PCB visoke učestanosti

Шта је плоча за високе фреквенције?

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.

Кључни параметри

· Ниска диелектрична константа (Дк) Диелектрична константа одређује брзину преноса сигнала. Што је нижа вредност Дк, брже је брзина преноса сигнала и мање је кашњење сигнала. Вредина Дк високофреквентних ПЦБ-а 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.

· Мала тангенца диелектричног губитка (Дф): Вредина Дф директно одражава губитак енергије сигнала у субстрату. Што је нижи Дф, то је мање губитак. Вредина Дф високофреквентних ПЦБ субстрата је генерално мања од 0,002 (Дф 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

· ПТФЕ (политетрафлуороетилен): Дк≈2.1, Дф≈0.0009, отпорност на високе температуре (више од 260 °C), јака хемијска стабилност, први избор за сценарије са високом потражњом као што су војна индустрија и сателитска комуникација.

· Роџерс серија (као што је РО4350Б): Дк≈3.48, Дф≈0.0037, са одличном стабилношћу импеданце, погодан за 5Г базане станице и РФ модуле.

· Високофреквентна епоксидна смола: Ниже трошкове, Dk≈3.5-4.0, испуњавају основне захтеве за ФК компоненте у потрошачкој електроници.

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.

· Норми за контролу импеданце: Обично коришћене вредности импедансе за високофреквентне ПЦБС су 50Ω и 75Ω. Толеранција импеданце треба контролисати у оквиру од ± 3% до ± 5%.

· Метода спровођења: Прецизно дизајнирање четири основна параметра - ширина линије, размацање линије, дебљина супстрата и дебљина бакарне фолије - и верификација њих са електромагнетним софтвером за симулацију, 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

· Скратити дужину жице, смањити кружно рутинге и смањити паразитарну индуктанцу;

· Повећати размацкање сигналних линија или користити заземљавајуће изолационе појасе за смањење паразитске капацитета;

· Узимају се посебне структуре преносних линија као што су микропојасне линије и линије линије како би се смањило електромагнетно спајање између сигнала и спољашњег света.

Способност против електромагнетних сметњи (EMI)

· Повећање броја слојева заземљавања како би се формирала "крила за штит" и блокирала спољна електромагнетна интерференција;

· Извршити локално штитило на осетљивим компонентама како би се смањило унутрашње зрачење сигнала;

· Оптимизација распореда напајања и заземљавања како би се смањио утицај буке напајања на високофреквентне 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 могу издржавати температуре изнад 260 °C, испуњавајући услове обраде рефлоу сода и таласног сода, а истовремено су погодни за дугорочно радно опремање у срединама са високим температурама.

· Химијска отпорност: Основни материјал мора имати карактеристике отпорности на киселине и алкалије и отпорности на влагу како би се спречила деламинација основног материјала и оксидација бакарне фолије у суровим окружењима.

· Механичка стабилност: Медна фолија има снажну снагу везивања са субстратом, што је мање вероватно да ће се деформисати, обезбеђујући поузданост опреме под условима вибрације и удара.

Карактеристике високе прецизности израде

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

· Делика ширина линије/растојање линије: Може постићи ширине линија и размаке од 3мл / 3мл (0,076мм/0,076мм) или чак танче, задовољавајући захтеве за жице за високог густине и високог фреквенције кола.

· Прецизно бушење: Минимални пречник рупе може достићи 0,1 мм, а толеранција положаја рупе контролисана је у оквиру ± 0,01 мм, избегавајући промене импеданце узроковане одступањем положаја рупе.

· Обрада површине: Процеси залатоплацирања и сребрноплацирања углавном се примењују како би се смањио губитак сигнала на површини проводника .

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

Високофреквентни сигнали имају ефекат на кожу, тако да је при избору бакарне фолије потребно узети у обзир ефикасност провођења и равна површина:

· Електролитичка бакарна фолија: Ниска цена, умерену грубоћу површине, погодна за већину сценарија високофреквентних ПЦБ-а;

· Ваљантирана бакарна фолија: Глатка површина, мање губитка ефекта коже, погодан за радио-фреквентну опрему високе фреквенције и високо осетљивости;

дебљина бакарне фолије: Обично се користе 1 унца (35 мкм) или 1⁄2 унца (17,5 мкм). Тонка бакарна фолија може смањити паразитарну индуктанцу и погоднија је за високог густине високофреквентног жица.

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.

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 опрема.

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.