Magas frekvenciájú nyomtatott áramkörök

Mi az a magas frekvenciájú PCB?

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 PCB Dk értéke 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 veszteségtangens (Df): A Df érték közvetlenül tükrözi a jel energiaveszteségét az alapanyagban. Minél alacsonyabb a Df, annál kisebb a veszteség. A nagyfrekvenciás PCB alapanyagok Df értéke általában kisebb, mint 0,002 (a általános FR-4 Df értéke körülbelül 0,02), ami hatékonyan csökkenti a jelcsillapodást, így különösen alkalmas hosszú távú és nagyfrekvenciás jelátvitelre.

Tipikus hordozóréteg

· PTFE (Politetrafluoretilén): Dk≈2,1, Df≈0,0009, hőállóság (260 °C felett), kiváló kémiai stabilitás, ezért elsődleges választás katonai ipar és műholdas kommunikáció, valamint más igényes alkalmazások esetén.

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

· Nagyfrekvenciás epoxigyanta lemez: Alacsonyabb költségű megoldás, Dk≈3,5–4,0, kielégíti a fogyasztói elektronikában használt RF-alkatrészek 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 magas frekvenciás nyomtatott áramkörök (PCB) gyakori impedanciaértékei 50Ω és 75Ω. Az impedancia-tűrésnek ±3% és ±5% között kell lennie. ±3% és ±5% között.

· Megvalósítás módja: A négy alapvető paraméter – vezetékszegély, vezetéktávolság, szubsztrát vastagsága és rézfül vastagsága – pontos tervezésével, valamint elektromágneses szimulációs szoftverekkel 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 vezetékek hosszát, csökkentse a kanyargós elrendezést, és csökkentse a parazita induktivitást;

· Növelje a jelvezetékek közötti távolságot, vagy használjon földelési szigetelősávokat a parazita kapacitás csökkentésére;

· Különleges transzmissziós vonal-struktúrákat, például mikrosávos és szalagszerű vezetékeket alkalmazzanak a jelek és a külvilág közötti elektromágneses csatolás csökkentésére;

Elektromágneses interferencia (EMI) ellenálló képesség

· Növelje a földelési rétegek számát, hogy „árnyékolt üreg” jöjjön létre, és blokkolja a külső elektromágneses zavarokat;

· Érzékeny alkatrészek helyi árnyékolását kell alkalmazni a belső jelkisugárzás csökkentése érdekében;

· Tápellátás és földelési elrendezés optimalizálása a tápforrásból származó zaj nagyfrekvenciás jelekre gyakorolt hatásának csökkentése érdekében.

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: Néhány alapanyag 260°C feletti hőmérsékletet is elvisel, kielégíti az újravisszolászterezési és hullámforrasztási folyamatok követelményeit, és egyidejűleg alkalmas a berendezések hosszú távú működésére magas hőmérsékletű környezetben.

· Vegyiállóság: Az alapanyagnak sav- és lúgálló, valamint nedvességálló tulajdonságokkal kell rendelkeznie, hogy megelőzze az alapanyag rétegződését és a rézfül oxidációját durva környezetben.

· Mechanikai stabilitás: A réz fólia erős tapadóerővel rendelkezik az alaphoz képest, így kevésbé hajlik meg vagy torzul, biztosítva az eszköz megbízhatóságát rezgés és ütés közben.

Magas gyártási pontosság jellemzői

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

· Finom vonalszegély/vonaltávolság: Elérheti a 3mil/3mil (0,076mm/0,076mm) vonalszegélyt és -távolságot, vagy még ennél is vékonyabbat, kielégítve a nagy sűrűségű és magas frekvenciájú áramkörök vezetékezési igényeit.

· Pontos fúrás: A minimális lyuk átmérője elérheti a 0,1 mm-t, és a lyuk helyzetének tűréshatára ±0,01 mm-en belül van szabályozva, elkerülve az impedancia változását a lyuk helyzetének eltérése miatt.

· Felületkezelés: Az arany- és ezüstbevonatok folyamatait gyakran alkalmazzák a jelveszteség csökkentésére a vezető felületén .

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 bőrhatással rendelkeznek, ezért a réz fólia kiválasztásánál figyelembe kell venni a vezetési hatékonyságot és a felületi síkosságot is:

· Elektrolitikus réz fólia: Alacsony költség, mérsékelt felületi érdesség, alkalmas a legtöbb nagyfrekvenciás PCB alkalmazási esetre;

· Hengerelt réz fólia: Simább felület, kisebb bőrhattyás-veszteség, alkalmas magas frekvenciájú és magas érzékenységű rádiófrekvenciás berendezésekhez;

· Réz fóliavastagság: Általánosan használt vastagságok: 1 uncia (35 μm) vagy ½ uncia (17,5 μm). A vékony rézfólia csökkenti a parazita induktivitást, így alkalmasabb sűrűn elhelyezett, magas frekvenciájú vezetékezésre.

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.

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.