Augstfrekvences PCB

Kas ir augstfrekvences PCB?

Augstfrekvences PCB ir PCB veids, kas izmanto speciālus materiālus ar zemu dielektrisko konstanti (Dk) un zemu dielektrisko zudumu (Df), piemēram, PTFE un Rogers sēriju. Tam nepieciešams stingrs pretestības kontrole un optimizēta vadu izvietošana, lai samazinātu parazītos parametrus. Tas ir speciāli izstrādāts augstfrekvences signālu pārraidīšanas scenārijiem no 300 MHz līdz 3 GHz. Augstas precizitātes drukātās platēs, kas plaši sader ar aprīkojumu sakaru, militārās rūpniecības, medicīnas aprūpei un patēriņa elektronikā.

Augstfrekvences PCB raksturojums

Augstfrekvences sakaru shēmu raksturojums ir izstrādāts, balstoties uz trim galvenajām prasībām — zudumu samazināšana, augsta stabilitāte un traucējumizturība, pārraidot augstfrekvences signālus no 300 MHz līdz 3 GHz. Katra no šīm īpašībām atbilst konkrētai materiālu izvēlei, procesu standartiem un pielietojuma vērtībām. Šeit ir detaļu skaidrojums:

Zemas zuduma īpašība pamatnē

Pārraidot augstfrekvences signālus, enerģijas zudumi rodas substrāta dielektrisko īpašību dēļ. Tas ir galvenais atšķirības faktors starp augstfrekvences shēmām un parastām PCB.

Galvenie parametri

· Zems dielektriskās caurlaidības konstantes (Dk) : Dielektriskās caurlaidības konstante nosaka signāla pārraides ātrumu. Jo zemāka Dk vērtība, jo lielāks signāla pārraides ātrums un jo mazāka signāla aizkave. Augstfrekvences PCB Dk vērtība pakļautnes materiālu Dk vērtība parasti ir stabila diapazonā no 2,2 līdz 4,5 (parasto FR-4 pakļautņu Dk ir aptuveni 4,6 līdz 4,8), un ir jānodrošina Dk stabilitāte dažādās temperatūrās un frekvencēs, lai izvairītos no signāla izkropļojumiem.

· Zema dielektriskās zuduma tangensa vērtība (Df) : Df vērtība tieši atspoguļo signāla enerģijas zudumu substrātā. Jo zemāka Df vērtība, jo mazāki zudumi. Augstfrekvences PCB substrātu Df vērtība parasti ir mazāka par 0,002 ( parastam FR-4 ir aptuveni 0,02), kas efektīvi samazina signāla novājinājumu un ir īpaši piemērots garā attālumā un augstfrekvences signālu pārraidei.

Tipisks pakļautnis

· PTFE (politetrafluoretilēns) : Dk≈2,1, Df≈0,0009, izturīgs pret augstām temperatūrām (virs 260 °C), liela ķīmiskā stabilitāte, tāpēc tas ir pirmā izvēle augstām prasībām atbilstošās jomās, piemēram, militārajā rūpniecībā un satelītu sakarē.

· Rogers sērija (piemēram, RO4350B) : Dk≈3,48, Df≈0,0037, ar izcilu pretestības stabilitāti, piemērots 5G bāzēs stacijām un RF moduļiem.

· Augstfrekvences epoksīda sveķu plāksne: Zemākas izmaksas, Dk≈3,5–4,0, atbilst patēriņa elektronikas RF komponentu pamatprasmēm.

Augsta precizitātes impedances regulēšanas īpašības

Augstfrekvences signāli ir ārkārtīgi jutīgi pret impedances izmaiņām. Impedances nesakritība var izraisīt signāla atstarošanos, stāvošos viļņus un izkropļojumus, tieši ietekmējot iekārtas veiktspēju.

· Impedances kontroles standarti: Parasti lietotās impedances vērtības augstfrekvences PCB ir 50Ω un 75Ω. Impedances toleranci vajadzētu kontrolēt iekš ±3% līdz ±5%.

· Realizācijas metode: Precīzi projektējot četrus galvenos parametrus — vadu platumu, vadu attālumu, substrāta biezumu un vara folijas biezumu — un tos verificējot ar elektromagnētiskās simulācijas programmatūru, nodrošina impedances konsekvenci. Piemēram, mikrojosta līnijas struktūras impedances vērtība ir tieši proporcionāla līnijas platumam un apgriezti proporcionāla substrāta biezumam. To nepieciešams atkārtoti koriģēt, lai sasniegtu mērķa vērtību.

Zemi parazītie parametri un antitraucējības īpašības

Augstfrekvences shēmās vadu parazītā kapacitāte un induktivitāte var radīt papildu traucējumu avotus, izraisot signāla pārklāšanos vai elektromagnētisko starojumu (EMI). Tāpēc augstfrekvences PCB jāprojektē un jāoptimizē, lai samazinātu parazīto efektu.

Zemu parazīto parametru dizains

· Samaziniet vada garumu, samaziniet slīpo maršrutēšanu un samaziniet parazīto induktivitāti;

· Palieliniet signāllīniju attālumu vai izmantojiet zemējuma izolācijas jostas, lai samazinātu parazīto kapacitāti;

· Tiešsaistes speciālas struktūras, piemēram, mikrostripas līnijas un lentveida līnijas, lai samazinātu elektromagnētisko saistību starp signāliem un ārpasaules vidi.

Pretestība elektromagnētiskajiem traucējumiem (EMI)

· Palieliniet zemējuma slāņu skaitu, lai izveidotu "aizsargkameru" un bloķētu ārējo elektromagnētisko traucējumu;

· Veikt lokālu ekraniņošanu uz jutīgajiem komponentiem, lai samazinātu iekšējā signāla starojumu;

· Optimizējiet barošanas avota un zemējuma izkārtojumu, lai samazinātu barošanas trokšņa ietekmi uz augstfrekvences signāliem.

Izcilas fiziskās un vides pielāgošanās īpašības

Augstfrekvences PCB pielietojuma scenāriji lielākoties ir jomās ar stingrām vides prasībām, piemēram, rūpniecības kontrole, medicīna un militārā rūpniecība. Tāpēc bāzes materiāls un process ir jāatbilst papildu fizikālajiem veiktspējas nosacījumiem

· Termoizturība: Daži materiāli iztur temperatūras virs 260 °C, atbilstot termorežīma lodēšanas un vilnislodēšanas apstrades prasībām un vienlaikus piemēroti iekārtu ilgstošai darbībai augstās temperatūras vidē.

· Ķīmiskā izturība: Substrātam jābūt izturīgam pret skābēm, sārmiem un mitrumu, lai novērstu substrāta slāņošanos un vara folijas oksidēšanos nepievilcīgos apstākļos.

· Mekhāniskā stabilitāte: Varša folija cieši saistās ar pamatni, tāpēc tai ir mazāka tendence izkropļoties vai deformēties, nodrošinot iekārtas uzticamību vibrācijas un triecienu apstākļos.

Augsta ražošanas precizitātes raksturojums

Augstfrekvences PCB izgatavošanas tehnoloģijas precizitāte ir daudz augstāka nekā parasto PCB. Galvenie procesa prasības ietver:

· Precīzs līnijas platums/līniju attālums: Tas var sasniegt līniju platumu un attālumu 3mil/3mil (0,076 mm/0,076 mm) vai pat tievāku, atbilstot augstas blīvuma un augstfrekvences shēmu vadiem.

· Precīza urbumu veidošana: Minimālais cauruma diametrs var sasniegt 0,1 mm, bet cauruma pozīcijas pieļaujamā novirze tiek kontrolēta iekšā ±0,01 mm, izvairoties no pretestības izmaiņām, ko izraisa cauruma pozīcijas novirze.

· Virsmas apstrāde: Lai samazinātu signāla zudumus vadītāja virsmā, galvenokārt tiek izmantoti zelta pārklājuma un sudraba pārklājuma procesi .

Serdes materiāls

Pamatne ir augstfrekvences PCB pamats un tieši ietekmē signāla pārraides zudumu un stabilitāti. Galvenie tipi un parametri ir šādi:

Vara folijas materiāls

Augstfrekvences signāliem ir ādas efekts, tāpēc vara folijas izvēlē jāņem vērā gan vadīšanas efektivitāte, gan virsmas gludums:

· Elektrolītiska vara folija: Zemas izmaksas, vidējs virsmas raupjums, piemērota lielākajai daļai augstfrekvences PCB scenārijiem;

· Rullēts vara folija: Gludāka virsma, mazākas ādas efekta zuduma, piemērota augstfrekvences un augstjutīgiem radiofrekvences iekārtām;

· Vara folijas biezums: Parasti izmanto 1 unsi (35 μm) vai ½ unsi (17,5 μm). Tievāka vara folija samazina parazītisko induktivitāti un ir piemērotāka blīviem augstfrekvences vadiem.

Virsmas apstrādes materiāli

Augstfrekvences PCB virsmas apstrādei jāsamazina kontaktpretestība, jānovērš vara folijas oksidēšanās un jāizvairās no augstfrekvences signālu pārraides traucējumiem

· Zelta pārklājums (ENIG): Gluda virsma, liela oksidēšanās pretestība, zema kontaktrezistences, mazs ietekmējums uz augstfrekvences signāla zudumu, piemērota augstas precizitātes RF savienojumiem.

· Sudraba pārklājums: Tam ir labāka elektriskā vadītspēja salīdzinājumā ar zelta pārklājumu un zemāki zudumi, taču tas viegli oksidējas un tam jābūt kombinētam ar pretoksidēšanas pārklājumu. Tas ir piemērots augstfrekvences mikroviļņu shēmām.

· Organisks lodēšanas maskējošais slānis (OSP): Tam ir zemas izmaksas un vienkāršs izgatavošanas process, bet tās termoizturība ir vidēja. Tā ir piemērota augstfrekvences PCB lietošanai patēriņa elektronikā, kurā izmaksas ir būtisks faktors.

Zema signāla vājināšanās nodrošina pārraides kvalitāti

Izmantojot speciālus materiālus ar zemu dielektrisko konstanti (Dk) un zemu dielektrisko zudumu (Df), piemēram, PTFE un Rogers sēriju, efektīvi var samazināt enerģijas zudumu augstfrekvences signāliem diapazonā no 300 MHz līdz 3 GHz pārraides laikā samazināt signāla izkropļojumus un nodrošināt attālās un augstfrekvences sakaru un datu pārraides prasības.

Augsta precizitātes pretestības vadība uzlabo signāla integritāti

Precīzi projektējot līnijas platumu, līniju atstatumu un materiāla biezumu, pretestības toleranci var kontrolēt iekš ±3% līdz ±5%, panākot stabila atbilstību standarta pretestībām, piemēram, 50Ω/75Ω, novēršot signālu atstarošanos un stāvošo viļņu parādības, kā arī nodrošinot uzticamu RF un mikroviļņu augstfrekvences shēmu darbību.

Lieliska pretestība traucējumiem, piemērota sarežģītiem elektromagnētiskiem vides apstākļiem

Optimizēta vada struktūra (piemēram, mikrojoslas un lentveida vadu līnijas) un daudzslāņu zemējuma dizains samazina parazīto kapacitāti un induktivitāti, kā arī signāla savstarpējo ietekmi un elektromagnētisko starojumu (EMI). Kombinācijā ar lokālu metāla ekrānu tā pretojas ārējai elektromagnētiskajai ietekmei un ir piemērota situācijām, kurām tiek izvirzītas augstas prasības attiecībā uz elektromagnētisko saderību, piemēram, rūpniecības kontroles aprīkojumam un medicīniskajiem instrumentiem.

Lieliska adaptācija videi, atbilstoši grūtiem ekspluatācijas apstākļiem

Speciālais augstfrekvences pamatnes materiāls ir izturīgs pret augstām temperatūrām (virs 260 °C), ķīmisku koroziju un mitrumu. Apvienojumā ar stabila vara folijas saistīšanas procesu tas var uzturēt stabilu veiktspēju grūtos ekspluatācijas apstākļos, piemēram, vibrācijā un augstas zemas temperatūras ciklos, atbilstot automašīnu un militāro standartu ilgtermiņa darbības prasībām iekārtu drošībai.

Augsta integrācija atbalsta miniatūru dizainu

Atbalsta tiešsaistes plākšņu platības un atstarpes ar izmēru 3mil/3mil un zemāku, kā arī mazus caurumu diametrus. Tas ļauj sasniegt augstu blīvuma vadiem, atbilstot RF moduļu un 5G bāzes staciju komponentu mazizmēra un augsti integrētu produktu dizaina prasībām un ietaupot aprīkojuma vietu. un ietaupot aprīkojuma vietu.