Yüksek Frekanslı PCB'ler

Yüksek frekanslı PCB nedir?

Yüksek frekanslı PCB, PTFE ve Rogers serisi gibi düşük dielektrik sabitine (Dk) ve düşük dielektrik kaybına (Df) sahip özel alt tabakalar kullanan bir PCB türüdür. Parazitik parametreleri azaltmak için katı impe dans kontrolü ve optimize edilmiş hatlandırmayı gerektirir. Özellikle yüksek frekans sinyal iletimi senaryoları için tasarlanmıştır. 300 MHz ile 3 GHz arasında değişen frekanslarda. İletişim, askeri sanayi, tıp ve tüketici elektroniği alanlarında bulunan cihazlarla geniş ölçüde uyumlu yüksek hassasiyetli baskılı devre kartları ve tüketici elektroniği.

Yüksek frekanslı PCB'lerin özellikleri

Yüksek frekanslı haberleşme devrelerinin özellikleri, 300 MHz ile 3 GHz arası yüksek frekanslı sinyal iletiminde düşük kayıp, yüksek kararlılık ve girişime direnç gibi üç temel gereksinim etrafında tasarlanmıştır. Her bir özellik, belirli malzeme seçimi, işlem standartları ve uygulama değerleriyle ilişkilidir. Aşağıda detaylı bir açıklama verilmiştir:

Alttaşın düşük kayıplı özelliği

Yüksek frekanslı sinyaller iletilirken alttaşın dielektrik özellikleri nedeniyle enerji kaybı meydana gelir. Bu durum, yüksek frekanslı devreler ile normal PCB'ler arasındaki temel farktır.

Ana Parametreler

· Düşük dielektrik sabiti (Dk): Dielektrik sabit, sinyal iletim hızını belirler. Dk değeri ne kadar düşük olursa, sinyal iletim hızı o kadar yüksek olur ve sinyal gecikmesi o kadar az olur. Yüksek frekanslı PCB'nin Dk değeri altlıklarının Dk değeri genellikle 2,2 ile 4,5 arasında kararlıdır (yaygın FR-4 altlıkların Dk'si yaklaşık 4,6 ila 4,8'dir) ve sinyal bozulmasını önlemek için farklı sıcaklıklarda ve frekanslarda Dk'nın kararlılığının sağlanması gerekir.

· Düşük dielektrik kayıp tanjantı (Df): Df değeri, sinyalin malzeme içindeki enerji kaybını doğrudan yansıtır. Df ne kadar düşük olursa, kayıp da o kadar az olur. Yüksek frekanslı PCB malzemelerinin Df değeri genellikle 0,002'den düşüktür ( standart FR-4'ün Df'si yaklaşık 0,02'dir), bu da sinyal zayıflamasını etkili bir şekilde azaltır ve özellikle uzun mesafe ve yüksek frekanslı sinyal iletimi için uygundur.

Tipik altlık

· PTFE (Politetrafluoroetilen): Dk≈2,1, Df≈0,0009, yüksek sıcaklığa dayanıklı (260°C üzerinde), kuvvetli kimyasal kararlılık, savunma sanayi ve uydu iletişimi gibi yüksek talep gerektiren uygulamalarda birinci tercihtir.

· Rogers serisi (örneğin RO4350B): Dk≈3,48, Df≈0,0037, mükemmel empedans stabilitesine sahiptir ve 5G baz istasyonları ile RF modülleri için uygundur.

· Yüksek frekanslı epoksi reçine levhası: Daha düşük maliyetlidir, Dk≈3,5-4,0 arasıdır ve tüketici elektroniğindeki RF bileşenlerinin temel gereksinimlerini karşılar.

Yüksek hassasiyetli empedans kontrol özellikleri

Yüksek frekanslı sinyaller empedans değişimlerine karşı son derece duyarlıdır. Empedans uyumsuzluğu sinyal yansımasına, duran dalgaya ve bozunmaya neden olabilir ve bu da cihaz performansını doğrudan etkiler.

· Empedans kontrol standartları: Yüksek frekanslı PCB'lerde yaygın olarak kullanılan empedans değerleri 50Ω ve 75Ω'dur. Empedans toleransı ±3% ile ±5% arasında tutulmalıdır.

· Uygulama yöntemi: Hat genişliği, hat aralığı, substrat kalınlığı ve bakır folyo kalınlığı olmak üzere dört temel parametreyi hassas bir şekilde tasarlayarak ve bunları elektromanyetik simülasyon yazılımı ile doğrulayarak empedans tutarlılığı sağlanır. Örneğin, bir mikroşerit hattı yapısının empedans değeri hat genişliği ile doğru orantılı, substrat kalınlığı ile ters orantılıdır. Hedef değere ulaşmak için defalarca ayarlanması gerekir.

Düşük parazitik parametreler ve girişime karşı direnç özellikleri

Yüksek frekanslı devrelerde, iletkenlerin parazitik kapasitansı ve indüktansı, sinyal karışımına veya elektromanyetik radyasyona (EMI) neden olan ek girişim kaynakları oluşturabilir. Bu nedenle yüksek frekanslı PCB'lerin parazitik etkileri azaltmak için tasarımı ve optimizasyonu gerekir.

Düşük parazitik parametre tasarımı

· Hat uzunluğunu kısaltın, dolambaçlı yönlendirmeyi azaltın ve parazitik endüktansı düşürün;

· Sinyal hatları arasındaki mesafeyi artırın veya parazitik kapasitansı azaltmak için topraklama izolasyon bantları kullanın;

· Mikroşerit hatlar ve şerit hatlar gibi özel iletim hattı yapıları benimsenerek sinyaller arasındaki ve dış dünya ile olan elektromanyetik kuplaj azaltılır;

Elektromanyetik girişime (EMI) karşı koruma özelliği

· Dış elektromanyetik girişimi engellemek için topraklama katmanlarının sayısı artırılarak "korumalı boşluk" oluşturulur;

· Hassas bileşenlere yerel koruma sağlamak için ekranlama uygulayın; iç sinyal radyasyonunu azaltmak için

· Güç kaynağı gürültüsünün yüksek frekanslı sinyaller üzerindeki etkisini azaltmak için güç kaynağı ve topraklama yerleşimini optimize edin.

Mükemmel fiziksel ve çevresel uyum sağlama özellikleri

Yüksek frekanslı PCB'lerin uygulama senaryoları genellikle endüstriyel kontrol, tıp ve askeri endüstri gibi sıkı çevresel gereksinimleri olan alanlarda yer alır. Bu nedenle, baz malzeme ve süreç, ek fiziksel performans gereksinimlerini karşılamalıdır

· Yüksek sıcaklığa dayanım: Bazı malzemeler 260℃'nin üzerindeki sıcaklıklara dayanabilir, refüzyon lehimleme ve dalga lehimleme süreçlerinin gereksinimlerini karşılar ve aynı zamanda yüksek sıcaklıklı ortamlarda ekipmanın uzun süreli çalışmasına uygundur.

· Kimyasal Dayanımı: Malzeme asit ve alkali direnci ile nem direnci özelliklerine sahip olmalıdır; zorlu ortamlarda malzemenin katmanlarının ayrılmasını ve bakır folyonun oksitlenmesini önlemek için

· Mekanik stabilite: Bakır folyo, substrat ile güçlü bir bağ oluşturur ve bu da eğilme veya deformasyon olasılığını azaltarak ekipmanın titreşim ve şok koşullarında güvenilirliğini sağlar.

Yüksek üretim hassasiyeti özellikleri

Yüksek frekanslı PCB'lerin işlem teknolojisi hassasiyeti, normal PCB'lere göre çok daha yüksektir. Temel süreç gereksinimleri şunları içerir:

· İnce hat genişliği/hat aralığı: 3mil/3mil (0,076mm/0,076mm) veya daha ince hat genişliklerini ve aralıklarını sağlayabilir ve yüksek yoğunluklu ve yüksek frekanslı devrelerin tesisat gereksinimlerini karşılar.

· Hassas delme: Minimum delik çapı 0,1 mm'ye ulaşabilir ve delik konum toleransı ±0,01 mm içinde tutulabilir; böylece delik konum sapmasından kaynaklanan empedans değişimlerinin önüne geçilir.

· Yüzey işlemi: İletken yüzeyde sinyal kaybını azaltmak için genellikle altın kaplama ve gümüş kaplama süreçleri kullanılır .

Çekirdek malzeme

Alttaş, yüksek frekanslı PCB'lerin temelidir ve sinyal iletim kaybı ile kararlılığını doğrudan etkiler. Yaygın türleri ve parametreleri aşağıdaki gibidir:

Bakır folyo malzemesi

Yüksek frekanslı sinyallerde deri etkisi oluşur. Bu yüzden bakır folyo seçiminde iletim verimliliği ve yüzey düzgünlüğü dikkate alınmalıdır:

· Elektrolitik bakır folyo: Düşük maliyetli, orta düzeyde yüzey pürüzlülüğüne sahip olup çoğu yüksek frekanslı PCB uygulamaları için uygundur;

· Hadveli bakır folyo: Daha pürüzsüz yüzey, daha az deri etkisi kaybı; yüksek frekanslı ve yüksek duyarlıklı radyo frekansı ekipmanları için uygundur;

· Bakır folyo kalınlığı: Genellikle 1oz (35μm) veya ½oz (17.5μm) kullanılır. İnce bakır folyo parazitik endüktansı azaltır ve yüksek yoğunluklu yüksek frekanslı tesisatlar için daha uygundur.

Yüzey işlem malzemeleri

Yüksek frekanslı PCB'lerin yüzey işlemi, temas direncini azaltmalı, bakır folyonun oksitlenmesini önlemeli ve yüksek frekanslı sinyal iletimini etkilememelidir

· Altın kaplama (ENIG): Düzgün yüzey, güçlü oksidasyon direnci, düşük temas direnci, yüksek frekanslı sinyal kaybına az etkisi, yüksek hassasiyetli RF arayüzlerine uygundur.

· Gümüş kaplama: Altın kaplamaya göre daha iyi elektrik iletkenliğine sahiptir ve daha düşük kayba neden olur ancak oksitlenmeye yatkındır ve anti-oksidasyon kaplamayla birlikte kullanılması gerekir. Yüksek frekanslı mikrodalga devreleri için uygundur.

· Organik lehim maskesi (OSP): Düşük maliyetli ve basit süreçlidir ancak yüksek sıcaklığa dayanıklılığı orta seviyededir. Maliyete duyarlı tüketici elektroniği ürünlerindeki yüksek frekanslı PCB'ler için uygundur.

Düşük sinyal zayıflaması, iletim kalitesini sağlar

PTFE ve Rogers serisi gibi düşük dielektrik sabitine (Dk) ve düşük dielektrik kaybına (Df) sahip özel altlık kullanılarak 300 MHz ile 3 GHz arasındaki yüksek frekanslı sinyallerin iletim sırasında enerji kaybı etkili bir şekilde azaltılabilir, sinyal bozulması önlenir ve uzun mesafe ile yüksek frekanslı iletişim ile veri iletimi gereksinimleri karşılanır.

Yüksek hassasiyetli empedans kontrolü, sinyal bütünlüğünü artırır

İletken genişliği, iletken aralığı ve altlık kalınlığı hassas bir şekilde tasarlanarak empedans toleransı ±3% ila ±5% aralığında kontrol edilir ve 50Ω/75Ω gibi standart empedansların kararlı eşleşmesi sağlanır, sinyal yansıması ve duran dalga fenomeni önlenir ve RF ve mikrodalga gibi yüksek frekanslı devrelerin güvenilir çalışması sağlanır.

Güçlü girişimlere karşı direnç sağlar ve karmaşık elektromanyetik ortamlara uygundur

İyileştirilmiş kabloların yapısı (mikroşerit hatlar ve şerit hatlar gibi) ve çok katmanlı topraklama tasarımı, parazitik kapasitans ve endüktansı azaltabilir, aynı zamanda sinyal karışımını ve elektromanyetik radyasyonu (EMI) düşürebilir. Yerel metal kalkanla birlikte dış elektromanyetik girişimlere karşı direnç sağlayabilir ve endüstriyel kontrol ekipmanları ve tıbbi cihazlar gibi elektromanyetik uyumluluk açısından yüksek gereksinimleri olan uygulamalara uygundur.

Mükemmel çevresel uyum sağlama yeteneği, zorlu çalışma koşullarını karşılar

Özel yüksek frekanslı altlık malzemesi, yüksek sıcaklığa direnç (260℃ üzerinde), kimyasal korozyona direnç ve nem direnci sunar. Kararlı bakır folyo yapıştırma süreciyle birlikte, titreşim ve yüksek/düşük sıcaklık döngüleri gibi zorlu ortamlarda kararlı performansı koruyabilir ve otomotiv sınıfı ve askeri sınıf düzeyindeki uzun süreli çalışma gereksinimlerini karşılayabilir ekipman.

Yüksek entegrasyon desteği, küçük boyutlu tasarımı kolaylaştırır

3mil/3mil ve altı ince hat genişliklerini ve aralıklarını, ayrıca küçük delik çaplarını işlemeyi destekler. RF modülleri ve 5G baz istasyonu bileşenleri gibi küçültülmüş ve yüksek düzeyde entegre edilmiş ürünlerin tasarım gereksinimlerini karşılayarak yüksek yoğunluklu kablolama sağlar ve ekipman alanı tasarrufu sağlar modüller ve 5G baz istasyonu bileşenleri, ve ekipman alanı tasarrufu sağlar.