PCB visoke učestanosti

Високofреквентна штампана плоча је врста штампане плоче која користи посебне супстрате са ниским диелектричним константама (Dk) и ниским губицима услед диелектрика (Df), као што су PTFE и Рогерс серија. Захтева строгу контролу импедансе и оптимизовано проводљење ради смањења паразитских параметара. Посебно је дизајнирана за сценарије преноса високofреквентних сигнала у опсегу од 300 MHz до 3 GHz. Високотачанске штампане плоче опште су употребе са опремом у областима као што су комуникације, војна индустрија, медицинска нега и потрошачка електроника.

Карактеристике високofреквентних штампаних плоча

Карактеристике високofреквентних комуникационих кола дизајниране су око три кључна захтева: ниске губитке, високу стабилност и отпорност на интерференцију приликом преноса високofреквентних сигнала у опсегу од 300 MHz до 3 GHz. Свака карактеристика одговара специфичном избору материјала, стандардима процеса и применљивим вредностима. У наставку је детаљнији распоред:

Карактеристика подлоге са ниским губицима

Приликом преноса високofреквентних сигнала, губици енергије настају због диелектричних својстава подлоге. Ово је основна разлика између високofреквентних кола и обичних штампаних плоча.
Ključni Parametri

· Низак диелектрични констант (Dk): Диелектрични констант одређује брзину преноса сигнала. Што је нижа вредност Dk-а, већа је брзина преноса сигнала и мање кашњење сигнала. Вредност Dk-а супстрата високих фреквенција обично је стабилна између 2,2 и 4,5 (Dk уобичајених FR-4 супстрата је приближно 4,6 до 4,8), а неопходно је обезбедити стабилност Dk-а на различитим температурама и фреквенцијама како би се избегло изобличење сигнала.

супстрата је обично стабилна између 2,2 и 4,5 (Dk уобичајених FR-4 супстрата је приближно 4,6 до 4,8), а неопходно је обезбедити стабилност Dk-а на различитим температурама и фреквенцијама како би се избегло изобличење сигнала.

· Низак тангенс угла диелектричних губитака (Df): Вредност Df-а директно одражава губитак енергије сигнала у супстрату. Што је нижа вредност Df-а, мањи су губици. Вредност Df-а супстрата високих фреквенција је генерално мања од 0,002 (Df обичног FR-4 је око 0,02), што ефикасно смањује атенуацију сигнала и посебно је погодно за пренос сигнала на велике даљине и високим фреквенцијама.

обичног FR-4 је око 0,02), што ефикасно смањује атенуацију сигнала и посебно је погодно за пренос сигнала на велике даљине и високим фреквенцијама.

Типичан супстрат

·PTFE (Politetrafluoroetilen): Dk≈2,1, Df≈0,0009, otpornost na visoke temperature (iznad 260℃), jaka hemijska stabilnost, prvi izbor za zahtevne primene kao što su vojna industrija i satelitska komunikacija.

· Rogers serija (npr. RO4350B): Dk≈3,48, Df≈0,0037, sa odličnom stabilnošću impedanse, pogodna za 5G bazne stanice i RF module.

· Ploča od epoksidne smole za visoke frekvencije: niža cena, Dk≈3,5-4,0, ispunjava osnovne zahteve za RF komponente u potrošačkoj elektronici.

Karakteristike visokoprecizne kontrole impedanse

Visokofrekventni signali su izuzetno osetljivi na promene impedanse. Nepodudaranje impedanse može izazvati refleksiju signala, stojne talase i izobličenja, direktno utičući na performanse opreme.

· Standardi kontrole impedanse: Uobičajene vrednosti impedanse za visokofrekventne štampane ploče su 50Ω (za RF/mikrotalasnu prenos) i 75Ω (za video/kablovski koaksijalni prenos). Tolerancija impedanse treba da bude kontrolisana

unutar ±3% до ±5% (дозвољено отпорно одступање за обичне штампане плоче углавном је ±10%).

· Начин имплементације: Прецизним пројектовањем четири кључна параметра – ширине линије, размака између линија, дебљине супстрата и дебљине бакарне фолије – и потврђивањем помоћу софтвера за електромагнетску симулацију (као што су ADS, HFSS),

осигурава се конзистентност импедансе. На пример, вредност импедансе структуре микротрака пропорционална је ширини линије, а обрнуто пропорционална дебљини супстрата. Потребно је више пута подешавати да би се

достигла циљна вредност.

Ниски паразитни параметри и карактеристике отпорности на интерференцију

На високим фреквенцијама, паразитна капацитивност и индуктивност жица може створити додатне изворе сметњи, што доводи до крос-тачка или електромагнетног зрачења (EMI). Стога, штампане плоче на високим фреквенцијама морају бити пројектоване

и оптимизоване како би се смањили паразитни ефекти.

Пројектовање са ниским паразитним параметрима

Скраћивање дужине жице, смањивање зачкољастог вођења и смањење паразитске индуктивности;

Повећање размака сигнала или коришћење трака за изолацију земље за смањење паразитске капацитивности;

Користе се специјалне структуре преносних линија, као што су микротраке и траке, како би се смањило електромагнетско спрегање између сигнала и спољашњег света.

Способност против електромагнетних сметњи (EMI)

Повећање броја слојева заземљења како би се формирао „штитни простор“ и блокирао спољашњи електромагнетни утицај;

Извршити локално екранирање осетљивих компоненти (као што су РФ чипови) како би се смањило унутрашње зрачење сигнала;

Оптимизација извора напајања и распореда заземљења ради смањења утицаја буке напајања на високofреквенцијалне сигнале.

Изузетна физичка и еколошка прилагодљивост

Сценарије примене високих фреквенција ППМ-а су углавном у областима са строгим захтевима за околином, као што су индустријска контрола, медицинска заштита и војна индустрија. Стога, основни материјал и процес морају да задовоље

додатне захтеве за физичким перформансама

· Отпорност на високе температуре: Неки основни материјали (као што су ПТФЕ, Роджерс) могу да издрже температуре изнад 260℃, испуњавајући захтеве за процесима рефлуксног и таласног лемљења, као и да буду погодни за

дугорочно радно опремање у срединама са високим температурама.

· Отпорност на хемикалије: Основни материјал мора имати карактеристике отпорности на киселине и базе и отпорности на влажност, како би се спречило одламбање основног материјала и оксидација бакарне фолије у неповољним условима.

· Механичка стабилност: Бакарна фолија има јаку адхезију према супстрату, због чега је мање склона изобличењу или деформацији, чиме се осигурава поузданост опреме у условима вибрација и ударних оптерећења.

Карактеристике високе прецизности израде

Тачност технологије обраде високofреквентних штампаних плоча је много већа него код обичних штампаних плоча. Кључни захтеви процеса укључују:

· Мала ширина линије/размак између линија: Може постићи ширину линије и размак од 3mil/3mil (0,076mm/0,076mm) или чак тање, испуњавајући захтеве за повезивање у високодензитетним и високofреквентним колима.

· Прецизно бушење: Минимални пречник рупе може достићи 0,1 mm, а толеранција позиције рупе је контролисана у оквиру ±0,01 mm, чиме се избегавају измене импедансе изазване померањем позиције рупе.

· Обрада површине: Најчешће се користе процеси златног и сребреног премаза како би се смањио губитак сигнала на површини проводника (ефекат коже узрокује да се високofреквенцијски сигнали концентрисају на површини проводника, а равна површина

обрађена површина може смањити губитак).

Основни супстрат

Супстрат је основа високofреквенцијских штампаних плоча и директно утиче на губитак преноса сигнала и стабилност. Најчешћи типови и параметри су следећи:

Материјал бакарне фолије

Сигнали високе учестаности имају ефекат коже (сигнали су концентрисани на површини проводника за пренос), па избор бакарне фолије мора узети у обзир и ефикасност провођења и равнину површине:

Електролитска бакарна фолија: Низак трошак, умерена храпавост површине, погодна за већину сценарија високих учестаности ППП-а;

Ваљана бакарна фолија: Глатка површина, мање губитке услед ефекта коже, погодна за опрему радио фреквенције високе учестаности и високе осетљивости;

Дебљина бакарне фолије: Уобичајене су 1oz (35μm) или ½oz (17.5μm). Танка бакарна фолија може смањити паразитску индуктивност и погоднија је за густо високofреквентно жицкање.

Материјали за обраду површине

Обрада површине ППП-а високе учестаности мора смањити контактни отпор, спречити оксидацију бакарне фолије и избећи утицај на пренос сигнала високе учестаности

· Златно прекривање (ENIG): Глатка површ, јака отпорност на оксидацију, низак отпор контакта, мали утицај на губитак високих фреквенција, погодно за високо прецизне РФ интерфејсе.

· Плакирање сребром: Има бољу електричну проводљивост од плакирања златом и нижи губитак, али је склон оксидацији и мора бити комбиновано са заштитним слојем против оксидације. Погодно је за високе фреквенције микроталасне кола.

· Органски отпорник за лемљење (OSP): Низак трошак и једноставан процес, али просечна отпорност на високу температуру. Погодно за високе фреквенције ППП у потрошачкој електроници која је осетљива на цену.

Срж дизајна високих фреквенција ППП је осигурање интегритета, ниског губитка и имунитета на интерференцију сигнала у опсегу од 300 MHz до 3 GHz. Неопходно је строго контролисати више димензија као што су избор супстрата, контрола импедансе, распоред вођења и заштитно екранирање. Конкретне напомене су следеће:

Прецизан избор основних материјала

Дајте приоритет избору посебних супстрата са ниским Dk (2,2-4,5) и ниским Df (< 0,002) (као што су PTFE, Rogers RO4350B) и избегавајте употребу обичних FR-4 супстрата како бисте спречили прекомерно ослабљење сигнала високе учестаности.

Неопходно је потврдити стабилност вредности Dk супстрата у радном температурном и фреквенцијском опсегу како бисте спречили померање импедансе услед промена у средини.

Контрола импедансе је строга током целокупног процеса

Однос између ширине линије, размака линија, дебљине супстрата и импедансе рачуна се унапред помоћу софтвера за електромагнетску симулацију (као што су ADS, HFSS). Најчешће коришћене циљне импедансе су

50Ω (за РF пренос) и 75Ω (за пренос видеа).

Толеранција импедансе треба да буде у опсегу ±3% до ±5%. Приликом вођења линија, избегавајте нагле промене ширине линије и правоугаоне закривљености како бисте спречили рефлексију сигнала услед прекида импедансе.

Линије високих фреквенција треба што је више могуће организовати као површинске микротраке или унутрашње равне траке како би се смањиле импедансне флуктуације изазване неједнаким медијумом.

Оптимизујте паразитне параметре за распоред жица

Скратите дужину трака високих фреквенција: Избегавајте дугачке кола, смањите паразитну индуктивност и минимизујте кашњење и зрачење сигнала.

Повећајте размак између линија сигнала: Размак између линија високих фреквенција треба да буде ≥3 пута већи од ширине линије, или треба користити траку за земљу за изолацију како би се смањила паразитна капацитивност и међусобна интерференција сигнала.

Избегавајте паралелне и укрштене линије: Паралелно вођење подложно је спрегнутим интерференцијама. Укрштање мора бити изоловано кроз слој земље или треба применити вертикални метод укрштања.

Распоред компоненти у близини: Уређаји високих фреквенција као што су РФ чипови, антене и конектори треба да буду гушће распоређени ради смањења дужине путања високих фреквенција.

Projektovanje uzemljenja i ekraniranja poboljšava sposobnost protiv smetnji

Za višeslojne ploče, preporučuje se da se prvenstveno osigunaju potpuni slojevi uzemljenja: Sloj uzemljenja može poslužiti kao povratna putanja signala, smanjujući impedansu petlje i istovremeno štiteći od smetnji signala između slojeva.

Jednoslojne ploče treba postaviti preko velike površine kako bi se smanjio otpor uzemljenja.

Lokalno ekraniranje osetljivih komponenti: Za ključne komponente poput RF pojačavača i oscilatora, mogu se projektovati metalni ekranirajući poklopci koji blokiraju spoljašnje elektromagnetne smetnje (EMI) i unutrašnje zračenje signala.

Odvajanje digitalnog uzemljenja i visokofrekventnog uzemljenja: Visokofrekventno uzemljenje i uzemljenje digitalnog kola moraju biti povezani u jednoj tački kako bi se sprečilo spajanje digitalnog šuma u visokofrekventnu signalnu stazu.

Projektovanje napajanja i filtera smanjuje buku

Кола високе учестаности су осетљива на буку напајања. Стога, кондензаторе високе учестаности (као што су керамички кондензатори од 0,1μF + тантални кондензатори од 10μF) треба повезати паралелно на улазу напајања и

поред извода напајања чипа како би се филтрирала високofреквентна бука из напајања.

Проводници напајања треба да буду кратки и шири да би се смањила импеданса проводника и избегло спрегање буке напајања са високofреквентним сигналом.

Процес производње је компатибилан са обрадом површине

Одаберите технологију обраде која подржава танке линије/размак између линија (3mil/3mil и испод) и прецизно бушење (толеранција пречника рупе ±0,01mm) како би се испунила прецизност захтевана за високofреквентне штампане плоче.

За обраду површине, преферирано је златно и сребрно прекривање: површина прекривена златом је глатка и има низак отпор контакта. Сребрно прекривање има добру електричну проводљивост и низак губитак услед ефекта коже, због чега је погодно за високе

фреквенције. Избегавајте коришћење OSP процеса са лошим антиоксидансним особинама у кључном високofреквентном подручју.

Термички дизајн прилагођен је захтевима високих температура

Неки високofреквентни супстрати (као што је PTFE) имају лошу топлотну проводљивост. Стога је неопходно разумно дизајнирати пут расипања топлоте или користити топлотно проводне подлоге како би се спречила деформација супстрата и

деградација перформанси услед топлоте коју генеришу уређаји са великим снагама.

Низак атенуација сигнала осигурава квалитет преноса

Коришћењем посебних супстрата са ниским диелектричним константама (Dk) и ниским губицима у диелектрику (Df), као што су PTFE и серија Рожерс, губитак енергије високofреквентних сигнала у опсегу од 300 MHz до 3 GHz током преноса може се ефикасно

смањити, избећи деформацију сигнала и испунити захтеве за дугорочном и високofреквентном комуникацијом и преносом података.

Контрола импедансе високе прецизности побољшава целину сигнала

Тачним пројектовањем ширине линије, размака између линија и дебљине супстрата, толеранција импедансе се контролише у оквиру ±3% до ±5%, остварујући стабилно усклађивање стандардних импеданси као што су 50Ω/75Ω, чиме се спречава рефлексија сигнала

и појава стајних таласа, обезбеђујући поуздан рад високofреквентних кола као што су РФ и микроталасни системи.

Јака отпорност на интерференцију, погодна за комплексне електромагнетске средине

Оптимизована структура жица (као што су микротраке и тракасте линије) и дизајн са више слојева за уземљење могу смањити паразитску капацитивност и индуктивност, као и крос-утицај сигнала и електромагнетно зрачење (EMI). У комбинацији

са локалним металним баријерама, може отпорити спољашње електромагнетне сметње и погодан је за сценарије са високим захтевима за електромагнетну компатибилност, као што су индустријска контролна опрема и медицински инструменти.

Изузетна прилагодљивост на околину, испуњавање строгих радних услова

Посебни високofrekвентни подлог има отпорност на високу температуру (изнад 260℃), отпорност на хемијску корозију и влажност. У комбинацији са стабилним процесом везивања бакарне фолије, може одржати стабилне

перформансе у харш условима као што су вибрације и циклуси високе и нiske температуре, испуњавајући захтеве за дугорочним радом аутомобилске и војне класе

opreme.

Подршка за високу интеграцију олакшава минијатурни дизајн

Подржава обраду танких линија и размака од 3mil/3mil и испод, као и мале пречнике рупа. Може постићи високу густину жица, испуњавајући захтеве дизајна за минијатурним и високо интегрисаним производима као што су RF

модули и компоненте за 5G базне станице, штедећи простор опреме.