Høyfrekvens-PCB

Hva er en høyfrekvent PCB?

Høyfrekvent kretskort er en type kretskort som bruker spesialiserte substrater med lav dielektrisk konstant (Dk) og lav dielektrisk tap (Df), som for eksempel PTFE og Rogers-serien. Det krever streng impedanskontroll og optimalisert ledningsføring for å redusere parasittiske parametere. Det er spesielt utformet for høyfrekvente signaloverføringscenarioer fra 300 MHz til 3 GHz. Høyteknologiske trykte kretskort som er bredt kompatible med utstyr innen felt som kommunikasjon, militærindustri, medisinsk omsorg og konsumentelektronikk.

Egenskaper ved høyfrekvente kretskort

Egenskapene til høyfrekvente kommunikasjonskretser er utformet basert på de tre grunnleggende kravene lav tap, høy stabilitet og interferensmotstand ved overføring av høyfrekvente signaler fra 300 MHz til 3 GHz. Hver egenskap tilsvarer spesifikk materialevalg, prosessstandarder og bruksverdier. Nedenfor følger en detaljert oversikt:

Lavtapsegenskapen til substratet

Når høyfrekvente signaler overføres, oppstår energitap på grunn av dielektriske egenskaper til substratet. Dette er hovedforskjellen mellom høyfrekvente kretser og vanlige kretskort.

Nøkkelparametere

· Lav dielektrisk konstant (Dk): Dielektrisk konstant bestemmer hastigheten for signaloverføring. Jo lavere Dk-verdien, jo raskere er signaloverføringshastigheten og jo mindre er signalforsinkelse. Dk-verdien for høyfrekvens PCB substrater er vanligvis stabil mellom 2,2 og 4,5 (Dk for vanlige FR-4-substrater er ca. 4,6 til 4,8), og det er nødvendig å sikre stabilitet i Dk under ulike temperaturer og frekvenser for å unngå signaldistorsjon.

· Lav dielektrisk tappevinkel (Df): Df-verdien reflekterer direkte energitapet til signalet i substratet. Jo lavere Df, jo mindre tap. Df-verdien for høyfrekvens PCB-substrater er generelt mindre enn 0,002 (Df for vanlig FR-4 er ca. 0,02), noe som effektivt reduserer signaldemping og er spesielt egnet for langdistanse- og høyfrekvent signaloverføring.

Typisk substrat

· PTFE (Polytetrafluoroetylen): Dk≈2,1, Df≈0,0009, motstandsdyktig mot høye temperaturer (over 260℃), stor kjemisk stabilitet, er det førstevalget for kravstilfredstillende scenarier som militærindustri og satellittkommunikasjon.

· Rogers-serien (for eksempel RO4350B): Dk≈3,48, Df≈0,0037, med utmerket impedegstabilitet, egnet for 5G-basestasjoner og RF-moduler.

· Høyfrekvens epokselimtreplate: Lavere kostnad, Dk≈3,5–4,0, oppfyller grunnleggende krav for RF-komponenter i konsumentelektronikk.

Høypresisjonsimpedanskontroll egenskaper

Høyfrekvente signaler er svært følsomme for endringer i impedans. Impedanstatning kan føre til signalrefleksjon, stående bølger og forvrengning, noe som direkte påvirker ytelsen til utstyret.

· Impedanskontrollstandarder: De vanlig brukte impedansverdier for høyfrekvente PCB-er er 50Ω og 75Ω. Impedanstoleransen bør kontrolleres innenfor ±3 % til ±5 %.

· Gjennomføringsmetode: Ved nøyaktig å utforme fire kjerneparametere – ledningsbredde, ledningsavstand, substratytjukkelse og kobberfolietjukkelse – og bekrefte dem med elektromagnetisk simuleringsprogramvare, sikres impedanskonsistens. For eksempel er impedansverdien til en mikrobølgestriplederstruktur direkte proporsjonal med ledningsbredden og omvendt proporsjonal med substrat tykkelsen. Den må justeres gjentatte ganger for å nå målverdien.

Lave parasittiske parametere og god interferensmotstand

I høyfrekvente kretser kan den parasittiske kapasitansen og induktansen i ledninger skape ekstra interferenskilder, noe som fører til signaloverslag eller elektromagnetisk utstråling (EMI). Derfor må høyfrekvente PCB-er utformes og optimaliseres for å redusere parasittiske effekter.

Design med lave parasittiske parametere

· Forkort ledningslengden, reduser slingrende routing og sen parasittisk induktans;

· Øk avstanden mellom signalledninger eller bruk jordingsisolasjonsbånd for å redusere parasittisk kapasitans;

· Spesielle transmisjonslinjestrukturer som mikrobølgeledere og stripleder brukes for å redusere elektromagnetisk kobling mellom signaler og omverdenen.

Antistøy (EMI) egenskaper

· Øk antallet jordingslag for å danne en «skjermet hulrom» og blokkere ytre elektromagnetiske forstyrrelser;

· Utføre lokal skjerming av følsomme komponenter for å redusere intern signalstråling;

· Optimaliser strømforsynings- og jordingoppsettet for å redusere innvirkningen av støy fra strømforsyningen på høyfrekvente signaler.

Utmerkede fysiske og miljømessige tilpasningsegenskaper

Bruksscenariene for høyfrekvente PCB-er ligger for det meste i felt med strenge miljøkrav, som industriell kontroll, helsevesen og militærindustri. Derfor må basematerialet og prosessen oppfylle ytterligere fysiske ytelseskrav

· Høytemperatostand: Noen basematerialer kan tåle temperaturer over 260℃, og dermed oppfylle kravene til prosesser som reflow- og bølgelekting, samtidig som de er egnet for langvarig drift av utstyr i høytemperaturmiljøer.

· Kjemikaliebestandighet: Basematerialet må ha egenskaper som motstandsdyktighet mot syre og alkali, samt fuktbestandighet, for å forhindre delaminering av basematerialet og oksidering av kobberfolien i harde miljøer.

· Mekanisk stabilitet: Kobberfolien har en sterk bindningskraft til underlaget, noe som gjør det mindre sannsynlig at den vil krangle eller deformere, og sikrer påliteligheten til utstyret under vibrasjon og sjokkbetingelser.

Høy produksjonsnøyaktighetsegenskaper

Presisjonen i prosessteknologien for høyfrekvente PCB-er er mye høyere enn for vanlige PCB-er. De viktigste prosesskravene inkluderer:

· Fin linjebredde/linjeavstand: Den kan oppnå linjebredder og -avstander på 3mil/3mil (0,076 mm/0,076 mm) eller enda tynnere, og dermed oppfylle kravene til høytetthets- og høyfrekvenskretser.

· Presis boringer: Minimum bor diameter kan nå 0,1 mm, og hullposisjonstoleranse er kontrollert innen ±0,01 mm, for å unngå impedansendringer forårsaket av avvik i hullposisjon.

· Overflatebehandling: Guldforgylling og sølvgjøring prosesser er mest brukt for å redusere signal tap på lederoverflaten .

Kjerneunderlag

Underlaget er grunnlaget for høyfrekvente PCB-er og påvirker direkte signaloverføringstap og stabilitet. De mest brukte typene og parameterne er som følger:

Kobberfoliemateriale

Høyfrekvente signaler har en skineffekt, så valg av kobberfolie må ta hensyn til både ledningseffektivitet og overflateplanethet:

· Elektrolysk kobberfolie: Lav kostnad, moderat overflateruhet, egnet for de fleste høyfrekvens PCB-scenarier;

· Rullet kobberfolie: Jevnere overflate, mindre hud-effekt tap, egnet for høyfrekvent og høysensitiv radiofrekvensutstyr;

· Tykkelse på kopperfolie: Vanligvis brukt er 1oz (35μm) eller ½oz (17,5μm). Tynn kopperfolie reduserer parasittisk induktans og er mer egnet for tettpakket høyfrekvent kobling.

Overflatebehandlingsmaterialer

Overflatebehandling av høyfrekvente PCB-er må redusere kontaktresistans, forhindre oksidering av kopperfolie og unngå å påvirke overføring av høyfrekvente signaler

· Gullplatering (ENIG): Glatt overflate, god oksidasjonsmotstand, lav kontaktresistans, liten innvirkning på høyfrekvent signaltap, egnet for høypresisjons RF-grensesnitt.

· Sølvplatering: Har bedre elektrisk ledningsevne enn gullplatering og lavere tap, men er utsatt for oksidasjon og må kombineres med en antioksidasjonsbelegg. Egnet for høyfrekvente mikrobølgekretser.

· Organisk loddeplate (OSP): Har lav kostnad og enkel prosess, men middels motstand mot høy temperatur. Egnet for høyfrekvente PCB-er i konsumentelektronikk som er følsomme for kostnad.

Lav signaldempning sikrer overføringskvalitet

Ved å bruke dedikerte substrater med lav dielektrisk konstant (Dk) og lav dielektrisk tap (Df), som for eksempel PTFE og Rogers-serien, kan energitapet for høyfrekvente signaler i området fra 300 MHz til 3 GHz under overføring effektivt reduseres, signalforvrengning kan unngås, og kravene til langdistanse- og høyfrekvenskommunikasjon og dataoverføring kan oppfylles.

Høypresisjons impedanskontroll forbedrer signalkvaliteten

Ved nøyaktig å designe ledningsbredde, ledningsavstand og substratetykkelse, kontrolleres impedanstoleransen innenfor ±3 % til ±5 %, noe som oppnår stabil avstemming av standardimpedanser som 50Ω/75Ω, unngår signalrefleksjon og stående bølgefenomener, og sikrer pålitelig drift av høyfrekvenskretser som RF og mikrobølger.

Sterk immunitet mot interferens, egnet for komplekse elektromagnetiske miljøer

Den optimaliserte ledningsstrukturen (som mikrostrip- og båndledninger) og flerlags jordingsteknologi reduserer parasittisk kapasitans og induktans, samt signaloverslag og elektromagnetisk utstråling (EMI). I kombinasjon med lokal metallskjerming kan den motstå ekstern elektromagnetisk interferens og er egnet for scenarier med høye krav til elektromagnetisk kompatibilitet, som industriell styreelektronikk og medisinsk utstyr.

Utmerket miljøtilpasningsevne, oppfyller krav til krevende driftsbetingelser

Det dedikerte høyfrekvens-underlaget har høy temperaturmotstand (over 260 ℃), kjemisk korrosjonsbestandighet og fuktighetstål. Kombinert med en stabil kobberfolie-bondingprosess kan det sikre stabil ytelse i krevende miljøer som vibrasjoner og høye/lave temperatursykluser, og oppfyller kravene til langvarig drift på bilindustri- og militærnivå utstyr.

Støtte for høy integrasjon letter miniatyrisert design

Støtter behandling av fine linjebredder og avstander på 3mil/3mil og under, samt små hull-diametre. Kan oppnå høy tetthet i ledningsføring, og imøtekomme designkravene til miniatyriserte og svært integrerte produkter som RF moduler og 5G-basestasjonskomponenter, og spare utstyrsrom.