I højfrekvente elektroniske felter, såsom 5G-kommunikation, satellitnavigation og radarsystemer, når frekvensen af signaltransmission typisk GHz-niveauet eller endnu højere. På dette tidspunkt er almindelige printkort ikke længere i stand til at opfylde kravene til signalintegritet, og højfrekvente printkort er blevet et uundgåeligt valg på grund af deres unikke materialeegenskaber og procesdesign. Kerneforskellen mellemhøjfrekvente printkort-og almindelig bestyrelse:
1, Kerneforskel: Disruptivt gennembrud i materialer og ydeevne
(1) Den væsentlige forskel i substratets egenskaber
Almindelig printkort: tager FR-4 som eksempel
Materialesammensætning: Ved at bruge epoxyharpiksimprægneret glasfiberdug som underlag er omkostningerne lave, og processen er moden, men dielektricitetskonstanten er høj (normalt Dk=4.2-4.8), og det dielektriske tab er stort (Df=0.02-0.03).
Højfrekvensbegrænsninger: Når signalfrekvensen overstiger 1GHz, stiger det dielektriske tab betydeligt, signaldæmpningen er alvorlig, og den dielektriske konstant svinger betydeligt med frekvensen, hvilket gør impedanskontrol vanskelig.
Højfrekvent printkort: tager PTFE og keramisk fyldte kompositmaterialer som eksempler
Materiale Innovation:
PTFE-baseret ark: såsom Rogers RT/duroid-serien, med Dk så lavt som 2,2-3,5, Df<0.001, Excellent frequency stability, suitable for ultra-high frequency scenarios above 10GHz.
Keramisk fyldte kompositmaterialer, såsom IsolaFR408HR, reducerer Dk (Dk=3.0-3.8) og forbedrer den termiske ledningsevne gennem keramisk pulverfyldning, balancerer høj-ydeevne og behandlingsomkostninger.
Vigtigste fordele: Lav dielektrisk konstant reducerer signaltransmissionsforsinkelse, lavt tab reducerer energidæmpning, og Dk/Df-ændringer med mindre end 5 % med frekvensen, hvilket sikrer fasekonsistens af højfrekvente signaler.
(2) Særlige krav til konstruktionsmæssig indretning
Almindelig pcb stablet layout
Signallaget adskilles ganske enkelt af kraftlaget/geologiske lag, og tolerancen for mellemlagets dielektriske tykkelse tillades at være ± 10%. Impedanskontrolnøjagtigheden er normalt ± 10%.
Højfrekvent pcb stablet layout
Streng impedanskontrol: ved brug af specifikke transmissionslinjestrukturer såsom mikrostrip-linjer, strip-linjer, koplanære bølgeledere osv., skal den dielektriske tykkelsestolerance kontrolleres inden for ± 5 %, og impedansnøjagtighedskravet er ± 5 % eller endda ± 3 %. For eksempel skal linjebreddeberegningen af en 50 Ω mikrostrip-linje være nøjagtig til μm-niveauet, mens man tager hensyn til indflydelsen af kobberfolieruhed på impedansen (når ruheden Ra er mindre end eller lig med 0,5 μm, kan impedansafvigelsen reduceres med 2% -3%).
Elektromagnetisk afskærmningsoptimering: Højfrekvente signaler er modtagelige for elektromagnetisk interferens, og fuldskærms-afskærmningslaglayouter eller indlejrede kondensator-/induktorstrukturer bruges ofte. Jording via arrays (mellemrum mindre end eller lig med 1 mm) tilføjes mellem lagene for at reducere krydstale.
(3) Præcisionen af forarbejdningsteknologi er steget i vejret
Almindelig pcb-behandlingsteknologi
Borenøjagtighed ± 50 μ m, ætselinjebreddetolerance ± 10 %, overfladebehandling hovedsageligt med HASL, ruhed Ra=1-3 μm.
Højfrekvent pcb-behandlingsteknologi
Boring: Laserboring (åbning mindre end eller lig med 0,1 mm) eller CNC-boremaskine (nøjagtighed ± 10 μm) bruges til at undgå substratdelaminering forårsaget af mekanisk boring.
Ætsning: Ved at bruge en kombination af pulsgalvanisering og kemiske ætsningsprocesser styres linjebreddetolerancen inden for ± 5 %, og trådkantens ruhed Ra er mindre end eller lig med 0,4 μm for at reducere signalspredning.
Overfladebehandling: ENIG (guldlagtykkelse 0,05-0,1 μm) eller kemisk forsølvning foretrækkes, med en planhed Ra Mindre end eller lig med 0,2 μm, for at reducere kontaktmodstand og hudeffekttab.
2, Kerneovervejelser for høj-produktion af printkort
(1) Materialevalg: fra "anvendelig" til "præcis tilpasning"
Tilpasning af frekvensområde
1-10GHz scenarie: Valgfri keramisk fyldt FR-4 (såsom Nelco 4000-13SI) eller modificeret epoxyharpiksplade (Dk=3.5-4.0, Df<0.01).
10GHz-scenarie: PTFE-baserede eller keramiske kompositmaterialer (såsom Taconic TLY-5, Dk=2.2, Df=0.0009) skal bruges.
Overvejelser om termisk styring
Højfrekvente enheder genererer en stor mængde varme, så det er nødvendigt at vælge et bord med en termisk ledningsevne større end eller lig med 0,5W/(m · K) (såsom Rogers 4350B, med en termisk ledningsevne på 0,7W/(m · K)) og designe en indlejret kølepladestruktur.
(2) Proceskontrol: højere stræben efter præcision på mikrometerniveau
Lamineringsproces
Ved anvendelse af en vakuumlamineringsmaskine er trykens ensartethed mindre end eller lig med ± 2%, og temperaturudsvinget er mindre end eller lig med ± 1 grad for at undgå impedansafvigelse forårsaget af ujævn tykkelse af mellemlaget. For eksempel, hvis tykkelsestolerancen af et 0,1 mm tykt dielektrisk lag overstiger ± 5 μm, vil impedansfejlen overstige ± 4 %.
Mønsteroverførsel
Ved at bruge laser-direkteskrivningsteknologi i stedet for traditionel optisk tegning kan linjebreddens nøjagtighed nå ± 3 μm, velegnet til produktion af ultrafine linjer under 50 μm. Under eksponering er det nødvendigt at kontrollere lyskildens bølgelængde (365nm ultraviolet lys) og energitæthed (120-150mJ/cm²) for at forhindre overdreven eller utilstrækkelig udvikling.
Impedansovervågning i realtid
Efter at have afsluttet hvert lag af kredsløbsfremstilling, skal du bruge TDR til at måle impedans online og justere efterfølgende procesparametre ved at sammenligne designværdierne. For eksempel, hvis den målte impedans er 8 % højere end målværdien, kan der kompenseres ved at øge tykkelsen af kobberfolien før ætsning eller finindstille linjebredden.
(3) Defektforebyggelse og -kontrol: 'Dødelige skader' i højfrekvente scenarier
Mellemlags bobler
Inden laminering vakuumtørres substratet og den halvhærdede plade (120 grader /2 timer) med et fugtindhold kontrolleret under 0,1 % for at undgå signallækage forårsaget af generering af bobler under høj-temperaturpresning.
Kobberfolie ruhed
Højfrekvente kredsløb skal bruge RTF eller HVLP, med en ruhed Ra Mindre end eller lig med 0,3 μm. Almindelig elektrolytisk kobberfolie (Ra=1.0-1.5 μm) vil øge 10GHz signaltab med mere end 30 %.
Parasitære parametre gennem huller
Højfrekvente via-huller kræver brug af tilbageboringsteknologi for at fjerne "Stub" (restpælelængde mindre end eller lig med 0,5 mm) og kontrollere impedansen af via-hullet for at matche impedansen af transmissionsledningen (afvigelse mindre end eller lig med 5%). Uborede gennemgående huller vil generere et returtab på cirka -20dB ved 10GHz.
(4) Detektering og verifikation: fler-performance penetration
Test af signalintegritet
Brug en vektornetværksanalysator til at måle S-parametre (S11 Mindre end eller lig med -20dB, S21 Større end eller lig med -3dB @ målfrekvens) og evaluer returtab og indsættelsestab.
Termisk pålidelighedstest
Udfør en reflow-loddetest ved 260 grader/10 sekunder for at observere, om der er delaminering i pladen (ved at detektere mellemlagets bindingsoverflade gennem et skivemikroskop), og test ændringen i dielektricitetskonstanten ved høj temperatur (Δ Dk mindre end eller lig med 3%).
Langsigtet aldringsverifikation
Anbring prøven i et miljø på 85 grader /85 % RH i 500 timer for at teste isolationsmodstanden (Større end eller lig med 10 ^ 9 Ω) og ændringer i dielektrisk tab (Δ Df mindre end eller lig med 5%), hvilket sikrer langtids-stabilitet af høj-højfrekvent ydeevne.
3, Typisk tilfælde: Højfrekvent designpraksis af 5G basestation RF-kort
I RF-kortdesignet af 5G-basestation AAU (aktiv antenneenhed), bruges Rogers6010LM-kort (Dk=10.2, Df=0.0023) til at lave mikrostrip-antennearray. Opnå gennembrud inden for høj-ydeevne gennem følgende foranstaltninger:
Stablet design: 3-lags struktur (signallag/jordlag/signallag), dielektrisk tykkelse 0,254 mm, impedanskontrol 50 Ω± 3%.
Procesinnovation: Ved at bruge CO ₂-laserboring (åbning 0,15 mm) og kemisk forsølvningsoverfladebehandling (ruhed Ra=0.15 μm), reduceres indsættelsestabet i 18GHz-frekvensbåndet til 0,8dB/tomme.
Testverifikation: Returtabet i 18-22GHz frekvensbåndet målt ved VNA er mindre end -25dB, hvilket opfylder de strenge krav i 5GNR-standarden for RF-links.