Magas frekvenciájú nyomtatott áramkörök

A magasfrekvenciás nyomtatott áramkör egy olyan NYÁK, amely alacsony dielektromos állandóval (Dk) és alacsony dielektromos veszteséggel (Df) rendelkező speciális hordozókat használ, mint például a PTFE és a Rogers sorozat. Szükséges a szigorú impedancia-ellenőrzés és az optimalizált vezetékezés a parazita paraméterek csökkentése érdekében. Kifejezetten a magas frekvenciás jelátviteli alkalmazásokhoz lett kialakítva 300 MHz és 3 GHz közötti tartományban. Nagy pontosságú nyomtatott áramkörök, amelyek széles körben kompatibilisek olyan területeken használt berendezésekkel, mint a távközlés, a katonai ipar, az orvostechnika és a fogyasztási elektronika.

A magasfrekvenciás NYÁK-jellemzők

A magasfrekvenciás kommunikációs áramkörök jellemzőit a 300 MHz és 3 GHz közötti magasfrekvenciás jelek átvitelénél alacsony veszteség, magas stabilitás és zavarvédelem három alapvető követelménye köré építik. Minden egyes jellemző konkrét anyagválasztással, technológiai előírásokkal és alkalmazási értékkel rendelkezik. Az alábbiakban részletesen bemutatjuk:

Az alaplemez alacsony veszteségű jellemzője

Magasfrekvenciás jelek átvitelekor energia-veszteség lép fel a lemez dielektromos tulajdonságai miatt. Ez a jelenség a magasfrekvenciás áramkörök és az átlagos NYÁK-k közötti alapvető különbséget képezi.
Kulcs Paraméterek

· Alacsony dielektromos állandó (Dk): A dielektromos állandó meghatározza a jelátviteli sebességet. Minél alacsonyabb a Dk értéke, annál gyorsabb a jelátviteli sebesség és annál kisebb a jelkésleltetés. A nagyfrekvenciás NYÁK hordozórétegek Dk értéke általában 2,2 és 4,5 között stabil (a szokványos FR-4 hordozóréteg Dk értéke körülbelül 4,6–4,8), és szükséges biztosítani a Dk stabilitását különböző hőmérsékletek és frekvenciák mellett, hogy elkerüljük a jeltorzítást.

hordozórétegek esetében általában 2,2 és 4,5 között stabil (a szokványos FR-4 hordozóréteg Dk értéke körülbelül 4,6–4,8), és szükséges biztosítani a Dk stabilitását különböző hőmérsékletek és frekvenciák mellett, hogy elkerüljük a jeltorzítást.

· Alacsony dielektromos veszteségi tényező (Df): A Df érték közvetlenül tükrözi a jel energiaveszteségét a hordozórétegben. Minél alacsonyabb a Df, annál kisebb a veszteség. A nagyfrekvenciás NYÁK hordozórétegek Df értéke általában kevesebb, mint 0,002 (az

általános FR-4 Df értéke körülbelül 0,02), ami hatékonyan csökkenti a jelcsillapodást, így különösen alkalmas hosszú távú és nagyfrekvenciás jelátvitelre.

Tipikus hordozóréteg

· PTFE (Politetrafluoroetilén): Dk≈2,1, Df≈0,0009, hőállóság (260 ℃ felett), erős kémiai stabilitás, kiváló választás különösen igényes alkalmazásokhoz, mint a katonai ipar és a műholdas kommunikáció.

· Rogers sorozat (például RO4350B): Dk≈3,48, Df≈0,0037, kiváló impedancia-stabilitással rendelkezik, ideális 5G adóállomásokhoz és RF modulokhoz.

· Nagyfrekvenciás epoxigyanta lemez: alacsonyabb költségű, Dk≈3,5–4,0, kielégíti a fogyasztói elektronikai eszközök RF alkatrészeinek alapvető követelményeit.

Nagypontosságú impedancia-szabályozási jellemzők

A nagyfrekvenciás jelek rendkívül érzékenyek az impedancia-változásokra. Az impedancia-hibahangolás jelek visszaverődését, állóhullámokat és torzítást okozhat, közvetlenül befolyásolva a berendezések teljesítményét.

· Impedancia-szabályozási szabványok: A nagyfrekvenciás NYÁK-oknál általánosan használt impedancia-értékek 50 Ω (RF/mikrohullámú adás) és 75 Ω (videó/koaxiális kábel adás). Az impedancia-tűrés szabályozva legyen

±3% és ±5% között (az impedancia-tűrés szokásosan ±10% a hagyományos nyomtatott áramköröknél).

· Megvalósítási módszer: A négy alapvető paraméter – vezetékszélesség, vezetéktávolság, szubsztrát vastagsága és réteg vastagsága – pontos tervezésével, valamint elektromágneses szimulációs szoftverekkel (például ADS, HFSS) történő ellenőrzéssel

az impedancia-állandóság biztosítható. Például egy mikrosávos szerkezet impedanciaértéke egyenesen arányos a vezetékszélességgel, és fordítottan arányos a szubsztrát vastagságával. Többszöri finomhangolás szükséges ahhoz, hogy

elérje a célszintet.

Alacsony parazita paraméterek és zavarvédelem

A magas frekvenciás áramkörökben a vezetékek parazita kapacitása és induktivitása további zavarforrásokat hozhat létre, ami jelkivonódáshoz vagy elektromágneses kisugárzáshoz (EMI) vezethet. Ezért a magas frekvenciás nyomtatott áramköröket úgy kell tervezni

és optimalizálni, hogy csökkentsék a parazita hatásokat.

Alacsony parazita paraméterű tervezés

Rövidítse meg a vezeték hosszát, csökkentse a kanyargós futást és a zavaró induktivitást;

Növelje a jelvezetékek távolságát, vagy használjon földeléses elhatároló sávokat a zavaró kapacitás csökkentésére;

Különleges transzmissziós vonal-struktúrákat, például mikrosávos vagy szalagkábeleket alkalmazzanak a jel és a külvilág közötti elektromágneses csatolás csökkentésére.

Elektromágneses interferencia (EMI) ellenálló képesség

Növelje a földelőrétegek számát, hogy „árnyékoló üreg” alakuljon ki, és blokkolja a külső elektromágneses zavarokat;

Helyi árnyékolást végezzen érzékeny alkatrészeknél (például RF chipeknél), hogy csökkentse a belső jelkisugárzást;

Optimalizálja az áramellátó és földelő elrendezést, hogy csökkentse az áramforrászaj hatását a nagyfrekvenciás jelekre.

Kiváló fizikai és környezeti alkalmazkodóképesség jellemzők

A magas frekvenciájú NYÁK-ok alkalmazási területei leginkább olyan szigorú környezeti követelményekkel rendelkező területeken helyezkednek el, mint az ipari irányítás, az egészségügy és a katonai ipar. Ezért az alapanyagnak és a technológiának eleget kell tennie

további fizikai teljesítménnyel kapcsolatos követelményeknek

· Hőállóság: Egyes alapanyagok (például PTFE, Rogers) akár 260 °C feletti hőmérsékletet is elviselnek, kielégítve az újracsatlakoztatásos forrasztás és hullámforrasztás feldolgozási követelményeit, ugyanakkor alkalmasak

a berendezések hosszú távú működésére magas hőmérsékletű környezetben.

· Vegyszerállóság: Az alapanyagnak rendelkeznie kell sav- és lúgállósággal, valamint nedvességállósággal, hogy megakadályozza az alapanyag rétegződését és a réz fólia oxidációját durva körülmények között.

· Mechanikai stabilitás: A rézlemez erős tapadási erővel rendelkezik az alapanyaghoz, így kevésbé hajlik vagy torzul, biztosítva az eszköz megbízhatóságát rezgés és ütés körülmények között.

Magas gyártási pontosság jellemzői

A nagyfrekvenciás NYÁK-ok feldolgozási pontossága lényegesen magasabb, mint az átlagos NYÁK-oké. A fő folyamatkövetelmények a következők:

· Finom vonalvastagság/vonaltávolság: Elérhető a 3mil/3mil (0,076 mm/0,076 mm) vagy még vékonyabb vonalvastagság és -távolság, kielégítve a nagy sűrűségű és nagyfrekvenciás áramkörök bekötési igényeit.

· Pontos fúrás: A minimális furatátmérő elérheti a 0,1 mm-t, a furat helyzetének tűrése ±0,01 mm-en belül van, elkerülve az impedancia változását a furat helyzeteltolódása miatt.

· Felületkezelés: Aranyozás és ezüstözés eljárásokat alkalmaznak elsősorban a jelveszteség csökkentésére a vezető felületén (a bőrhattyúhatás miatt a nagyfrekvenciás jelek a vezető felületén koncentrálódnak, és a sima felület

kezelés csökkenti a veszteséget).

Alaplemez

Az alaplemez a magas frekvenciájú NYÁK-ok alapja, és közvetlenül befolyásolja a jelátviteli veszteséget és stabilitást. A főbb típusok és paraméterek a következők:

Réz fólia anyag

A nagyfrekvenciás jelek bőrhathással rendelkeznek (a jelek a vezető felületén koncentrálódnak az adatátvitel során), ezért a rézfólia kiválasztásánál figyelembe kell venni a vezetési hatékonyságot és a felületi síkosságot is:

Elektrolitikus rézfólia: alacsony költségű, mérsékelt felületi érdességű, többnyire alkalmas nagyfrekvenciás NYÁK-alkalmazásokra;

Hengerelt rézfólia: simább felületű, kisebb bőrhathásos veszteség, alkalmas nagyfrekvenciás és magas érzékenységű rádiófrekvenciás berendezésekre;

Rézfólia vastagság: Általánosan használt méretek az 1 uncia (35 μm) vagy fél uncia (17,5 μm). A vékonyabb rézfólia csökkenti a parazita induktivitást, így alkalmasabb sűrű, nagyfrekvenciás bekötésre.

Felületkezelő anyagok

A nagyfrekvenciás NYÁK-ok felületkezelésének csökkentenie kell az érintkezési ellenállást, megakadályoznia kell a rézfólia oxidációját, és nem zavarhatja a nagyfrekvenciás jelek továbbítását

· Aranyozás (ENIG): Simított felület, erős oxidációs ellenállás, alacsony érintkezési ellenállás, kis hatással van a nagyfrekvenciás jelveszteségre, alkalmas nagypontosságú RF-csatlakozókhoz.

· Ezüst bevonat: Jobb elektromos vezetőképességgel rendelkezik, mint az arany bevonat, alacsonyabb veszteséggel, de hajlamos az oxidálódásra, ezért antioxidáns réteggel kell kombinálni. Alkalmas nagyfrekvenciás mikrohullámú áramkörökhöz.

· Organikus forraszmaszk (OSP): Alacsony költségű és egyszerű folyamat, de hőállósága közepes. Alkalmas költségérzékeny fogyasztói elektronikai eszközökben használt nagyfrekvenciás NYÁK-okhoz.

A nagyfrekvenciás NYÁK-tervezés lényege a 300 MHz és 3 GHz közötti jelek integritásának, alacsony veszteségének és zavarvédelmének biztosítása. Szigorúan ellenőrizni kell az alapanyag-választást, impedancia-szabályozást, nyomkövet elrendezést és földelési árnyékolást több szempontból. Az alábbi óvintézkedéseket kell betartani:

Pontos alapanyag-kiválasztás

Előnyt kell adni az alacsony Dk (2,2-4,5) és alacsony Df (< 0,002) értékű speciális hordozók (például PTFE, Rogers RO4350B) kiválasztásának, és kerülni kell az általános FR-4 hordozók használatát, hogy elkerüljük a nagyfrekvenciás jelek túlzott csillapodását.

Meg kell erősíteni a hordozó Dk értékének stabilitását a működési hőmérsékleti és frekvenciatartományon belül, hogy elkerüljük az impedancia-driftet, amelyet környezeti változások okozhatnak.

Az impedanciavezérlés szigorú az egész folyamat során

Az vonalvastagság, vonaltávolság, hordozó vastagsága és impedancia közötti összefüggést előre elektromágneses szimulációs szoftverekkel (például ADS, HFSS) kell kiszámítani. A gyakran használt célimpedanciák:

50Ω (RF-adatátvitelhez) és 75Ω (videóátvitelhez).

Az impedancia tűréshatárát ±3% és ±5% között kell tartani. Bekötéskor kerülni kell a hirtelen vonalvastagság-változásokat és derékszögű kanyarokat, hogy megakadályozzuk az impedancia-megszakadásból adódó jelvisszaverődést.

A nagyfrekvenciás jelvezetékeket lehetőség szerint felületi mikrosávos vagy belső sínszerű vezetékként kell elhelyezni, hogy csökkentsék az impedancia-ingadozásokat, amelyeket az egyenetlen közeg okoz.

Parazita paraméterek optimalizálása a vezetékek elrendezésénél

Rövidítse meg a nagyfrekvenciás nyomvonalak hosszát: Kerülje a hosszú körutakat, csökkentse a parazita induktivitást, és minimalizálja a jelkésleltetést és a sugárzást.

Növelje a jelvezetékek közötti távolságot: A nagyfrekvenciás vezetékek közötti távolság legyen ≥3-szorosa a vonalszélességnek, vagy földelési szigetelősávot kell alkalmazni a parazita kapacitás és a jelcrosstalk csökkentésére.

Kerülje a párhuzamos és kereszteződő vezetékeket: A párhuzamos útválasztás hajlamos a csatolódási zavarokra. A kereszteződő útvonalaknál földelési rétegen keresztül kell szigetelni, vagy függőleges keresztezési módot kell alkalmazni.

A közelben lévő alkatrészek elrendezése: A rádiófrekvenciás (RF) chipek, antennák és csatlakozókhoz hasonló nagyfrekvenciás eszközöket egymáshoz közeli helyen kell elhelyezni, hogy csökkentsék a nagyfrekvenciás utak hosszát.

A földelési és árnyékolási tervezés növeli az interferenciával szembeni ellenálló képességet

Többrétegű lemezek esetén ajánlott elsőbbséget adni a teljes földelési rétegek tervezésének: A földelési réteg szolgálhat jelvisszatérési útként, csökkentve a hurokimpedanciát, és egyidejűleg árnyékolja a jelek közötti zavarokat a rétegek között.

Egyrétegű lemezek esetén nagy területen kell elhelyezni a földelést a földelési ellenállás csökkentése érdekében.

Érzékeny alkatrészek helyi árnyékolása: Rádiófrekvenciás erősítők és oszcillátorok, mint alapvető alkatrészek, esetében fém árnyékoló fedelek tervezésével lehet blokkolni a külső elektromágneses zavarokat (EMI) és a belső jelkisugárzást.

Digitális földelés és magasfrekvenciás földelés elkülönítése: A magasfrekvenciás jel földelését és a digitális áramkör földelését egyetlen ponton kell összekötni, hogy megakadályozzák a digitális zaj becsatolódását a magasfrekvenciás jelútvonalba.

A tápegység és szűrő tervezés csökkenti a zajt

A magasfrekvenciás áramkörök érzékenyek a tápfeszültség zajára. Ezért a tápfeszültség bemenetén és

a chipek tápfeszültség csapjainál magasfrekvenciás szűrőkondenzátorokat (például 0,1μF kerámia kondenzátor + 10μF tantál kondenzátor) párhuzamosan kell kapcsolni, hogy kiszűrjék a tápfeszültségből származó magasfrekvenciás zajt.

A tápvonalak vezetékezését rövidre és szélesre kell tervezni, hogy csökkentsék a vezetékek impedanciáját, és elkerüljék a tápfeszültség-zaj csatolódását a magasfrekvenciás jelekkel.

A gyártási eljárás kompatibilis a felületkezeléssel

Olyan feldolgozási technológiát kell választani, amely támogatja a finom vonalvastagságot/vonalközöket (3 mil/3 mil és alatta) és pontos fúrást (lyukátmérő-tűrés ±0,01 mm), hogy eleget tegyen a magasfrekvenciás NYÁK-ok pontossági követelményeinek.

Felületkezeléshez aranyozás és ezüstözés ajánlott: az aranyozott felület sima és alacsony az érintkezési ellenállása. Az ezüstözés jó elektromos vezetőképességgel rendelkezik és alacsony bőrhatás-veszteséggel, így alkalmas magas-

frekvenciás alkalmazásokra. Kerülendő az OSP eljárás használata a magas frekvenciájú magtartományban, mivel rossz antioxidáns tulajdonságokkal rendelkezik.

A hőtervezés magas hőmérsékletre vonatkozó követelményekhez igazodik

Egyes magas frekvenciás hordozók (például PTFE) rossz hővezető-képességgel rendelkeznek. Ezért célszerű racionalisan megtervezni a hőelvezetés útját, vagy hővezető tömítéseket alkalmazni, hogy megakadályozzuk a hordozó deformációját és

a teljesítményromlást, amelyet a nagy teljesítményű eszközök által termelt hő okoz.

Alacsony jelcsillapítás biztosítja a minőségi adatátvitelt

Speciális, alacsony dielektromos állandóval (Dk) és alacsony dielektromos veszteséggel (Df) rendelkező hordozók, például PTFE és Rogers sorozat alkalmazásával hatékonyan csökkenthető az 300 MHz és 3 GHz közötti magas frekvenciás jelek átviteli vesztesége

elkerülhető a jel torzulása, és kielégíthető a hosszú távú, magas frekvenciás kommunikáció és adatátvitel igénye.

A nagy pontosságú impedancia-szabályozás javítja a jel integritását

A vezetékszélesség, vezeték távolság és hordozó vastagság pontos tervezésével az impedancia-tűrés ±3% és ±5% között tartható, lehetővé téve a szabványos impedanciák, mint például 50Ω/75Ω, stabil illesztését, elkerülve a jelvisszaverődést

és állóhullám jelenségeket, és biztosítva a rádiófrekvenciás és mikrohullámú magas frekvenciás áramkörök megbízható működését.

Erős interferenciaállóság, alkalmas összetett elektromágneses környezetekhez

A optimalizált vezetékezési struktúra (például mikrosávos és szalagvezetékes kialakítás) és a többrétegű földelési tervezés csökkentheti a parazitás kapacitást és induktivitást, valamint a jelkimenetek közötti átcsatolódást és az elektromágneses sugárzást (EMI). Kombinálva

helyi fémárnyékolással képes ellenállni a külső elektromágneses zavaroknak, így alkalmas olyan alkalmazásokhoz, ahol magas az elektromágneses kompatibilitással szemben támasztott követelmény, mint az ipari vezérlőberendezések és orvosi műszerek esetében.

Kiváló környezeti alkalmazkodóképesség, alkalmas kemény munkakörülményekhez

A speciális nagyfrekvenciás alapanyag magas hőállósággal (260 °C felett), kémiai korrózióállósággal és nedvességállósággal rendelkezik. A stabil réz fólia-ragasztási technológiával kombinálva képes stabil

teljesítményt nyújtani rezgésnek, valamint magas és alacsony hőmérsékleti ciklusoknak kitett kemény körülmények között is, kielégítve az autóipari és katonai besorolású berendezések hosszú távú üzemeltetési igényeit

berendezések biztonsága érdekében.

Magas szintű integrációt támogat, lehetővé téve a miniatűr tervezést

Lehetővé teszi 3 mil/3 mil és annál kisebb vékony vonalvastagságok és távolságok, valamint kis átmérőjű furatok feldolgozását. Elérhető vele a nagy sűrűségű bekötés, kielégítve az RF modulok és az 5G-állomás alkatrészek, valamint más miniatürizált és magas szinten integrált termékek tervezési követelményeit, továbbá berendezések helyének megtakarítását.

modulok és 5G-állomás alkatrészek, és berendezési hely megtakarítását.