi)角鉆孔結(jié)構(gòu)由于在結(jié)構(gòu)上變化不大，效果不明顯。而④內(nèi)角圓環(huán)銅堤結(jié)構(gòu)。⑤內(nèi)角線型銅堤結(jié)構(gòu)在拐角處引入銅箔，對拐角邊緣印制線起到電場分散的作用。在1 GHz時④內(nèi)角圓環(huán)銅堤結(jié)構(gòu)比①內(nèi)直角結(jié)構(gòu)的近端串?dāng)_值小了大約6 dB，說明高頻下引入防撕裂結(jié)構(gòu)對傳輸線的有益于減少近端串?dāng)_。設(shè)計時為了降低近端串?dāng)_，應(yīng)優(yōu)先考慮使用內(nèi)角圓環(huán)銅堤結(jié)構(gòu)，其次是內(nèi)角線形銅堤結(jié)構(gòu)。

  2．3 不同結(jié)構(gòu)的電磁特性

  通過仿真得到5種不同結(jié)構(gòu)下的FPC表面的電場強度和磁場強度的最大值，如表1所示。

  從表1中可以明顯的看出防撕裂的4種結(jié)構(gòu)的最大電場磁強度值，最大磁場強度值都小于內(nèi)直角結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)圓角結(jié)構(gòu)的最大電場磁強度值，最大磁場強度值最理想。

  同時得到5種不同結(jié)構(gòu)下的FPC表面的電場圖，為了直觀的比較不同防撕裂結(jié)構(gòu)FPC的電場分布圖，對電場場強進行均勻劃分，其中最高場強區(qū)域定義為3．600 0 e+004 V／m，最小電場定義為1．000 0 e+002 V／m，如圖11所示。

  由圖11可以看出，①內(nèi)直角結(jié)構(gòu)的高電場強度區(qū)域面積最大，④內(nèi)角圓環(huán)銅堤結(jié)構(gòu)的高電場強度區(qū)域面積最小，與表1的結(jié)果相吻合。5種不同結(jié)構(gòu)在信號開始進入圓弧拐角處附近的電場強度有一定的減小，是由于平行傳輸線變?yōu)閳A弧傳輸線產(chǎn)生的阻抗不連續(xù)產(chǎn)生，因此在FPC設(shè)計是應(yīng)避免過多的拐彎。④內(nèi)角圓環(huán)銅堤結(jié)構(gòu)、⑤內(nèi)角線型銅堤結(jié)構(gòu)由于添加了銅堤，這兩種結(jié)構(gòu)的抗撕裂效果是最理想的，所以在FPC軟板高彎折頻率的情況下，綜合考慮電子產(chǎn)品的性能指標應(yīng)優(yōu)先使用。

  3 結(jié)束語

  通過全波電磁仿真研究了撓性印制板5種圓弧拐角結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)直角、內(nèi)圓角、內(nèi)角鉆孔、內(nèi)角圓環(huán)銅堤、內(nèi)角線型銅堤5種結(jié)構(gòu)的插入損耗、近端串?dāng)_及電磁場分布情況。從仿真結(jié)果的對比分析中得出，防止撓性印制板彎曲處撕裂，增強撓性板強度的4種設(shè)計結(jié)構(gòu)的插入損耗較理想，其中內(nèi)角圓環(huán)銅堤結(jié)構(gòu)插入損耗值最優(yōu)。內(nèi)角圓環(huán)銅堤結(jié)構(gòu)顯著降低了近端串?dāng)_噪聲，是保證系統(tǒng)信號完整性的最佳選擇。在FPC軟板設(shè)計時，在考慮工藝能力和成本的前提下，同時考慮防撕裂，增強撓性板強度，并對產(chǎn)品的電可靠性有一定要求時，應(yīng)優(yōu)先使用內(nèi)角線型銅堤結(jié)構(gòu)，內(nèi)角圓環(huán)銅堤結(jié)構(gòu)。文中僅分析了圓弧拐角不防撕裂結(jié)構(gòu)的影響情況，對于其他拐角情況的防撕裂結(jié)構(gòu)有待進一步的研究。