Mga High Frequency PCBs

Ano ang mataas na dalas na PCB?

Ang high frequency PCB ay isang uri ng PCB na gumagamit ng dedikadong substrates na may mababang dielectric constant (Dk) at mababang dielectric loss (Df), tulad ng PTFE at Rogers series. Nangangailangan ito ng mahigpit na impedance control at pinakamainam na wiring upang mabawasan ang parasitic parameters. Ito ay partikular na idinisenyo para sa mataas na dalas na signal transmission scenarios na nasa pagitan ng 300 MHZ hanggang 3GHz. Mataas na presisyong mga printed circuit board na malawak na kompatibol sa mga kagamitan sa mga larangan tulad ng komunikasyon, industriya militar, medikal pangangalaga, at consumer electronics.

Mga Katangian ng mataas na dalas na PCB

Ang mga katangian ng mataas na dalas na mga circuit ng komunikasyon ay idinisenyo batay sa tatlong pangunahing pangangailangan: mababang pagkawala, mataas na katatagan, at paglaban sa interference sa paghahatid ng mataas na dalas na signal na nasa pagitan ng 300 MHZ hanggang 3GHz. Ang bawat katangian ay tumutugma sa tiyak na pagpili ng materyales, pamantayan sa proseso, at mga halaga sa aplikasyon. Ang sumusunod ay detalyadong pagsusuri:

Ang katangian ng mababang pagkawala ng substrate

Kapag nahahatid ang mataas na dalas na mga signal, nagkakaroon ng pagkawala ng enerhiya dahil sa dielectric na katangian ng substrate. Ito ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mataas na dalas na circuit at karaniwang PCB.

Mga Pangunahing Parameter

· Mababang dielectric constant (Dk): Ang dielectric constant ay nagtatakda ng bilis ng paglipat ng signal. Mas mababa ang halaga ng Dk, mas mabilis ang bilis ng paglipat ng signal at mas maliit ang pagkaantala ng signal. Ang halaga ng Dk ng mataas na dalas na PCB substrate ay matatag sa pagitan ng 2.2 at 4.5 (ang Dk ng karaniwang FR-4 substrate ay mga 4.6 hanggang 4.8), at kinakailangan siguraduhin ang katatagan ng Dk sa ilalim ng iba't ibang temperatura at dalas upang maiwasan ang distorsyon ng signal.

· Mababang dielectric loss tangent (Df): Ang halaga ng Df ay direktang nagpapakita ng enerhiyang nawala habang ang signal ay dumaan sa substrate. Mas mababa ang Df, mas maliit ang nawala. Karaniwan ay mas mababa kaysa 0.002 ang halaga ng Df ng mataas na dalas na PCB substrates (ang Df ng karaniwang FR-4 ay mga 0.02), na maaaring epektibong mapaliit ang pagbaba ng signal at lalo na angkop para sa mahabang distansya at mataas na dalas na paghahatid ng signal.

Karaniwang substrate

· PTFE (Polytetrafluoroethylene): Dk≈2.1, Df≈0.0009, mataas na paglaban sa temperatura (mahigit 260℃), matibay na kemikal na katatagan, ito ang pangunahing napili para sa mataas na pangangailangan tulad ng industriya ng militar at satelayt na komunikasyon.

· Rogers series (tulad ng RO4350B): Dk≈3.48, Df≈0.0037, may mahusay na katatagan ng impedance, angkop para sa mga 5G base station at RF module.

· Mataas na dalas na epoxy resin board: Mas mababang gastos, Dk≈3.5-4.0, nakakatugon sa pangunahing pangangailangan ng RF components sa consumer electronics.

Mataas na presisyong kontrol sa impedance

Ang mga signal na mataas ang dalas ay lubhang sensitibo sa mga pagbabago ng impedance. Ang hindi tugmang impedance ay maaaring magdulot ng signal na reflection, standing waves, at distortion, na direktang nakakaapekto sa pagganap ng kagamitan.

· Mga pamantayan sa kontrol ng impedance: Ang karaniwang mga halaga ng impedance para sa mataas na dalas na PCB ay 50Ω at 75Ω. Dapat kontrolado ang tolerance ng impedance sa loob ng ±3% hanggang ±5%.

· Paraan ng pagpapatupad: Sa pamamagitan ng eksaktong pagdidisenyo ng apat na pangunahing parameter—lapad ng linya, espasyo sa pagitan ng mga linya, kapal ng substrate, at kapal ng copper foil—at ang pagpapatunay gamit ang electromagnetic simulation software, sinisiguro ang pagkakapare-pareho ng impedance. Halimbawa, ang halaga ng impedance ng isang microstrip line structure ay direktang proporsyonal sa lapad ng linya at inversely proporsyonal sa kapal ng substrate. Kailangang paulit-ulit itong i-adjust upang maabot ang target na halaga.

Mababang parasitic parameters at anti-interference na katangian

Sa mataas na dalas na mga circuit, ang parasitic capacitance at inductance ng mga wire ay maaaring lumikha ng karagdagang mga pinagmumulan ng interference, na nagdudulot ng signal crosstalk o electromagnetic radiation (EMI). Kaya, kailangang idisenyo at i-optimize ang mataas na dalas na mga PCB upang bawasan ang mga epekto ng parasitics.

Disenyo ng mababang parasitic parameter

· Maikling haba ng wire, bawas sa circuitous routing, at mababang parasitic inductance;

· Palakihin ang espasyo sa pagitan ng mga signal line o gamit ang grounding isolation belts upang bawas ang parasitic capacitance;

· Ginagamit ang espesyal na transmission line structures tulad ng microstrip lines at ribbon lines upang bawas ang electromagnetic coupling sa pagitan ng mga signal at sa labas ng mundo.

Kakayahang anti-electromagnetic interference (EMI)

· Dagdag ang bilang ng grounding layers upang makabuo ng isang "shielding cavity" at harang ang panlabas na electromagnetic interference;

· Isagawa ang lokal na pag-shield sa mga sensitibong bahagi upang mabawasan ang panloob na signal radiation;

· I-optimize ang layout ng suplay ng kuryente at panghihimasok upang mabawasan ang epekto ng ingay ng kuryente sa mga mataas na dalas na signal.

Mahusay na mga katangian sa pisikal at adaptabilidad sa kapaligiran

Ang mga aplikasyon ng mataas na dalas na PCB ay karamihan sa mga larangan na may mahigpit na pangangailangan sa kapaligiran tulad ng kontrol sa industriya, pangangalagang medikal, at industriya militar. Kaya, ang base material at proseso ay kailangang matugunan karagdagang mga pangangailangan sa pisikal na pagganap

· Paglaban sa mataas na temperatura: Ang ilang mga base material ay kayang tumagal sa temperatura na higit sa 260℃, na nakakasunod sa mga kinakailangan sa proseso ng reflow soldering at wave soldering, at samakatuwid ay angkop para sa matagalang operasyon ng kagamitan sa mga kapaligirang may mataas na temperatura.

· Paglaban sa kemikal: Dapat may katangian ang base material na paglaban sa asido, alkali, at kahalumigmigan upang maiwasan ang pagkakahiwalay ng base material at pag-oxidize ng copper foil sa masamang kapaligiran.

· Katatagan sa mekanikal: Ang copper foil ay may malakas na puwersa ng pagkakadikit sa substrate, kaya hindi ito madaling umusli o mag-deform, tinitiyak ang katiyakan ng kagamitan sa ilalim ng mga kondisyon ng panginginig at pagkaluskos.

Mataas na katumpakan sa pagmamanupaktura

Ang kahusayan sa teknolohiya ng proseso ng mataas na dalas na PCB ay mas mataas kaysa sa karaniwang PCB. Kasama sa mga pangunahing kinakailangan sa proseso:

· Makitid na lapad ng linya/espasyo sa pagitan ng linya: Maaari itong makamit ang lapad at espasyo ng mga linyang 3mil/3mil (0.076mm/0.076mm) o mas payak pa, upang matugunan ang mga pangangailangan sa wiring ng mataas na density at mataas na frequency na mga circuit.

· Tumpak na pagbuho: Ang pinakamaliit na diameter ng butas ay maaaring umabot sa 0.1mm, at ang pagkakaiba-iba ng posisyon ng butas ay kontrolado sa loob ng ±0.01mm, upang maiwasan ang mga pagbabago ng impedance dahil sa paglihis ng posisyon ng butas.

· Pagtrato sa ibabaw: Karamihan ay ginagamit ang proseso ng pagpapalitaw ng ginto at pilak upang bawasan ang pagkawala ng signal sa ibabaw ng conductor .

Core substrate

Ang substrate ang siyang pundasyon ng mataas na frequency na PCBs at direktang nakakaapekto sa pagkalugi at katatagan ng transmisyon ng signal. Ang mga pangunahing uri at parameter ay ang mga sumusunod:

Materyal na copper foil

Ang mga mataas na frequency na signal ay may epekto ng balat (skin effect), kaya ang pagpili ng copper foil ay dapat isaalang-alang ang parehong kahusayan ng conduction at kabuuang kinis ng ibabaw:

· Elektrolitikong copper foil: Mura, katamtaman ang kabuuang kabungot ng ibabaw, angkop para sa karamihan ng mga mataas na frequency na sitwasyon sa PCB;

· Pinagsiksik na copper foil: Mas makinis na ibabaw, mas kaunting skin effect loss, angkop para sa mataas na dalas at mataas na sensitivity na kagamitang radio frequency;

· Kapal ng copper foil: Karaniwang ginagamit ang 1oz (35μm) o ½oz (17.5μm). Ang manipis na copper foil ay nakakapagaan sa parasitic inductance at higit na angkop para sa mataas na density at mataas na dalas na wiring.

Mga materyal sa pagpoproseso ng ibabaw

Ang pagpoproseso sa ibabaw ng mataas na dalas na PCB ay kailangang bawasan ang contact resistance, pigilan ang pag-oxidize ng copper foil, at iwasan ang pag-aapekto sa paglipat ng mataas na dalas na signal

· Pagkakalagyan ng ginto (ENIG): Makinis na ibabaw, matibay na paglaban sa oksihenasyon, mababang contact resistance, kaunting epekto sa mataas na dalas ng signal loss, angkop para sa mataas na presisyong RF na interface.

· Plate ng pilak: Mas mainam ang kondaktibidad nito kaysa sa plate ng ginto at mas mababa ang pagkawala, ngunit madaling maoksida kaya kailangang pagsamahin ito sa anti-oxidation coating. Angkop ito para sa mataas na dalas na microwave circuit.

· Organic solder mask (OSP): Mura ang gastos at simple ang proseso, ngunit katamtaman lamang ang resistensya nito sa mataas na temperatura. Angkop ito para sa mataas na dalas na PCB sa consumer electronics na sensitibo sa gastos.

Mababang signal attenuation upang matiyak ang kalidad ng transmission

Sa pamamagitan ng paggamit ng mga dedikadong substrate na may mababang dielectric constant (Dk) at mababang dielectric loss (Df), tulad ng PTFE at Rogers series, ang enerhiyang nawawala ng mataas na dalas na signal na nasa saklaw ng 300 MHZ hanggang 3GHz habang nagtatransmisyon ay maaaring epektibong bawasan, maiiwasan ang distorsyon ng signal, at matutugunan ang mga pangangailangan para sa komunikasyon at pagpapalit ng datos na pang-matagalang distansya at mataas na dalas.

Ang mataas na presisyong kontrol sa impedance ay nagpapahusay sa integridad ng signal

Sa pamamagitan ng tumpak na disenyo ng lapad ng linya, espasyo sa pagitan ng mga linya, at kapal ng substrate, ang toleransya ng impedance ay kinokontrol sa loob ng ±3% hanggang ±5%, upang makamit ang matatag na pagtutugma sa mga karaniwang impedance tulad ng 50Ω/75Ω, maiwasan ang pagrereflect ng signal at mga kababalaghan ng standing wave, at mapanatili ang maaasahang operasyon ng mga high-frequency circuit tulad ng RF at microwave.

Matibay na kakayahang lumaban sa interference, angkop para sa mga kumplikadong electromagnetic environment

Ang na-optimize na istruktura ng wiring (tulad ng microstrip lines at ribbon lines) at multi-layer grounding design ay maaaring magbawas ng parasitic capacitance at inductance, gayundin ang signal crosstalk at electromagnetic radiation (EMI). Kapag pinagsama sa lokal na metal shielding, ito ay makakatanggol sa panlabas na electromagnetic interference at angkop para sa mga sitwasyon na may mataas na pangangailangan sa electromagnetic compatibility, tulad ng industrial control equipment at medical instruments.

Mahusay na pag-aangkop sa kapaligiran, nakakatugon sa mahihirap na kondisyon sa pagtatrabaho

Ang dedikadong high-frequency substrate ay may mataas na resistensya sa temperatura (higit sa 260℃), resistensya sa kemikal na corrosion, at resistensya sa kahalumigmigan. Kasama ang matatag na proseso ng copper foil bonding, ito ay kayang mapanatili ang matatag na pagganap sa mahihirap na kapaligiran tulad ng vibration at mataas o mababang temperature cycles, at nakakatugon sa pangmatagalang operasyon na kinakailangan para sa automotive-grade at military-grade kagamitan.

Suporta sa mataas na integration, nagpapadali sa miniaturized na disenyo

Suportado ang pagproseso ng manipis na linya at espasyo na 3mil/3mil at mas mababa, kasama na ang maliit na diametro ng butas. Maaari itong makamit ang mataas na density na wiring, natutugunan ang mga pangangailangan sa disenyo ng mga produktong miniaturized at mataas na integrasyon tulad ng RF mga module at mga bahagi ng 5G base station, at nakakapagtipid ng espasyo ng kagamitan.