PCB 보드에 커패시터를 만들 수 있습니까?

nF 또는 µF 커패시터의 크기를 위해 PCB 보드에 빌드 할 수 있기를 바랍니다. 커패시터는 두 개의 금속 층과 그 사이에 있습니다.

이게 가능해?

커패시터를 구매하지 말고 PCB 보드에서 커패시터를 설계하십시오. PCB 보드의 이중 금속 층.

표준 2 층 FR-4 보드 에 구리를 배치하면 1nF를 달성하기가 어려워집니다 . 커패시턴스는 대략 평행 판 방정식으로 제공됩니다.

$C = \dfrac{ \epsilon A }{ d }$

이 경우

$C = \dfrac{(4.7)(8.854 \times 10^{-12}) A }{ (1.6 \times 10^{-3} ) }$

또는

$C = A (2.6 \times 10^{-8}\mathrm{F/m^2})$

즉, 1nF를 달성하기 위해서는 0.038 m ² 또는 380 cm ² 의 구리 면적이 필요합니다. FR-4 의 일반적인 유전 상수 ( 비유 전율 ) 로 4.7을 사용 했으며 일반적인 보드 두께로 1.6mm를 사용했습니다.

병렬 구리 영역에 의해 pF 스케일 커패시터를 만드는 것은 드문 일이 아니지만 일반적으로 d 항이 훨씬 더 작은 다층 보드에서 수행됩니다 . 이러한 종류의 구성 커패시터는 이산 커패시터보다 낮은 ESR 및 ESL을 달성 할 수 있으므로 고주파 회로에서 전원 공급 장치를 바이 패스하는 데 유용합니다.

다층 PCB에 적층 될 수있는 특수 재료를 만들어 고 유전율이 높은 층을 제공하여 금속 패터닝으로 더 큰 커패시터 값을 구성 할 수있는 회사도 있습니다. 3M 은 하나입니다. 이를 임베디드 커패시터 또는 매립 커패시터라고도합니다. 이러한 유형의 재료를 지원하는지 확인하려면 PCB 제작소에 문의하십시오.

그런 식으로 커패시터를 만들 수는 있지만 µF를 잊을 수 있습니다. 아마도 pF 범위에있을 것입니다.

$C = \dfrac{\varepsilon A}{d}$

PCB에 넓은 면적을 형성하는 것은 어려울 것이며 플레이트 분리를 임의로 작게 만들 수는 없습니다. 우리는 그런 식으로 빌드하기가 어려우며 아마도 약간의 전압을 가질 수 있기를 원할 것입니다. .

예, 이것은 트레이스에서 보드의 커패시턴스를 얻는다는 것을 의미합니다. 일반적으로 큰 값은 아니지만 특히 긴 트레이스가 서로 가깝고 고주파수를 사용하는 경우 중요합니다.

$\varepsilon_r$

$C=\varepsilon_0\varepsilon_r \frac{A}{d}$

$\varepsilon_r$

$C=8.85 \cdot 10^{-12} \frac{\mathrm{F}}{\mathrm{m}} \cdot 4.2 \cdot\frac{0.01\space\mathrm{m}^2}{0.0015\space\mathrm{m}}$

$C=248\space\mathrm{pF}$

비록 더 얇은 유전체 (FR4 코어)를 사용하고 두 개 이상의 플레이트에 다층 보드를 사용하더라도 nF를 향하는 것은 크며, µF 범위에 도달하지는 않습니다.

그러나 보드 가장자리에 일부 커패시터를 사용하고 커패시터 역할을하는 두 개의 구리 평면을 사용하여 보드에 전압을 분배 할 수 있습니다. PCB 커패시터와 병렬로 연결된 이산 커패시터는 거의 완벽한 일괄 커패시터로 작동하여 빠른 로직 또는 전력 설계에 따뜻한 퍼지를 제공합니다.

정확하거나 큰 값이 필요한 경우 PCB 커패시터를 사용하지 않지만이를 사용하여 전체 설계에서 실제로 우수한 배전 시스템을 만들 수 있습니다.

좀 더 난해한 형태의 커패시터는 프린 징 필드를 사용하고 두 전극을 서로 얽힌 프랙탈 패턴으로 두 레이어에 배치합니다. 폐쇄 형 솔루션이 없으며 제조 공차에 민감하므로이 경우 실제로는 쓸모가 없습니다. 커패시턴스 부스트는 4X에서 5X 범위에 있습니다. 완전성에 대해 언급했습니다. 전혀 조언하지 않습니다.

작년 한 실험으로, 종이로 분리 된 알루미늄 호일 시트를 롤 주위에 몇 번 감아 서 커패시터를 만들려고했습니다. 나는 20 nF 정도 정도의 물건을 가지고 있다고 생각합니다. 아주 작은. 내가 상대적으로 거대한 Al 시트를 사용하고 있었기 때문에 pcb에서 그 근처에 가기가 어려울 것입니다.

이게 가능해? 예!

당신의 질문을 그대로 그리고 문자 그대로 받아들이면, 매우 큰 크기의 PCB에 그 크기의 캡을 만들 수 있습니다. PCB 크기를 계산하는 방정식을 모르지만 PCB에 빌드하려는 커패시터 비용보다 상당히 클 것이라고 가정합니다.

나는 잠시 동안 "양면 PCB"보드와 함께 양면 캡을 만들고 있습니다. 나는 약 30-150 pf의 범위입니다. 전압 항복 기능을 높이기 위해 항상 표면과 가장자리에 pCB를 코팅합니다. 나는 RF 주파수에서 꽤 뜨거워 질 수 있기 때문에 결코 수백 볼트를 넘지 않을 것입니다! 안테나 용 트랩 코일에 사용하며 제대로 설계하면 최대 300w (PEP)까지 문제없이 처리 할 수 ​​있습니다. 나는 그보다 훨씬 더 많은 것을 처리 할 수 ​​없다고 생각합니다. 나는 그들에게 그 수준에서 일할 것을 보증하지 않을 것입니다. QTH 및 라디오 외출시 갇힌 안테나에 사용하지만 항상 "맨발"전력 수준에 있습니다.

건배 데이터가 예상보다 늦었을 때 조금 늦게 사과했다.

나는 종종 높은 무효 전력 고주파 시스템에이 방법을 사용하고 있습니다. 그러나 FR4 ​​유리 섬유 텍스 라이트와 같은 "정상적인"PCB 재료는 예상대로 작동하지 않습니다. 그것은 약 0.035의 tan (fi)를 가졌는데, 이는 나의 구조물에서 4kV 및 100MHz의 10Amp에서 100pF 탱크 커패시터가 "약간"뜨거워진다는 것을 의미합니다 .... 처음 몇 초 동안 200C와 분 후에 400C.

언젠가 나는 라디에이터 양쪽에 접착제를 바르고 그것을 냉각수 등에 담그려고했습니다. 논리적으로는 전혀 좋지 않습니다. 적외선 사진은 표면에 의해 균일 한 실제 온도 필드를 보여 주었고, 와이어 스티 킹 주위에 어떠한 패치도 변경되지 않았기 때문에, 구리에서 푸코 효과가 아닌 유전체 가열 이유가 확실합니다.

필자의 사례에서 찾은 궁극적 인 솔루션은 Rogers Inc. (벨기에 제조)에서 테플론 기반 PCB를 생산하는 것입니다. 실제로 그 차이는 돈 가치가 있습니다. 이 커패시터는 kVAR 시리즈 또는 Jennings 등의 Vishay보다 저렴합니다.

두 번째 : 종종 "Tesla coils people"은 40kV 캡과 같은 것을 필요로하며, kHz 범위의 주파수에서 작동하므로 유전체 가열은 그다지 중요하지 않습니다. 그런 다음 바닥 카펫 PVC 타일, 두께가 약 2 ... 3 mm 인 반론 형 세미 하드 타입보다 좋은 것은 없습니다. 사이에 두 개의 구리 폴리오를 넣고 "소시지"에 넣습니다. 이 재료는 "있는 그대로"최대 40kV 또는 최대 50에서 지속될 수 있으며 2.7에서 3.3 사이의 엡실론을 가지며 0.006에서 0.017 사이의 소산 계수를 갖습니다. 따라서, 구리가 약간 "보행"되거나 에어 포켓을 형성 할 수 있다는 점을 제외하고, PVC는 유리 섬유 에폭시 PCB와 비교하여 커패시터를위한 훨씬 우수한 재료로 여겨 져야한다.

3) 나는 종이에 대한 시련에 대해 읽었습니다. 종이 제품에 대한 수치는 셀로판 필름 : e = 6.7 ... 7.6 및 tan = 0.065 ... 0.01, 종이 섬유 6.5 및 0.005; 크래프트 조직 1.8 및 0.001-0.0015; 래그-코튼 조직 1.7 및 0.0008-0.0065; 프레스 보드 3.2 및 0.008. 함침 된 종류의 종이의 경우, 논리적으로, 함침 화학 물질이 주요한 영향을 미칩니다. 따라서 종이는 다소 손실이 많지만 PCB보다 더 잘 작동합니다.