Högfrekvens PCB

Vad är en högfrekvent PCB?

Högfrekvent PCB är en typ av PCB som använder specialmaterial med låg dielektrisk konstant (Dk) och låg dielektrisk förlust (Df), såsom PTFE och Rogers-serien. Det kräver strikt impedanskontroll och optimerad layout för att minska parasitiska parametrar. Det är särskilt utformat för scenarier med överföring av högfrekventa signaler från 300 MHz till 3 GHz. Högpresterande tryckkretskort med bred kompatibilitet med utrustning inom områden som kommunikation, militärindustri, medicinsk vård och konsumentelektronik.

Egenskaper hos högfrekventa PCB:er

Egenskaperna hos högfrekventa kommunikationskretsar är utformade kring de tre centrala kraven på låga förluster, hög stabilitet och störningsmotstånd vid överföring av högfrekventa signaler från 300 MHz till 3 GHz. Varje egenskap motsvarar specifika materialval, processstandarder och applikationsvärden. Följande är en detaljerad uppdelning:

Lågförlustegenskapen hos substratet

När högfrekventa signaler överförs sker energiförluster på grund av dielektriska egenskaper hos substratet. Detta är den centrala skillnaden mellan högfrekventa kretsar och vanliga PCB:er.

Nyckelparametrar

· Låg dielektrisk konstant (Dk): Dielektriska konstanten avgör signalförstärkningshastigheten. Ju lägre Dk-värde, desto snabbare signalförstärkningshastighet och mindre signalfördröjning. Dk-värdet för högfrekventa PCB substrat är vanligtvis stabilt mellan 2,2 och 4,5 (Dk för vanliga FR-4-substrat är ungefär 4,6 till 4,8), och det är nödvändigt att säkerställa stabiliteten i Dk vid olika temperaturer och frekvenser för att undvika signalförvrängning.

· Låg dielektrisk förlusttangent (Df): Df-värdet speglar direkt energiförlusten hos signalen i substratet. Ju lägre Df, desto mindre förlust. Df-värdet för högfrekventa PCB-substrat är vanligtvis under 0,002 (Df för vanligt FR-4 är cirka 0,02), vilket effektivt minskar signaldämpning och särskilt lämpar sig för långdistans- och högfrekventa signalsändningar.

Typiskt substrat

· PTFE (Polytetrafluoroeten): Dk≈2,1, Df≈0,0009, hög temperaturmotståndskraft (över 260 ℃), stark kemisk stabilitet, den första valet för krävande tillämpningar såsom militärindustrin och satellitkommunikation.

· Rogers-serien (t.ex. RO4350B): Dk≈3,48, Df≈0,0037, med utmärkt impedansstabilitet, lämplig för 5G-basstationer och RF-moduler.

· Högfrekvent epoxihartsskiva: Lägre kostnad, Dk≈3,5–4,0, uppfyller de grundläggande kraven för RF-komponenter i konsumentelektronik.

Högprecisionsimpedansstyrningsegenskaper

Högfrekventa signaler är extremt känsliga för impedansändringar. Impedansomatchning kan orsaka signalljudd, stående vågor och distortion, vilket direkt påverkar utrustningens prestanda.

· Impedansstyrningsstandarder: De vanligt förekommande impedansvärdena för högfrekventa PCB:ar är 50Ω och 75Ω. Impedanstoleransen bör hållas inom ±3 % till ±5 %.

· Genomförandemetod: Genom noggrann dimensionering av fyra kärnparametrar – ledningsbredd, ledningsavstånd, substrattjocklek och kopparfoljens tjocklek – och verifiering med elektromagnetisk simuleringsprogramvara, säkerställs impedanskonstans. Till exempel är impedansvärdet för en mikrostrimslinjestruktur direkt proportionellt mot ledningsbredden och omvänt proportionellt mot substrattjockleken. Den måste justeras upprepade gånger för att nå det önskade värdet.

Låga parasitparametrar och störningsimmunitet

I högfrekventa kretsar kan de parasitiska kapacitanserna och induktanserna i ledningarna skapa ytterligare störkällor, vilket leder till signalkorsning eller elektromagnetisk strålning (EMI). Därför måste högfrekventa PCB utformas och optimeras för att minska parasiteffekter.

Design med låga parasitparametrar

· Förkorta ledningslängden, minska slingrande routning och sänk parasitisk induktans;

· Öka avståndet mellan signalledningar eller använd jordade isoleringsband för att minska parasitisk kapacitans;

· Särskilda transmissionsledningsstrukturer såsom mikrostrip- och bandledningar används för att minska elektromagnetisk koppling mellan signaler och omvärlden.

Motståndskraft mot elektromagnetiska störningar (EMI)

· Öka antalet jordplans för att bilda en "skyddscavitet" och blockera yttre elektromagnetiska störningar;

· Utför lokal skärmning av känsliga komponenter för att minska intern signalstrålning;

· Optimera strömförsörjning och jordningsslayout för att minska påverkan av brus i strömförsörjningen på högfrekvenssignaler.

Utmärkta fysiska och miljöanpassningsbara egenskaper

Applikationsscenarierna för högfrekventa PCB:ar finns främst inom områden med stränga miljökrav, såsom industriell styrning, medicinsk utrustning och militärindustrin. Därför måste basmaterialet och tillverkningsprocessen uppfylla ytterligare krav på fysikaliska prestanda

· Hög temperaturmotstånd: Vissa basmaterial kan tåla temperaturer över 260 °C, vilket uppfyller kraven vid refluksoldring och vågsoldring, samt samtidigt vara lämpliga för långvarig drift av utrustning i högtemperaturlmiljöer.

· Kemiskt motstånd: Basmaterialet måste ha egenskaper som motståndskraft mot syror och alkali samt fuktbeständighet för att förhindra delaminering av basmaterialet och oxidation av kopparfoljen i hårda miljöer.

· Mekanisk stabilitet: Kopparfolien har en stark bindningskraft till substratet, vilket gör att det är mindre benäget att vrida eller deformera, och säkerställer utrustningens tillförlitlighet under vibrationer och stötar.

Höga tillverkningsprecisionsegenskaper

Bearbetningsteknikens noggrannhet för högfrekventa PCB:er är mycket högre än för vanliga PCB:er. De viktigaste processkraven inkluderar:

· Finkonade linjevidd/linjeavstånd: Kan uppnå linjevidder och avstånd på 3mil/3mil (0,076 mm/0,076 mm) eller ännu tunnare, vilket uppfyller kraven på förkabeling för högfrekventa och högdensitetskretsar.

· Exakt borrning: Minsta håldiameter kan nå 0,1 mm, och hålpositionstoleransen hålls inom ±0,01 mm, för att undvika impedansändringar orsakade av avvikelse i hålposition.

· Ytbearbetning: Guldplätering och silverplätering används oftast för att minska signalförluster på ledarytans yta .

Kärmaterial

Substratet är grunden för högfrekventa PCB:ar och påverkar direkt signalförlust och stabilitet. De dominerande typerna och parametrarna är följande:

Kopparfoliematerial

Högfrekventa signaler har en skineffekt, varför valet av kopparfolie måste ta hänsyn till både ledningseffektivitet och ytans planethet:

· Elektrolytisk kopparfolie: Låg kostnad, måttlig ytjämnhet, lämplig för de flesta högfrekventa PCB-scenarier;

· Rullad kopparfolie: Slätare yta, mindre hudverkningstap, lämplig för högfrekventa och högkänsliga radiofrekvensapparater;

· Kopparfoljens tjocklek: Vanligtvis används 1 oz (35 μm) eller ½ oz (17,5 μm). Tunna kopparfoljer kan minska parasitisk induktans och är mer lämpliga för tät, högfrekvent koppling.

Ytbehandlingsmaterial

Ytbehandlingen av högfrekventa PCB:n måste minska kontaktresistansen, förhindra oxidation av kopparfolien och undvika att påverka överföringen av högfrekventa signaler

· Guldplätering (ENIG): Slät yta, stark oxidationsmotstånd, låg kontaktresistans, liten inverkan på förlust av högfrekventa signaler, lämplig för högprestanda RF-gränssnitt.

· Silverplätering: Har bättre elektrisk ledningsförmåga än guldplätering och lägre förluster, men är benägen att oxidera och måste kombineras med en oxidationsskyddande beläggning. Lämplig för högfrekventa mikrovågskretsar.

· Organiskt lödmask (OSP): Har låg kostnad och enkel process, men har genomsnittlig motståndskraft mot hög temperatur. Lämpligt för högfrekventa PCB:er i konsumentelektronik som är känslig för kostnader.

Låg signaldämpning säkerställer överföringskvaliteten

Genom att använda specialtillverkade substrat med låg dielektrisk konstant (Dk) och låg dielektrisk förlust (Df), såsom PTFE och Rogers-serien, kan energiförlusten för högfrekventa signaler i området 300 MHz till 3 GHz under överföring effektivt minskas, signaldistorsion kan undvikas, och kraven på långdistans- och högfrekvenskommunikation samt datatransmission kan uppfyllas.

Högprecis impedanskontroll förbättrar signalkvaliteten

Genom att noggrant dimensionera ledningsbredd, ledningsavstånd och substrattjocklek, hålls impedanstoleransen inom ±3 % till ±5 %, vilket möjliggör stabil anpassning till standardimpedanser såsom 50Ω/75Ω, undviker signalreflektion och ståendevågsfenomen, samt säkerställer tillförlitlig drift av högfrekvenskretsar såsom RF och mikrovåg.

Stark störresistens, lämplig för komplexa elektromagnetiska miljöer

Den optimerade kablagestrukturen (såsom mikrostrip- och bandledningar) och flerlagers jordningsdesign kan minska parasitisk kapacitans och induktans, samt signalöverhörning och elektromagnetisk strålning (EMI). I kombination med lokal metallskärmning kan den motstå yttre elektromagnetisk störning och är lämplig för scenarier med höga krav på elektromagnetisk kompatibilitet, såsom industriell styrelektronik och medicinska instrument.

Utmärkt anpassningsförmåga till miljö, uppfyller hårda driftsförhållanden

Den specialiserade högfrekvensplattan har egenskaper som motståndskraft mot hög temperatur (över 260℃), kemisk korrosion och fukt. Kombinerat med en stabil process för kopparfoljebonding kan det bibehålla stabil prestanda i hårda miljöer såsom vibration samt höga och låga temperaturcykler, och uppfyller kraven för långvarig drift enligt bil- och militärstandard utrustningens säkerhet.

Stöd för hög integration underlättar miniatyriserad design

Stödjer bearbetning av fina linjebredder och mellanrum på 3mil/3mil och lägre, samt små håldiameter. Det kan uppnå hög täthet i kopplingar, vilket uppfyller designkraven för miniatyriserade och högintegrerade produkter såsom RF moduler och 5G-basstationskomponenter, samt spar utrymme i utrustningen.