PCB Frekuensi Tinggi

Apakah itu papan PCB frekuensi tinggi?

PCB frekuensi tinggi adalah sejenis PCB yang menggunakan substrat khusus dengan pemalar dielektrik rendah (Dk) dan kehilangan dielektrik rendah (Df), seperti siri PTFE dan Rogers. Ia memerlukan kawalan impedans yang ketat dan pendawaian dioptimumkan untuk mengurangkan parameter parasit. Ia direka khas untuk senario penghantaran isyarat frekuensi tinggi berkisar dari 300 MHz hingga 3 GHz. Papan litar bercetak berketepatan tinggi yang serasi secara meluas dengan peralatan dalam bidang seperti komunikasi, industri ketenteraan, perubatan penjagaan, dan elektronik pengguna.

Ciri-ciri PCB frekuensi tinggi

Ciri-ciri litar komunikasi frekuensi tinggi direka sekitar tiga keperluan utama iaitu kehilangan rendah, kestabilan tinggi, dan rintangan gangguan dalam penghantaran isyarat frekuensi tinggi yang berkisar dari 300 MHz hingga 3 GHz. Setiap ciri sepadan dengan pemilihan bahan tertentu, piawaian proses, dan nilai aplikasi. Berikut adalah pecahan terperinci:

Ciri substrat kehilangan rendah

Apabila isyarat frekuensi tinggi dipancarkan, kehilangan tenaga berlaku disebabkan oleh sifat dielektrik substrat. Ini merupakan perbezaan utama antara litar frekuensi tinggi dan PCB biasa.

Parameter Utama

· Pemalar dielektrik rendah (Dk): Pemalar dielektrik menentukan kelajuan penghantaran isyarat. Semakin rendah nilai Dk, semakin pantas kelajuan penghantaran isyarat dan semakin kecil lengahan isyarat. Nilai Dk untuk PCB frekuensi tinggi biasanya stabil antara 2.2 dan 4.5 (Dk substrat FR-4 biasa kira-kira 4.6 hingga 4.8), dan adalah perlu untuk memastikan kestabilan Dk di bawah suhu dan frekuensi yang berbeza bagi mengelakkan penyongsangan isyarat.

· Tangen kehilangan dielektrik rendah (Df): Nilai Df secara langsung mencerminkan kehilangan tenaga isyarat dalam substrat. Semakin rendah Df, semakin kecil kehilangan tersebut. Nilai Df untuk substrat PCB frekuensi tinggi biasanya kurang daripada 0.002 (nilai Df untuk fR-4 biasa kira-kira 0.02), yang boleh secara berkesan mengurangkan atenuasi isyarat dan sangat sesuai untuk penghantaran isyarat jarak jauh dan frekuensi tinggi.

Substrat tipikal

· PTFE (Politetrafluoroetilena): Dk≈2.1, Df≈0.0009, tahan suhu tinggi (melebihi 260℃), kestabilan kimia yang kuat, merupakan pilihan utama untuk aplikasi berkeperluan tinggi seperti industri ketenteraan dan komunikasi satelit.

· Siri Rogers (seperti RO4350B): Dk≈3.48, Df≈0.0037, dengan kestabilan impedans yang sangat baik, sesuai untuk stesen asas 5G dan modul RF.

· Papan resin epoksi frekuensi tinggi: Kos lebih rendah, Dk≈3.5-4.0, memenuhi keperluan asas komponen RF dalam elektronik pengguna.

Ciri kawalan impedans berketepatan tinggi

Isyarat frekuensi tinggi sangat sensitif terhadap perubahan impedans. Ketidaksepadanan impedans boleh menyebabkan pantulan isyarat, gelombang berdiri, dan distorsi, yang secara langsung mempengaruhi prestasi peralatan.

· Standard kawalan impedans: Nilai impedans yang biasa digunakan untuk PCB frekuensi tinggi ialah 50Ω dan 75Ω. Toleransi impedans harus dikawal dalam lingkungan ±3% hingga ±5%.

· Kaedah pelaksanaan: Dengan merekabentuk secara tepat empat parameter teras — lebar saluran, jarak saluran, ketebalan substrat, dan ketebalan foil tembaga — serta mengesahkannya menggunakan perisian simulasi elektromagnetik, memastikan kepersisan impedans. Sebagai contoh, nilai impedans bagi struktur jalur mikrolelar berkadar terus dengan lebar garisan dan berkadar songsang dengan ketebalan substrat. Ia perlu dilaraskan berulang kali untuk mencapai nilai sasaran.

Parameter parasit rendah dan ciri anti-gangguan

Dalam litar frekuensi tinggi, kapasitans dan induktans parasit pada wayar boleh mencipta sumber gangguan tambahan, yang menyebabkan silang gangguan isyarat atau pancaran elektromagnetik (EMI). Oleh itu, PCB frekuensi tinggi perlu direka bentuk dan dioptimumkan untuk mengurangkan kesan parasit.

Reka bentuk parameter parasit rendah

· Pendekkan panjang wayar, kurangkan pengudian berpusing-pusing, dan kurangkan induktans parasit;

· Tingkatkan jarak antara saluran isyarat atau gunakan jalur pengasingan bumi untuk mengurangkan kapasitans parasit;

· Struktur talian penghantaran khas seperti talian mikrostrip dan talian jalur digunakan untuk mengurangkan penggandingan elektromagnet antara isyarat dan persekitaran luar;

Keupayaan anti-gangguan elektromagnet (EMI)

· Tingkatkan bilangan lapisan bumi untuk membentuk "rongga perisai" dan menghalang gangguan elektromagnet luar;

· Lakukan perisai tempatan pada komponen sensitif untuk mengurangkan sinaran isyarat dalaman;

· Optimumkan susun atur bekalan kuasa dan pembumian untuk mengurangkan kesan hingar bekalan kuasa terhadap isyarat frekuensi tinggi.

Ciri-ciri kebolehsesuaian fizikal dan persekitaran yang sangat baik

Senario aplikasi PCB frekuensi tinggi kebanyakannya dalam bidang-bidang dengan keperluan persekitaran yang ketat seperti kawalan industri, penjagaan kesihatan, dan industri ketenteraan. Oleh itu, bahan asas dan proses perlu memenuhi keperluan tambahan prestasi fizikal

· Rintangan suhu tinggi: Sesetengah bahan asas boleh menahan suhu melebihi 260℃, memenuhi keperluan pemprosesan pematerian reflow dan pematerian gelombang, dan pada masa yang sama sesuai untuk pengendalian peralatan dalam persekitaran suhu tinggi secara berterusan.

· Ketahanan Kimia: Bahan asas mesti mempunyai ciri-ciri rintangan asid dan alkali serta rintangan lembapan untuk mencegah pengelupasan bahan asas dan pengoksidaan foil tembaga dalam persekitaran yang merbahaya.

· Kestabilan mekanikal: Foil tembaga mempunyai daya lekatan yang kuat dengan substrat, menjadikannya kurang berkemungkinan untuk terpelintir atau berubah bentuk, memastikan kebolehpercayaan peralatan dalam keadaan getaran dan hentakan.

Ciri ketepatan pengeluaran yang tinggi

Ketepatan teknologi pemprosesan PCB frekuensi tinggi jauh lebih tinggi berbanding PCB biasa. Keperluan proses utama termasuk:

· Lebar garisan/jarak antara garisan halus: Ia boleh mencapai lebar garisan dan jarak sebanyak 3mil/3mil (0.076mm/0.076mm) atau lebih halus, memenuhi keperluan pendawaian litar berketumpatan tinggi dan frekuensi tinggi.

· Pengeboran tepat: Diameter lubang minimum boleh mencapai 0.1mm, dan ralat kedudukan lubang dikawal dalam lingkungan ±0.01mm, mengelakkan perubahan galangan yang disebabkan oleh penyimpangan kedudukan lubang.

· Rawatan permukaan: Proses penyaduran emas dan perak kebanyakannya digunakan untuk mengurangkan kehilangan isyarat pada permukaan konduktor .

Substrat teras

Substrat adalah asas kepada PCB frekuensi tinggi dan secara langsung mempengaruhi kehilangan dan kestabilan penghantaran isyarat. Jenis dan parameter utama adalah seperti berikut:

Bahan foil tembaga

Isyarat frekuensi tinggi mempunyai kesan kulit, oleh itu pemilihan foil tembaga perlu mempertimbangkan kecekapan konduksi dan keperataan permukaan:

· Foil tembaga elektrolisis: Kos rendah, kekasaran permukaan sederhana, sesuai untuk kebanyakan senario PCB frekuensi tinggi;

· Foil tembaga bergulung: Permukaan yang lebih licin, kehilangan kesan kulit yang kurang, sesuai untuk peralatan frekuensi radio berfrekuensi tinggi dan berkepekaan tinggi;

· Ketebalan foil tembaga: Kebiasaannya digunakan adalah 1oz (35μm) atau ½oz (17.5μm). Foil tembaga yang nipis dapat mengurangkan induktans parasit dan lebih sesuai untuk pendawaian berketumpatan tinggi berfrekuensi tinggi.

Bahan rawatan permukaan

Rawatan permukaan PCB frekuensi tinggi perlu mengurangkan rintangan sentuh, mencegah pengoksidaan foil tembaga, dan mengelakkan gangguan terhadap penghantaran isyarat frekuensi tinggi

· Penyaduran emas (ENIG): Permukaan licin, rintangan pengoksidaan yang kuat, rintangan sentuh rendah, kesan kecil terhadap kehilangan isyarat frekuensi tinggi, sesuai untuk antara muka RF berketepatan tinggi.

· Penyaduran perak: Ia mempunyai kekonduksian elektrik yang lebih baik berbanding penyaduran emas dan kehilangan yang lebih rendah, tetapi mudah teroksida dan perlu digabungkan dengan lapisan anti-pengoksidaan. Sesuai untuk litar mikrogelombang frekuensi tinggi.

· Topeng solder organik (OSP): Ia mempunyai kos yang rendah dan proses yang mudah, tetapi rintangan suhu tingginya sederhana. Sesuai untuk PCB frekuensi tinggi dalam elektronik pengguna yang sensitif terhadap kos.

Atenuasi isyarat yang rendah memastikan kualiti pemancaran

Dengan menggunakan substrat khusus dengan pemalar dielektrik rendah (Dk) dan kehilangan dielektrik rendah (Df), seperti siri PTFE dan Rogers, kehilangan tenaga isyarat frekuensi tinggi yang berada dalam julat 300 MHz hingga 3 GHz semasa penghantaran boleh dikurangkan secara berkesan penyimpangan isyarat dapat dielakkan, dan keperluan untuk komunikasi dan pemindahan data jarak jauh serta frekuensi tinggi dapat dipenuhi.

Kawalan impedans berkemahiran tinggi meningkatkan integriti isyarat

Dengan merekabentuk lebar garisan, jarak antara garisan dan ketebalan substrat secara tepat, had ralat impedans dikawal dalam julat ±3% hingga ±5%, mencapai pencocokan stabil untuk impedans piawai seperti 50Ω/75Ω, mengelakkan pantulan isyarat dan fenomena gelombang berdiri, serta memastikan operasi litar frekuensi tinggi seperti RF dan gelombang mikro yang boleh dipercayai.

Kemampuan anti-gangguan yang kuat, sesuai untuk persekitaran elektromagnetik yang kompleks

Struktur pendawaian yang dioptimumkan (seperti talian mikrostrip dan talian pita) dan rekabentuk pelantar berbilang lapisan dapat mengurangkan kapasitans dan induktans parasit, serta sambungan silang isyarat dan pancaran elektromagnetik (EMI). Apabila digabungkan dengan perisai logam setempat, ia mampu menahan gangguan elektromagnetik luaran dan sesuai untuk senario yang mempunyai keperluan tinggi terhadap keserasian elektromagnetik, seperti peralatan kawalan industri dan instrumen perubatan.

Kesesuaian alam sekitar yang sangat baik, memenuhi keadaan kerja yang mencabar

Substrat khusus frekuensi tinggi mempunyai ciri rintangan suhu tinggi (di atas 260℃), rintangan kakisan kimia, dan rintangan lembapan. Digabungkan dengan proses pengikatan foil tembaga yang stabil, ia mampu mengekalkan prestasi yang stabil dalam persekitaran mencabar seperti gegaran dan kitaran suhu tinggi dan rendah, memenuhi keperluan operasi jangka panjang peringkat automotif dan peringkat tentera peralatan.

Sokongan integrasi tinggi memudahkan rekabentuk miniatur

Menyokong pemprosesan lebar dan jarak garisan halus sebanyak 3mil/3mil dan ke bawah, serta diameter lubang kecil. Ia boleh mencapai pendawaian berketumpatan tinggi, memenuhi keperluan reka bentuk produk yang berukuran kecil dan berintegrasi tinggi seperti modul RF dan komponen stesen asas 5G, serta menjimatkan ruang peralatan.