PCB visoke frekvencije

Što je visokofrekventna PCB ploča?

Visokofrekventna tiskana ploča je vrsta tiskane ploče koja koristi specijalizirane podloge s niskim dielektričnim konstantama (Dk) i niskim gubitkom dielektrika (Df), kao što su PTFE i Rogers serija. Zahtijeva strogo upravljanje impedancijom i optimizirano vođenje vodova radi smanjenja parazitskih parametara. Posebno je osmišljena za scenarije prijenosa signala na visokim frekvencijama u rasponu od 300 MHz do 3 GHz. Visoko precizne tiskane ploče široko kompatibilne s opremom u područjima poput komunikacije, vojne industrije, medicine njega i potrošačke elektronike.

Karakteristike visokofrekventnih tiskanih ploča

Karakteristike visokofrekventnih komunikacijskih krugova dizajnirane su oko tri ključna zahtjeva: niske gubitke, visoku stabilnost i otpornost na smetnje pri prijenosu visokofrekventnih signala u rasponu od 300 MHz do 3 GHz. Svaka karakteristika odgovara određenom izboru materijala, standardima procesa i primjenjivim vrijednostima. Slijedi detaljan pregled:

Karakteristika niskih gubitaka podloge

Kada se visokofrekventni signali prenose, dolazi do gubitka energije zbog dielektričnih svojstava podloge. Ovo je ključna razlika između visokofrekventnih krugova i običnih tiskanih ploča.

Ključni parametri

• Niska dielektrična konstanta (Dk): Dielektrična konstanta određuje brzinu prijenosa signala. U slučaju da je vrijednost Dk manja, brža je brzina prijenosa signala i manja je kašnjenje signala. U slučaju da se ne primjenjuje, to se može koristiti za određivanje vrijednosti Dk. podloga je obično stabilna između 2,2 i 4,5 (Dk uobičajenih FR-4 podloga iznosi približno 4,6 do 4,8), a potrebno je osigurati stabilnost Dk-a pri različitim temperaturama i frekvencijama kako bi se izbjeglo izobličenje signala.

• Tanžer niskog dielektričnog gubitka (Df): U slučaju da je primjena ovog standarda neponovljiva, za svaku od navedenih vrsta se primjenjuje sljedeći standard: Što je manji Df, manji je gubitak. Df vrijednost visokofrekventnih PCB supstrata je općenito manja od 0,002 (Df vrijednosti običnog FR-4 je oko 0,02), što učinkovito smanjuje slabljenje signala i posebno je pogodno za prijenos signala na velike udaljenosti i visokim frekvencijama.

Tipična podloga

• PTFE (politetrafluoretilena): Dk≈2.1, Df≈0.0009, otpornost na visoke temperature (preko 260 °C), jaka kemijska stabilnost, prvi je izbor za scenarije visoke potražnje kao što su vojna industrija i satelitska komunikacija.

• Rogers serija (kao što je RO4350B): Dk≈3,48, Df≈0,0037, s izvrsnom stabilnošću impedance, pogodna za 5G bazne stanice i RF module.

· Visokofrekventna ploča od epoksi smole: U skladu s člankom 3. stavkom 1. točkom (a) ovog članka, radi se o proizvodnji električne energije koja se upotrebljava za proizvodnju električne energije.

Karakteristike visokoprecizne kontrole impedancije

Visokofrekventni signali iznimno su osjetljivi na promjene impedancije. Neusklađenost impedancije može uzrokovati refleksiju signala, stojne valove i izobličenja, što izravno utječe na performanse opreme.

• Standardi za kontrolu impedance: U skladu s člankom 3. stavkom 1. točkom (a) ovog članka, "sredstva za upravljanje" uključuju: U slučaju da se ne primjenjuje, mora se provjeriti: u okviru ± 3% do ± 5%.

• Metoda provedbe: Precizno dizajnirajući četiri osnovna parametra - širinu linije, razmak linije, debljinu podloge i debljinu bakrene folije - i provjeravajući ih s elektromagnetnim softverom za simulaciju, osigurava se konzistentnost impedancije. Na primjer, vrijednost impedancije strukture mikrotrake izravno je proporcionalna širini trake, a obrnuto proporcionalna debljini podloge. Potrebno ju je višestruko prilagoditi kako bi se postigla ciljana vrijednost.

Niske parazitske veličine i svojstva protiv smetnji

U visokofrekventnim krugovima, parazitska kapacitivnost i induktivnost vodiča može stvoriti dodatne izvore smetnji, što dovodi do kroskupljanja signala ili elektromagnetskog zračenja (EMI). Stoga se visokofrekventne ploče moraju projektirati i optimizirati radi smanjenja parazitskih učinaka.

Projektiranje s niskim parazitskim veličinama

• skraćivanje dužine žice, smanjenje krugova i smanjenje induktivnosti parazita;

• povećati razmak između signalnih linija ili koristiti pojaseve za uzemljivanje kako bi se smanjio parazitski kapacitet;

• Prihvaćene su posebne strukture prijenosnih linija kao što su mikro-pločne linije i linije trake kako bi se smanjila elektromagnetna spajanje između signala i vanjskog svijeta.

Sposobnost protiv elektromagnetskih smetnji (EMI)

• povećati broj slojeva za uzemljivanje kako bi se formirala "šutna šupljina" i blokirala vanjska elektromagnetna ometanja;

• Izvršiti lokalno zaštitno djelovanje na osjetljivim komponentama kako bi se smanjila zračenje unutarnjeg signala;

· Optimizirati raspored napajanja i uzemljivanja kako bi se smanjio utjecaj buke napajanja na visokofrekventne signale.

Izvrsne fizičke karakteristike i prilagodba okolišu

Primjena visokofrekventnih tiskanih ploča uglavnom je u područjima s rigoroznim zahtjevima okoline, poput industrijske kontrole, zdravstvene skrbi i vojne industrije. Stoga materijal podloge i proces moraju zadovoljiti dodatne zahtjeve za fizičkim svojstvima

• Otpornost na visoke temperature: Neki osnovni materijali mogu izdržati temperature iznad 260 °C, ispunjavaju zahtjeve obrade za povratno i valno lemljenje, a istovremeno su pogodni za dugotrajni rad opreme u uvjetima visokih temperatura.

· Opornost na kemikalije: U slučaju da se primjenjuje primjena ovog članka, u skladu s člankom 6. stavkom 1.

• Mehanička stabilnost: U skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, "sredstva za upravljanje" znači sredstva za upravljanje i upravljanje sustavima za upravljanje sustavima za upravljanje sustavima za upravljanje sustavima za upravljanje sustavima za upravljanje sustavima za upravljanje sustavima za upravljanje sustavima za upravljanje sustavima za upravljanje sustavima za upravljanje sustavima za upravljanje sustavima za upravljanje

Karakteristike visoke preciznosti izrade

Točnost obrade tehnologije visokofrekventnih tiskanih ploča znatno je veća u odnosu na obične tiskane ploče. Ključni zahtjevi procesa uključuju:

· Finska širina linije/razmak između linija: Može postići širine linija i razmak od 3 mil / 3 mil (0,076 mm / 0,076 mm) ili čak tanji, zadovoljavajući zahtjeve ožičenja visokog gustoće i visokončastih kola.

· Precizna bušenje: U slučaju da je to potrebno, u skladu s člankom 6. stavkom 2. točkom (a) ovog pravilnika, za određivanje vrijednosti za određenu kategoriju materijala, proizvođač mora upotrijebiti sljedeće metode:

· Površinska obrada: Proces pozlaćivanja i srebrnog premaza uglavnom se primjenjuje za smanjenje gubitka signala na površini provodnika .

Osnovni materijal jezgre

Substrat je osnova visokofrekventnih ploča i izravno utječe na gubitak prijenosa signala i stabilnost. Glavni tipovi i parametri su sljedeći:

Materijal bakrenog folija

Snimak s visokom frekvencijom ima učinak na kožu, pa je pri odabiru bakrene folije potrebno uzeti u obzir učinkovitost provodljivosti i ravnost površine:

• Elektrolitska bakarna folija: "Predmetni proizvod" je proizvod koji se proizvodi u skladu s člankom 3. stavkom 1.

• valjani bakreni folija: "Specifična oprema" za proizvodnju električnih vozila ili opreme za proizvodnju električnih vozila ili opreme za proizvodnju električnih vozila ili opreme za proizvodnju električnih vozila ili opreme za proizvodnju električnih vozila ili opreme za proizvodnju električnih vozila ili opreme za proizvodnju električnih vozila ili opreme za proizvodnju električnih vozila ili opreme za proizvodnju električnih vozila

• debljina bakrene folije: Obično se koriste 1 oz (35 μm) ili 1⁄2 oz (17,5 μm). Tanka bakarna folija može smanjiti induktivnost parazita i pogodnija je za visoko gusto visokofrekventno ožičenje.

Materijali za obradu površine

Obrada površine visokofrekventnih tiskanih ploča mora smanjiti kontakt otpor, spriječiti oksidaciju bakrenog folija i izbjeći utjecaj na prijenos visokofrekventnih signala

· Zlatno prevlačenje (ENIG): Glatka površina, jaka otpornost na oksidaciju, niski kontakt otpor, malo utječe na gubitak visokofrekventnog signala, pogodno za visoko precizne RF spojnice.

· Pločiranje srebrom: Ima bolju električnu vodljivost od zlatnog pločiranja i niže gubitke, ali je sklon oksidaciji te se mora kombinirati s protuoksidacijskim slojem. Pogodno za visokofrekventne mikrovalne sklopove.

· Organski solder mask (OSP): Niska cijena i jednostavan proces, ali prosječna otpornost na visoke temperature. Pogodno za visokofrekventne tiskane ploče u potrošačkoj elektronici koja je osjetljiva na troškove.

Niska slabljenje signala osigurava kvalitetu prijenosa

Korištenjem posebnih podloga s niskim dielektričnim konstantama (Dk) i niskim dielektričnim gubicima (Df), poput PTFE-a i serije Rogers, može se učinkovito smanjiti gubitak energije visokofrekventnih signala u rasponu od 300 MHz do 3 GHz tijekom prijenosa, izbjeći isobličenje signala te zadovoljiti zahtjevi za dugačkim i visokofrekventnim komunikacijama i prijenosom podataka.

Visokotočna kontrola impedancije poboljšava integritet signala

Točnim projektiranjem širine trake, razmaka između traka i debljine podloge, tolerancija impedancije drži se unutar ±3% do ±5%, postižući stabilno usklađivanje standardnih impedancija kao što su 50Ω/75Ω, izbjegavajući refleksiju signala i fenomen stojećih valova, te osiguravajući pouzdan rad visokofrekventnih krugova poput RF i mikrovalnih.

Snažna otpornost na smetnje, pogodna za složena elektromagnetska okruženja

Optimizirana struktura oženja (kao što su mikrotrake i trakaste linije) i dizajn višeslojne uzemljenja mogu smanjiti parazitsku kapacitivnost i induktivnost, kao i kros-utjecaj signala i elektromagnetsko zračenje (EMI). U kombinaciji s lokalnim metalnim ekraniranjem, može se postići otpornost na vanjske elektromagnetske smetnje, što je prikladno za scenarije s visokim zahtjevima za elektromagnetsku kompatibilnost, kao što su industrijska upravljačka oprema i medicinska instrumentacija.

Izvrsna prilagodljivost okolišu, zadovoljavanje teških radnih uvjeta

Posebni visokofrekventni supstrat ima otpornost na visoke temperature (iznad 260℃), otpornost na kemijsku koroziju i otpornost na vlagu. U kombinaciji s stabilnim postupkom lijepljenja bakrenih folija, može održati stabilne performanse u teškim uvjetima poput vibracija i ciklusa visokih i niskih temperatura, ispunjavajući zahtjeve za dugotrajnim radom na automobilskoj i vojnoj razini opreme.

Podrška za visoku integraciju omogućuje minijaturizirani dizajn

Podržava obradu tankih vodova i razmaka od 3 mil/3 mil i manje, kao i male promjere rupa. Može postići visokogustoću žicu, ispunjavajući zahtjeve dizajna za minijaturizirane i visoko integrirane proizvode kao što su RF moduli i komponente za 5G bazne stanice, te uštedu prostora opreme.