U visoko{0}}elektronskim poljima kao što su 5G komunikacija, satelitska navigacija i radarski sistemi, frekvencija prijenosa signala obično dostiže nivo GHz ili čak viši. U ovom trenutku, obične pcb ploče više nisu u stanju da ispune zahtjeve za integritet signala, a visokofrekventne pcb ploče su postale neizbježan izbor zbog svojih jedinstvenih karakteristika materijala i dizajna procesa. Osnovna razlika izmeđuvisokofrekventna-pcb pločai obična tabla:
1, Osnovna razlika: Remetilački proboj u materijalima i performansama
(1) Bitna razlika u karakteristikama supstrata
Obična štampana ploča: FR-4 kao primjer
Sastav materijala: Koristeći tkaninu od staklenih vlakana impregnirane epoksidnom smolom kao podlogu, cijena je niska i proces je zreo, ali je dielektrična konstanta visoka (obično Dk=4.2-4.8) i dielektrični gubici su veliki (Df=0.02-0.03).
Ograničenja visoke frekvencije: Kada frekvencija signala prelazi 1GHz, dielektrični gubici se značajno povećavaju, slabljenje signala je ozbiljno, a dielektrična konstanta značajno fluktuira sa frekvencijom, što otežava kontrolu impedancije.
Visokofrekventna štampana ploča: uzimajući PTFE i kompozitne materijale punjene keramikom kao primjere
Inovacija materijala:
Ploča na bazi PTFE: kao što je Rogers RT/duroid serija, sa Dk od 2,2-3,5, Df<0.001, Excellent frequency stability, suitable for ultra-high frequency scenarios above 10GHz.
Kompozitni materijali punjeni keramikom, kao što je IsolaFR408HR, smanjuju Dk (Dk=3.0-3.8) i poboljšavaju toplotnu provodljivost kroz punjenje keramičkim prahom, balansirajući visoko-performanse i troškove obrade.
Ključne prednosti: Niska dielektrična konstanta smanjuje kašnjenje u prijenosu signala, mali gubitak smanjuje slabljenje energije, a Dk/Df se mijenja za manje od 5% s frekvencijom, osiguravajući faznu konzistentnost visoko-signala visoke frekvencije.
(2) Posebni zahtjevi za konstruktivni izgled
Uobičajeni raspored pločastih ploča
Signalni sloj je jednostavno odvojen energetskim slojem/geološkim slojem, a tolerancija debljine međuslojnog dielektrika je dozvoljena da bude ± 10%. Preciznost kontrole impedanse je obično ± 10%.
Naslagani raspored visokofrekventnih štampanih ploča
Stroga kontrola impedanse: korištenjem specifičnih struktura prijenosnih linija kao što su mikrotrakaste vodove, trakaste linije, koplanarni valovodi, itd., toleranciju debljine dielektrika treba kontrolirati unutar ± 5%, a zahtjev za preciznost impedanse je ± 5% ili čak ± 3%. Na primjer, proračun širine linije mikrotrakaste linije od 50 Ω mora biti precizan do nivoa μm, uzimajući u obzir utjecaj hrapavosti bakarne folije na impedanciju (kada je hrapavost Ra manja ili jednaka 0,5 μm, devijacija impedanse može se smanjiti za 2% -3%).
Optimizacija elektromagnetne zaštite: Visokofrekventni signali su podložni elektromagnetnim smetnjama, a često se koriste rasporedi sloja zaštite na cijelom ekranu ili ugrađene strukture kondenzatora/induktora. Uzemljenje preko nizova (razmak manji od ili jednak 1 mm) se dodaje između slojeva kako bi se smanjilo preslušavanje.
(3) Preciznost tehnologije obrade je naglo porasla
Obična tehnologija obrade štampanih ploča
Tačnost bušenja ± 50 μm, tolerancija širine linije jetkanja ± 10%, površinska obrada uglavnom HASL, hrapavost Ra=1-3 μm.
Tehnologija obrade PCB visoke frekvencije
Bušenje: Lasersko bušenje (otvor manji ili jednak 0,1 mm) ili CNC mašina za bušenje (preciznost ± 10 μm) se koristi da bi se izbeglo raslojavanje podloge uzrokovano mehaničkim bušenjem.
Jetkanje: Koristeći kombinaciju impulsnog procesa galvanizacije i hemijskog jetkanja, tolerancija širine linije se kontroliše unutar ± 5%, a hrapavost ivice žice Ra je manja ili jednaka 0,4 μm da bi se smanjilo raspršivanje signala.
Površinska obrada: poželjna je ENIG (debljina sloja zlata 0,05-0,1 μm) ili hemijsko srebrenje, sa ravnošću Ra manjom ili jednakom 0,2 μm, kako bi se smanjila otpornost na kontakt i gubici efekta kože.
2, Osnovna razmatranja za -proizvodnju PCB ploča visoke frekvencije
(1) Izbor materijala: od "upotrebljivog" do "preciznog prilagođavanja"
Usklađivanje frekvencijskog opsega
Scenario 1-10GHz: Opcioni FR-4 punjen keramikom (kao što je Nelco 4000-13SI) ili modificirani list od epoksidne smole (Dk=3.5-4.0, Df<0.01).
10GHz scenario: moraju se koristiti kompozitni materijali na bazi PTFE ili keramike (kao što su Taconic TLY-5, Dk=2.2, Df=0.0009).
Razmatranja upravljanja toplinom
Visokofrekventni uređaji generiraju veliku količinu topline, tako da je potrebno odabrati ploču s toplinskom provodljivošću većom ili jednakom 0,5W/(m·K) (kao što je Rogers 4350B, s toplotnom provodljivošću od 0,7W/(m·K)) i dizajnirati ugrađenu strukturu hladnjaka.
(2) Kontrola procesa: veća potraga za preciznošću mikrometarskog nivoa
Proces laminiranja
Koristeći vakuum mašinu za laminiranje, ujednačenost pritiska je manja ili jednaka ± 2%, a fluktuacija temperature je manja ili jednaka ± 1 stepen da bi se izbeglo odstupanje impedanse uzrokovano neujednačenom debljinom sloja medija. Na primjer, ako tolerancija debljine dielektričnog sloja debljine 0,1 mm prelazi ± 5 μm, greška impedancije će premašiti ± 4%.
Prijenos uzorka
Koristeći lasersku tehnologiju direktnog pisanja umjesto tradicionalnog optičkog crtanja, tačnost širine linije može doseći ± 3 μm, pogodno za proizvodnju ultrafinih linija ispod 50 μm. Tokom ekspozicije potrebno je kontrolisati talasnu dužinu izvora svetlosti (365nm ultraljubičasto svetlo) i gustinu energije (120-150mJ/cm²) kako bi se sprečio prekomerni ili nedovoljan razvoj.
Praćenje impedance u realnom vremenu
Nakon završetka svakog sloja proizvodnje kola, koristite TDR za mjerenje impedancije na mreži i prilagodite naknadne parametre procesa upoređivanjem projektnih vrijednosti. Na primjer, ako je izmjerena impedansa 8% veća od ciljne vrijednosti, kompenzacija se može napraviti povećanjem debljine bakarne folije prije jetkanja ili finim-podešavanjem širine linije.
(3) Prevencija i kontrola kvara: 'fatalne ozljede' u visokofrekventnim scenarijima
Mjehurići srednjeg sloja
Prije laminiranja, osušite podlogu i poluočvrsnuti list (120 stepeni/2 sata) sa kontrolisanim sadržajem vlage ispod 0,1% kako bi se izbjeglo curenje signala uzrokovano stvaranjem mjehurića tokom visoko-temperaturnog presovanja.
Hrapavost bakarne folije
Visokofrekventni krugovi moraju koristiti RTF ili HVLP, sa hrapavošću Ra manjom ili jednakom 0,3 μm. Obična elektrolitička bakarna folija (Ra=1.0-1.5 μm) će povećati gubitak signala od 10GHz za više od 30%.
Parazitski parametri kroz rupe
Visokofrekventne prolazne rupe zahtijevaju korištenje tehnologije stražnjeg bušenja za uklanjanje "stub" (preostala dužina gomile manja ili jednaka 0,5 mm) i kontrolu impedancije prolazne rupe kako bi odgovarala impedanciji dalekovoda (odstupanje manje ili jednako 5%). Neprobuđene rupe će stvoriti povratni gubitak od približno -20dB na 10GHz.
(4) Detekcija i verifikacija: penetracija više-dimenzionalnih performansi
Testiranje integriteta signala
Koristite vektorski mrežni analizator za mjerenje S parametara (S11 Manje ili jednako -20dB, S21 Veće ili jednako -3dB @ ciljne frekvencije) i procijenite povratni gubitak i gubitak umetanja.
Ispitivanje termičke pouzdanosti
Izvršite test lemljenja reflow na 260 stepeni/10 sekundi da biste uočili da li postoji raslojavanje na ploči (otkrivanjem međuslojne površine spajanja kroz mikroskop s rezovima) i testirajte promjenu dielektrične konstante na visokoj temperaturi (Δ Dk manje od ili jednako 3%).
Dugoročna potvrda starenja
Stavite uzorak u okruženje od 85 stepeni /85% RH na 500 sati da testirate otpor izolacije (veći ili jednak 10 ^ 9 Ω) i promjene u dielektričnim gubicima (Δ Df manji od ili jednak 5%), osiguravajući dugoročnu-stabilnost visokih-performansi visoke frekvencije.
3, tipičan slučaj: praksa dizajna visoke frekvencije RF ploče 5G bazne stanice
U dizajnu RF ploče 5G bazne stanice AAU (aktivna antenska jedinica), Rogers6010LM ploča (Dk=10.2, Df=0.0023) se koristi za izradu mikrotrakaste antene. Postignite napredak u performansama visoke{5}}frekvencije pomoću sljedećih mjera:
Složeni dizajn: 3-slojna struktura (signalni sloj/uzemljeni sloj/signalni sloj), debljina dielektrika 0,254 mm, kontrola impedance 50 Ω± 3%.
Inovacija u procesu: Korišćenjem CO ₂ laserskog bušenja (otvor blende 0,15 mm) i površinske obrade hemijskim posrebrenjem (hrapavost Ra=0.15 μ m), gubitak umetanja u frekvencijskom opsegu od 18 GHz je smanjen na 0,8 dB/inču.
Test verifikacije: Povratni gubitak u frekventnom opsegu 18-22GHz meren VNA je manji od -25dB, ispunjavajući stroge zahteve standarda 5GNR za RF veze.