PCB me Frekuencë të Lartë

Çfarë është një PCB me frekuenci 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): Konstanta dielektrike përcakton shpejtësinë e transmetimit të sinjaleve. Sa më i ulët të jetë Dk, aqë më e lartë shpejtësia e transmetimit të sinjaleve dhe më e vogël vonimi i sinjalit. Vlera e Dk për PCB me frekuenci 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 reflekton drejtpërsëdrejti humbjen e energjisë së sinjalit në substrat. Sa më i ulët të jetë Df, aqë më e vogël humbja. Vlera e Df për substratet e PCB me frekuenci të lartë është në përgjithësi më e ulët 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, rezistente ndaj temperaturës së lartë (mbi 260℃), stabilitet kimik i fortë, është zgjedhja e parë për skenare me kërkesë të lartë si industrinë ushtarake dhe komunikimi me satelitë.

· Seria e Rogers (si RO4350B): Dk≈3.48, Df≈0.0037, me qëndrueshmëri të shkëlqyer të impedancës, e përshtatshme për stacionet bazë 5G dhe modulet RF.

· Tabela e rezinës së epoksit me frekuencë të lartë: Kusht më i ulët, Dk≈3.5-4.0, që plotëson kërkesat bazë të komponentëve RF në elektronikë konsumatori.

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 impendancës: Vlerat e zakonshme të impendancës për PCB-të me frekuencë të lartë janë 50Ω dhe 75Ω. Toleranca e impendancës duhet të kontrollohet në brendësi ±3% deri në ±5%.

· Metoda e zbatimit: Duke dizajnuar saktësisht katër parametra kryesorë - gjerësinë e vijës, largesinë midis vijave, trashësinë e materialit bazë dhe trashësinë e fletës së bakrit - dhe duke i verifikuar ato me softuer simulimi elektromagnetik, 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

· Shkurtimi i gjatësisë së telit, zvogëlimi i rrugës së palidhur dhe ulja e induksionit shtetas;

· Rritja e largësisë midis vijave të sinjaleve ose përdorimi i shiritave të izolimit me tokë për të zvogëluar kapacitetin shtetas;

· Përdorimi i strukturave të veçanta të vijave të transmetimit, si vijat mikrostrip dhe vijat me shirit, për të zvogëluar lidhjen elektromagnetike midis sinjaleve dhe botës së jashtme;

Aftësi kundër interferencës elektromagnetike (EMI)

· Rritja e numrit të shtresave të tokës për të formuar një "boshllëk mbrojtës" dhe bllokimin e pengesave elektromagnetike të jashtme;

· Kryej mbrojtje lokale mbi pjesët e ndjeshme për të zvogëluar rrezatimin e sinjaleve brenda sistemit;

· Optimizoni vendosjen e furnizimit me energji dhe të tokës për të zvogëluar ndikimin e zhurmës së furnizimit mbi 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 mund të rezistojnë temperaturë mbi 260℃, duke plotësuar kërkesat e përpunimit gjatë lidhjes me valë ose me metodën e rifluksit, dhe njëkohësisht të jenë të përshtatshme për funksionimit të gjatëkohësh të pajisjeve në mjedise me temperaturë të lartë.

· Resistent dhe Larg: 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 ashpra.

· Stabiliteti mekanik: Folja e bakrit ka një forcë të fortë ngjitjeje me substratin, gjë që e bën më pak të mundshme përmbysjen ose deformimin, duke siguruar besnikërinë e pajisjes në kushte vibrimi 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 hollë / hapësirë mes vijave: Mund të arrijë gjerësi dhe hapësira vijash 3mil/3mil (0,076 mm/0,076 mm) ose edhe më të holla, duke i plotësuar kërkesat e lidhjes për qarqet me dendësi të lartë dhe frekuencë të lartë.

· Përpunim i saktë i vathave: Diametri minimal i vathës mund të arrijë 0,1 mm, dhe toleranca e pozicionit të vathës kontrollohet brenda ±0,01 mm, duke shmangur ndryshimet e impendancës të shkaktuara nga devijimi i pozicionit të vathës.

· Trajtimi i sipërfaqes: Proceset e pluhurizimit me ar dhe argjend përdoren kryesisht për të zvogëluar humbjet e sinjaleve në sipërfaqen e përcjellësit .

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, kështu që zgjedhja e foljes së bakrit duhet të marrë parasysh si efikasitetin e përcjellësisë ashtu edhe rrafshësinë e sipërfaqes:

· Folje elektrolitike e bakrit: Kosto e ulët, rugozitet i mesëm i sipërfaqes, e përshtatshme për shumicën e skenareve të PCB me frekuencë të lartë;

· Folje e ruluar e bakrit: Sipërfaqe më e hladhë, humbje më të vogla nga efekti i lëkurës, e përshtatshme për pajisje me frekuencë radiofonike me frekuencë të lartë dhe ndjeshmëri të lartë;

· Trashësia e fletës së bakrit: Zakonisht përdoren 1oz (35μm) ose ½oz (17.5μm). Fleta e hollë e bakrit mund të zvogëlojë induktancën parazitare dhe është më e përshtatshme për kabllizim me dendësi të lartë dhe frekuencë 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.

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.