PCB me Frekuencë të Lartë

PCB-ja me frekuencë të lartë është një lloj PCB-je që përdor nënstratume të specializuara me konstante dielektrike të ulët (Dk) dhe humbje dielektrike të ulëta (Df), si PTFE dhe seria Rogers. Kërkon kontroll të shtrejtë të impedancës dhe skematizim të optimizuar për të zvogëluar parametrat parazitë. Ajo është projektuar specifike për skenarë transmetimi sinjalesh me frekuencë të lartë në diapazon prej 300 MHz deri në 3 GHz. Karta me saktësi të lartë elektronike, të përshtatshme gjerësisht me pajisje në fusha si komunikimi, industrinë ushtarake, mjekësia kujdes dhe elektronikë për konsumator.

Karakteristikat e PCB-së me frekuencë të lartë

Karakteristikat e qarqeve të komunikimit me frekuencë të lartë dizajnohen rreth tre kërkesave themelore: humbje të ulëta, stabilitet i lartë dhe rezistencë ndaj pengesave gjatë transmetimit të sinjaleve me frekuencë të lartë që variojnë nga 300 MHz deri në 3 GHz. Çdo karakteristikë korrespondon me zgjedhje specifike materiale, standarde procesesh dhe vlera aplikimi. Më poshtë është një analizë e detajuar:

Karakteristika e nënshtrirjes me humbje të ulëta

Kur transmetohen sinjale me frekuencë të lartë, ndodhin humbje energjie për shkak të vetive dielektrike të materialit bazë. Kjo është dallimi themelor midis qarkut me frekuencë të lartë dhe PCB-së të zakonshme.
Parametrat Kryesorë

· Konstante dielektrike e ulët (Dk): Konstantja dielektrike përcakton shpejtësinë e transmetimit të sinjalit. Sa më e ulët të jetë vlera e Dk-së, aq më e madhe është shpejtësia e transmetimit të sinjalit dhe aq më e vogël vonimi i sinjalit. Vlera e Dk-së për nënstratet e PCB-së me frekuencë të lartë

zakonisht është e qëndrueshme midis 2,2 dhe 4,5 (Dk e nënstrateve të zakonshme FR-4 është rreth 4,6 deri 4,8), dhe është e nevojshme të garantojmë qëndrueshmërinë e Dk-së nën temperatura dhe frekuencë të ndryshme për të shmangur deformimin e sinjalit.

· Tangjenti i humbjes dielektrike i ulët (Df): Vlera e Df-së pasqyron direkt humbjen e energjisë së sinjalit në nënstratë. Sa më e ulët të jetë Df-ja, aq më e vogël humbja. Vlera e Df-së për nënstratet e PCB-së me frekuencë të lartë zakonisht është më pak se 0,002 (Df e

fR-4 të zakonshme është rreth 0,02), gjë që mund të zvogëlojë në mënyrë efikase zhdukjen e sinjalit dhe është veçanërisht e përshtatshme për transmetim sinjalesh me distancë të gjatë dhe frekuencë të lartë.

Nënstrat tipik

· PTFE (Politetrafluoroetilen): Dk≈2.1, Df≈0.0009, rezistencë ndaj temperaturave të larta (mbi 260℃), stabilitet kimik i fortë, është zgjedhja e parë për skenarë me kërkesa të larta si industrinë ushtarake dhe komunikimin me satelit.

· Seria Rogers (si RO4350B): Dk≈3.48, Df≈0.0037, me stabilitet të shkëlqyeshëm të impedancës, e përshtatshme për stacione bazë 5G dhe module RF.

· Tabela e smaltit epoksidik me frekuencë të lartë: kushtet më të ulëta, Dk≈3.5-4.0, që plotësojnë kërkesat bazë të pjesëve RF në elektronikën e konsumatorit.

Karakteristikat e kontrollit të saktësisë së lartë të impedancës

Sinjalet me frekuencë të lartë janë jashtëzakonisht të ndjeshme ndaj ndryshimeve të impedancës. Mospërputhja e impedancës mund të shkaktojë pasqyrim sinjali, valë të palëvizshme dhe deformim, duke i prekur drejtpërdrejt performancën e pajisjeve.

· Standardet e kontrollit të impedancës: Vlerat e zakonshme të impedancës për PCB-të me frekuencë të lartë janë 50Ω (për transmetim RF/mikrovalë) dhe 75Ω (për transmetim video/kabll koaksial). Toleranca e impedancës duhet të kontrollohet

brenda ±3% deri në ±5% (toleranca e impedancës për PCB-të e zakonshëm është zakonisht ±10%).

· Metoda e zbatimit: Duke dizajnuar saktësisht katër parametra kryesore - gjerësi vije, largësi midis vijave, trashësi substrati dhe trashësi fletë bakri - dhe duke i verifikuar ato me softuer simulimi elektromagnetik (si ADS, HFSS),

sigurohet konzistenca e impedancës. Për shembull, vlera e impedancës së një strukture vije mikrotrajte është direkt proporcionale me gjerësinë e vijës dhe në mënyrë të kundërt proporcionale me trashësinë e substratit. Kjo kërkon rregullime të shumta për të

arritur vlerën e synuar.

Parametra të ulët parasitarë dhe karakteristika kundër zhurmës

Në qarkjet me frekuencë të lartë, kapaciteti dhe induktiviteti parasitar i telave mund të krijojnë burime shtesë zhurme, duke çuar në kryqëzim sinjali ose nxehtësi elektromagnetike (EMI). Prandaj, PCB-të me frekuencë të lartë duhet të dizajnohen

dhe optimizohen për të zvogëluar efektet parasitare.

Dizajnim me parametra të ulët parasitarë

Shkurtoni gjatësinë e telit, zvogëloni routimin tërthor dhe ulni induktancën parazite;

Rrisni largesinë midis vijave të sinjaleve ose përdorni shiritë izolimi tokësuese për të zvogëluar kapacitancën parazite;

Përdoren struktura speciale të vijave transmetuese si vijat mikrotrajte dhe vijat lentësh për të zvogëluar lidhjen elektromagnetike midis sinjaleve dhe botës së jashtme.

Aftësi kundër interferencës elektromagnetike (EMI)

Rrisni numrin e shtresave të tokësimit për të formuar një "boshllëk mbrojtës" dhe bllokuar interferencën elektromagnetike të jashtme;

Kryeni mbrojtje lokale në komponentët e ndjeshëm (si çipat RF) për të zvogëluar ngritjen e brendshme të sinjaleve;

Optimizoni vendosjen e furnizimit me energji dhe tokësimin për të zvogëluar ndikimin e zhurmës së energjisë në sinjalet me frekuencë të lartë.

Karakteristika të shkëlqyera fizike dhe të adaptueshmërisë ndaj mjedisit

Skedarët e aplikimit të PCB-ve me frekuencë të lartë janë kryesisht në fusha me kërkesa të ashpra mjedisore si kontrolli industrial, kujdesja mjekësore dhe industria ushtarake. Prandaj, materiali bazë dhe procesi duhet të plotësojnë

kërkesa shtesë për performancën fizike

· Rezistencë ndaj temperaturës së lartë: Disa materiale bazë (si PTFE, Rogers) mund të durojnë temperatura mbi 260℃, duke i përshtatur kërkesave të procesimit gjatë lidhjes me valë ose me reflux, si dhe të

funksionimit të gjatëkohësh të pajisjeve në mjedise me temperaturë të lartë.

· Rezistencë ndaj kimikateve: Materiali bazë duhet të ketë karakteristikat e rezistencës ndaj acidit, alkalive dhe lagështisë, për të parandaluar shkëputjen e shtresave të materialit bazë dhe oksidimin e fletës së bakrit në mjedise të rënda.

· Stabiliteti mekanik: Folia e bakrit ka një forcë të fortë lidhjeje me bazën, gjë që e bën më pak të mundshme përmbysjen ose deformimin, duke siguruar besueshmërinë e pajisjes në kushte vibrimesh dhe goditjesh.

Karakteristikat e saktësisë së lartë prodhimi

Saktësia e teknologjisë së përpunimit të PCB-ve me frekuencë të lartë është shumë më e lartë sesa ajo e PCB-ve të zakonshëm. Kërkesat kryesore të procesit përfshijnë:

· Gjerësi e hovave / hapësira e hovave: Mund të arrihet gjerësi hovash dhe hapësira 3mil/3mil (0.076mm/0.076mm) ose edhe më të holla, duke plotësuar kërkesat e lidhjes për qarqet me dendësi të lartë dhe frekuencë të lartë.

· Punim i saktë me thikëzim: Diametri minimal i vrimës mund të arrijë 0,1 mm, dhe toleranca e pozicionit të vrimës kontrollohet brenda ±0,01 mm, duke shmangur ndryshimet e impedancës të shkaktuara nga devijimi i pozicionit të vrimës.

· Përpunimi i sipërfaqes: Proceset e pluhurimit me ar dhe argjend përdoren kryesisht për të zvogëluar humbjen e sinjalit në sipërfaqen e përcjellësit (efekti i shtresës së jashtme shkakton që sinjalet me frekuencë të lartë të përqendrohen në sipërfaqen e përcjellësit, dhe një sipërfaqe e lëmuar

përpunimi mund të zvogëlojë humbjen).

Nënstrukturë bërthamore

Nënstruktura është themele e PCB-ve me frekuencë të lartë dhe ndikon drejtpërdrejt në humbjen e transmetimit të sinjalit dhe stabilitetin. Llojet kryesore dhe parametrat janë si më poshtë:

Material folje bakri

Sinjalet me frekuencë të lartë kanë efekt lëkure (sinjalet përqendrohen në sipërfaqen e përcjellësit për transmetim), kështu që zgjedhja e fletës së bakrit duhet të ketë parasysh si efikasitetin e përcjellshmërisë ashtu edhe rrafshësinë e sipërfaqes:

Fletë bakri elektrolitike: Kostë e ulët, rugozitet i mesëm i sipërfaqes, e përshtatshme për shumicën e skenarëve të pllakave PCB me frekuencë të lartë;

Fletë bakri të ruluar: Sipërfaqe më të rrjedhshme, humbje më të vogla nga efekti i lëkurës, e përshtatshme për pajisje radiofrekuence me frekuencë të lartë dhe sensitivitet të lartë;

Trashësia e fletës së bakrit: Zakonisht përdoren 1 oz (35 μm) ose ½ oz (17,5 μm). Fletët e holla të bakrit mund të zvogëlojnë induktancën parasitare dhe janë më të përshtatshme për kabllime me frekuencë të lartë dhe me dendësi të lartë.

Materialet e trajtimit të sipërfaqes

Trajtimi i sipërfaqes së PCB-ve me frekuencë të lartë duhet të reduktojë rezistencën e kontaktit, të parandalojë oksidimin e fletës së bakrit dhe të shmangë ndikimin në transmetimin e sinjaleve me frekuencë të lartë

· Plumbimi me ar (ENIG): Sipërfaqe e lëmuar, rezistencë e fortë ndaj oksidimit, rezistencë e ulët kontakti, ndikim i vogël në humbjen e sinjaleve të frekuencës së lartë, i përshtatshëm për ndërfaqet RF me saktësi të lartë.

· Plumbimi me argjend: Ka përcjellshmëri elektrike më të mirë sesa plumbimi me ar dhe humbje më të ulëta, por është i prirur për t'u oksiduar dhe ka nevojë të kombinohet me një shtresë kundër oksidimit. Përshtatet për qarqet mikrovalore me frekuencë të lartë.

· Maskë organike e kantit (OSP): Ka kosto të ulët dhe proces të thjeshtë, por rezistenca e tij ndaj temperaturës së lartë është mesatare. Përshtatet për PCB-të me frekuencë të lartë në elektronikën e konsumatorit që janë të ndjeshëm ndaj kostos.

Bërthama e dizajnit të PCB-së me frekuencë të lartë është ruajtja e integritetit, humbjes së ulët dhe performancës kundër ndërhyrjes së sinjaleve që variojnë nga 300 MHz deri në 3 GHz. Është e nevojshme të kontrollohet me saktësi nga disa dimensione si zgjedhja e materialit bazë, kontrolli i impendencës, vendosja e trasave dhe mbrojtja me tokëzim. Masat e kujdesit specifike janë si më poshtë:

Zgjedhja e saktë e materialeve bazë

Jepni prioritet zgjedhjes së nënstratave të specializuara me Dk të ulët (2.2-4.5) dhe Df të ulët (< 0.002) (si PTFE, Rogers RO4350B), dhe shmangni përdorimin e nënstratave të zakonshëm FR-4 për të parandaluar zvogëlimin e tepërt të sinjaleve me frekuencë të lartë.

Është e nevojshme të konfirmoni stabilitetin e vlerës së Dk të nënstratit brenda diapazonit të temperaturës dhe frekuencës operative për të shmangur zhvendosjen e impedancës si pasojë e ndryshimeve mjedisore.

Kontrolli i impedancës është i shtrejtë në tërë procesin

Marrëdhënia korresponduese midis gjerësisë së vijës, largësisë midis vijave, trashësisë së nënstratit dhe impedancës llogaritet paraprakisht përmes softuerit të simulimit elektromagnetik (si ADS, HFSS). Impedancat e zakonshme të synuara janë

50Ω (për transmetim RF) dhe 75Ω (për transmetim video).

Toleranca e impedancës duhet të kontrollohet brenda ±3% deri në ±5%. Kur bëhet lidhja, shmangni ndryshimet e papritura të gjerësisë së vijës dhe kthesat kënddrejta për të parandaluar reflektimin e sinjalit si pasoje e jo vazhdimësisë së impedancës.

Linjat e sinjaleve me frekuencë të lartë duhet të rregullohen sa më shumë si linja mikrostrip të sipërfaqes ose linja stripline të brendshme, për të zvogëluar fluktuacionet e impedancës që shkaktohen nga media e papajisur.

Optimizoni parametrat parazitë për vendosjen e lidhjeve

Shkurtoni gjatësinë e gjurmëve me frekuencë të lartë: Evitoni qarkullimin e gjatë, zvogëloni induktancën parazite dhe minimizoni vonimin e sinjalit dhe rrezatimin.

Rrisni largësinë midis linjave të sinjaleve: Largësia midis linjave me frekuencë të lartë duhet të jetë ≥3 herë gjerësia e linjës, ose duhet të përdoret një bandë izolimi tokëzimi për të zvogëluar kapacitancën parazite dhe interferencën e sinjaleve.

Mos i bëni paralele ose të kryqëzuara linjat: Rruga paralele është e prirur për interferencë të lidhur. Rruga e kryqëzuar duhet të izolohet përmes një shtresë toke ose duhet të përdoret një metodë kryqëzimi vertikale.

Rregullimi i komponentëve në afërsi: Pajisjet me frekuencë të lartë, si çipet RF, antenat dhe lidhësit, duhet të rregulohen ngushtë për të zvogëluar gjatësinë e shtigjeve me frekuencë të lartë.

Dizajni i tokësimit dhe mbrojtjes rrit aftësinë kundër pengesave

Për panelet me shumë shtresa, rekomandohet të prioritizohet dizajni i shtresave të plota të tokës: Shtresa e tokës mund të shërbejë si shteg kthimi për sinjalet, duke ulur impedancën e unazës dhe njëkohësisht duke mbrojtur nga pengesat e sinjaleve midis shtresave.

Panelet me një shtresë duhet të mbulohen me sipërfaqe të mëdha për të zvogëluar rezistencën e tokësimit.

Mbrojtja lokale e komponentëve të ndjeshëm: Për komponentët kryesorë si përforcuesit RF dhe oscilatorët, mund të dizajnohen kapakë mbrojtës metalikë për të bllokuar pengesat elektromagnetike (EMI) nga jashtë dhe ngritjen e sinjaleve nga brenda.

Ndarja e tokës digitale dhe të tokës me frekuencë të lartë: Toka me sinjale me frekuencë të lartë dhe toka e qarkut digital duhet të lidhen në një pikë të vetme për të parandaluar kalimin e zhurmës digitale në shtegun e sinjalit me frekuencë të lartë.

Dizajni i furnizimit me energji dhe i filtrit zvogëlon zhurmën

Qarqet me frekuencë të lartë janë të ndjeshëm ndaj zhurmës së furnizimit me energji. Prandaj, kondensatorët filtrues me frekuencë të lartë (si për shembull kondensatorë keramikë 0,1μF + kondensatorë tantal 10μF) duhet të lidhen në paralel në hyrjen e burimit të energjisë dhe

pranë pineve të furnizimit me energji të çipit për të filtruar zhurmën me frekuencë të lartë nga furnizimi me energji.

Lidhjet elektrike për furnizimin me energji duhet të jenë të shkurtër dhe të gjera për të zvogëluar impedancën e telave dhe për të shmangur lidhjen e zhurmës së furnizimit me sinjale me frekuencë të lartë.

Procesi i prodhimit është i përputhshëm me trajtimin sipërfaqësor

Zgjidhni një teknologji përpunimi që mbështet gjerësinë e vijës së hollë/sipas hapit (3mil/3mil dhe më pak) dhe gurgullim të saktë (tolerancë diametri i vrimës ±0,01mm) për të plotësuar kërkesat e saktesisë për PCB-të me frekuencë të lartë.

Për trajtimin e sipërfaqes, parapëlqehen galvanizimi me ar dhe me argjend: Sipërfaqja e galvanizuar me ar është e lëmuar dhe ka rezistencë të ulët kontakti. Galvanizimi me argjend ka përçueshmëri elektrike të mirë dhe humbje të ulët nga efekti i lëkurës, gjë që e bën të përshtatshme për skenare të frekuencave të larta.

të mos përdoren proceset OSP me veti të dobëta antioksiduese në zonën kryesore të frekuencave të larta.

Dizajni termik përshtatet me kërkesat e temperaturave të larta

Disa substrate me frekuencë të lartë (si PTFE) kanë përçueshmëri termike të dobët. Prandaj, është e nevojshme të dizajnohet racionalisht shtegu i ftohjes ose të përdoren paketa termokonduktive për të parandaluar deformimin e substratit dhe

rënie të performancës si pasojë e nxehtësisë që gjenerohet nga pajisjet me fuqi të lartë.

Ulja e vogël e sinjalit siguron cilësinë e transmetimit

Duke përdorur nënstratum të specializuar me konstante dielektrike të ulët (Dk) dhe humbje dielektrike të ulët (Df), si PTFE dhe seritë Rogers, humbja e energjisë së sinjaleve me frekuencë të lartë në diapazonin 300 MHZ deri në 3GHz gjatë transmetimit mund të zvogëlohet efikasisht

mund të shmangen deformimet e sinjaleve, dhe mund të plotësohen kërkesat për komunikim dhe transmetim të dhënash me distancë të gjatë dhe frekuencë të lartë.

Kontrolli i saktë i impedancës përmirëson integritetin e sinjalit

Duke dizajnuar saktësisht gjerësinë e vijës, hapësirën midis vijave dhe trashësinë e nënstratumit, toleranca e impedancës kontrollohet brenda ±3% deri në ±5%, duke arritur përputhjen e qëndrueshme të impedancave standarde si 50Ω/75Ω, duke shmangur reflektimin e sinjalit

dhe dukuritë e valëve të qëndrueshme, dhe duke siguruar funksionimin e besueshëm të qarkove me frekuencë të lartë si RF dhe mikrovalët.

Aftësi e fortë kundër ndërhyrjes, e përshtatshme për mjedise elektromagnetike komplekse

Struktura e optimizuar e kabllave (si p.sh. vijat mikrostrip dhe vijat lentë) dhe dizajni me shumë shtresa tokësimi mund të zvogëlojnë kapacitetin dhe induktivitetin parazit, si dhe kryqëzimin e sinjaleve dhe ngritjen elektromagnetike (EMI). Në kombinim

me bllokimin lokal metalik, mund të rezistojë ndaj ndërhyrjes elektromagnetike nga jashtë dhe është i përshtatshëm për skenar të cilët kanë kërkesa të larta për përputhshmëri elektromagnetike, si pajisjet e kontrollit industrial dhe instrumentet mjekësore.

Përshtatje e shkëlqyeshme me ambientin, që plotëson kushtet e rrepta të funksionimit

Nënstrati i veçantë për frekuencë të lartë karakterizohet nga rezistenca ndaj temperaturës së lartë (mbi 260℃), rezistenca ndaj korrozionit kimik dhe rezistenca ndaj lagështirës. Së bashku me një proces të qëndrueshëm të lidhjes së foltit bakri, mund të ruajë të

performanca të qëndrueshme në ambiente të rrepta si vibracionet dhe ciklet e temperaturës së lartë dhe të ulët, duke plotësuar kërkesat për funksionim afatgjatë për pajisje të klasës automobilistike dhe ushtarake

ekipim.

Mbështetja e integrimi të lartë lehtëson dizajnimin miniatur

Mbështet përpunimin e gjerësive dhe hapave të imët të 3mil/3mil dhe më poshtë, si dhe diametrat e vogël të vathëve. Mund të arrijë një kabllozim me dendësi të lartë, duke plotësuar kërkesat e dizajnit të produkteve miniaturike dhe me integrim të lartë si RF

modulet dhe pjesët e stacioneve bazë 5G, dhe kursimi i hapësirës së pajisjeve.