Kõrgsageduslikes{0}}elektroonilistes väljades, nagu 5G side, satelliitnavigatsioon ja radarisüsteemid, ulatub signaali edastamise sagedus tavaliselt GHz tasemeni või isegi kõrgemale. Praegusel hetkel ei suuda tavalised trükkplaadid enam vastata signaali terviklikkuse nõuetele ja kõrgsageduslikud trükkplaadid on{3}} muutunud vältimatuks valikuks nende ainulaadsete materjaliomaduste ja protsessi ülesehituse tõttu. Põhiline erinevuskõrgsageduslik-pcb-plaatja tavaline tahvel:
1, Põhiline erinevus: häiriv läbimurre materjalides ja jõudluses
(1) Substraadi omaduste oluline erinevus
Tavaline PCB plaat: võttes näiteks FR-4
Materjali koostis: kasutades substraadina epoksüvaiguga immutatud klaaskiudkangast, on hind madal ja protsess on küps, kuid dielektriline konstant on kõrge (tavaliselt Dk=4.2-4.8) ja dielektriline kadu suur (Df=0.02-0.03).
Kõrgsageduslikud piirangud: kui signaali sagedus ületab 1 GHz, suureneb dielektriline kadu märkimisväärselt, signaali sumbumine on tõsine ja dielektriline konstant kõigub sagedusega oluliselt, muutes impedantsi juhtimise keeruliseks.
Kõrgsageduslik trükkplaat: näidetena PTFE ja keraamilise täidisega komposiitmaterjalid
Materjali innovatsioon:
PTFE-põhine leht: näiteks Rogers RT/duroid seeria, mille Dk on nii madal kui 2,2–3,5, Df<0.001, Excellent frequency stability, suitable for ultra-high frequency scenarios above 10GHz.
Keraamilise täidisega komposiitmaterjalid, nagu IsolaFR408HR, vähendavad Dk-d (Dk=3.0-3.8) ja parandavad soojusjuhtivust tänu keraamilisele pulbertäitele, tasakaalustades kõrge-sagedusliku jõudluse ja töötlemiskulud.
Peamised eelised: madal dielektriline konstant vähendab signaali edastamise viivitust, väike kadu vähendab energia sumbumist ja Dk/Df muutub sagedusega vähem kui 5%, tagades kõrge sagedusega signaalide faasijärjepidevuse.
(2) Konstruktsioonide paigutuse erinõuded
Tavaline PCB virnastatud paigutus
Signaalikiht eraldatakse lihtsalt jõukihi/geoloogilise kihiga ja kihtidevaheliseks dielektrilise paksuse tolerantsiks on lubatud olla ± 10%. Takistusjuhtimise täpsus on tavaliselt ± 10%.
Kõrgsageduslik PCB virnastatud paigutus
Range impedantsi juhtimine: kasutades spetsiifilisi ülekandeliini struktuure, nagu mikroribaliinid, ribaliinid, koplanaarsed lainejuhid jne, tuleb dielektrilise paksuse tolerantsi reguleerida ± 5% piires ja impedantsi täpsuse nõue on ± 5% või isegi ± 3%. Näiteks 50 Ω mikroriba liini joone laiuse arvutus peab olema täpne μm tasemel, võttes samal ajal arvesse vaskfooliumi kareduse mõju impedantsile (kui karedus Ra on väiksem või võrdne 0,5 μm, saab impedantsi hälvet vähendada 2% -3%).
Elektromagnetilise varjestuse optimeerimine: kõrgsageduslikud signaalid on vastuvõtlikud elektromagnetilistele häiretele ja sageli kasutatakse täisekraani varjestuskihtide paigutust või manustatud kondensaatori/induktiivpooli struktuure. Ristkõne vähendamiseks lisatakse kihtide vahele maandus massiivide kaudu (vahe on väiksem või võrdne 1 mm).
(3) Töötlemistehnoloogia täpsus on hüppeliselt tõusnud
Tavaline trükkplaatide töötlemise tehnoloogia
Puurimistäpsus ± 50 μm, söövitusjoone laiuse tolerants ± 10%, pinnatöötlus peamiselt HASL-i kasutades, karedus Ra=1-3 μm.
Kõrgsageduslike trükkplaatide töötlemise tehnoloogia
Puurimine: mehaanilisest puurimisest põhjustatud substraadi kihistumise vältimiseks kasutatakse laserpuurimist (ava 0,1 mm või vähem) või CNC-puurimismasinat (täpsus ± 10 μm).
Söövitamine: kasutades impulssgalvaanilise ja keemilise söövitamise protsesside kombinatsiooni, juhitakse joone laiuse tolerantsi täpsusega ± 5% ja traadi serva karedus Ra on väiksem või võrdne 0,4 μm, et vähendada signaali hajumist.
Pinnatöötlus: eelistatud on ENIG (kullakihi paksus 0,05-0,1 μm) või keemiline hõbedamine, tasapinnaga Ra Väiksem või võrdne 0,2 μm, et vähendada kontaktikindlust ja nahamõju kadusid.
2. Peamised kaalutlused kõrgsageduslike-trükkplaatide tootmisel
(1) Materjali valik: "kasutatavast" kuni "täpse kohandamiseni"
Sagedusvahemiku sobitamine
1–10 GHz stsenaarium: valikuline keraamilise täidisega FR-4 (nt Nelco 4000-13SI) või modifitseeritud epoksüvaigu leht (Dk=3.5-4.0, Df<0.01).
10 GHz stsenaarium: tuleb kasutada PTFE-põhiseid või keraamilisi komposiitmaterjale (nt Taconic TLY-5, Dk=2.2, Df=0.0009).
Soojusjuhtimise kaalutlused
Kõrgsageduslikud seadmed toodavad suures koguses soojust, mistõttu tuleb valida plaat, mille soojusjuhtivus on suurem või võrdne 0,5 W/(m · K) (näiteks Rogers 4350B, soojusjuhtivusega 0,7 W/(m · K)) ja kavandada sisseehitatud jahutusradiaatori struktuur.
(2) Protsessi juhtimine: mikromeetritaseme suurem täpsus
Lamineerimisprotsess
Vaakumlamineerimismasinat kasutades on rõhu ühtlus väiksem või võrdne ± 2% ja temperatuuri kõikumine on väiksem või võrdne ± 1 kraadiga, et vältida impedantsi kõrvalekaldeid, mis on põhjustatud keskmise kihi ebaühtlasest paksusest. Näiteks kui 0,1 mm paksuse dielektrilise kihi paksuse tolerants ületab ± 5 μm, ületab impedantsi viga ± 4%.
Mustri ülekandmine
Kasutades traditsioonilise optilise joonistamise asemel laseriga otsekirjutustehnoloogiat, võib joone laiuse täpsus ulatuda ± 3 μm-ni, mis sobib ülipeente joonte tootmiseks alla 50 μm. Särituse ajal on vaja kontrollida valgusallika lainepikkust (365nm ultraviolettvalgus) ja energiatihedust (120-150mJ/cm²), et vältida liigset või ebapiisavat arengut.
Reaalajas impedantsi jälgimine
Pärast iga vooluahela valmistamise kihi lõpetamist kasutage TDR-i, et mõõta impedantsi võrgus ja kohandada järgnevaid protsessi parameetreid, võrreldes projekteerimisväärtusi. Näiteks kui mõõdetud takistus on sihtväärtusest 8% kõrgem, saab kompenseerida vaskfooliumi paksuse suurendamisega enne söövitamist või joone laiuse peenhäälestamist.
(3) Defektide ennetamine ja kontroll: surmaga lõppevad vigastused kõrgsageduslike stsenaariumide korral
Keskmise kihi mullid
Enne lamineerimist kuivatage aluspind ja poolkõvenenud leht vaakumkuivatusega (120 kraadi / 2 tundi) niiskusesisaldusega alla 0,1%, et vältida signaali lekkimist, mis on põhjustatud mullide tekkest kõrgel temperatuuril pressimisel.
Vaskfooliumi karedus
Kõrgsageduslikud ahelad peavad kasutama RTF-i või HVLP-d, mille karedus Ra on väiksem või võrdne 0,3 μm. Tavaline elektrolüütiline vaskfoolium (Ra=1.0-1.5 μm) suurendab 10 GHz signaalikadu rohkem kui 30%.
Parasiitide parameetrid läbi aukude
Kõrgsageduslikud läbivad augud nõuavad tagasipuurimise tehnoloogiat, et eemaldada "Stub" (vaia jääkpikkus alla 0,5 mm või sellega võrdne) ja juhtida läbiva augu impedantsi, et see vastaks ülekandeliini takistusele (hälve väiksem või võrdne 5%). Triimata läbivad augud tekitavad 10 GHz juures umbes -20 dB tagasivoolukadu.
(4) Tuvastamine ja kontrollimine: mitmedimensiooniline jõudluse levik
Signaali terviklikkuse testimine
Kasutage vektorvõrgu analüsaatorit, et mõõta S-parameetreid (S11 väiksem või võrdne -20 dB, S21 suurem või võrdne -3 dB sihtsageduse juures) ning hinnata tagasivoolukadu ja sisestuskadu.
Termilise töökindluse testimine
Tehke tagasivoolukatse 260 kraadi / 10 sekundiga, et jälgida, kas plaadis on delaminatsiooni (tuvastades kihtidevahelise sideme pinna läbi viilmikroskoobi), ja testige dielektrilise konstandi muutust kõrgel temperatuuril (Δ Dk Vähem või võrdne 3%).
Pikaajaline vananemise kontroll
Asetage proov keskkonda, mille suhteline õhuniiskus on 85 kraadi / 85% 500 tunniks, et testida isolatsioonitakistust (suurem või võrdne 10 ^ 9 Ω) ja dielektrilise kao muutusi (Δ Df Väiksem või võrdne 5%), tagades{6}}kõrgsagedusliku jõudluse pikaajalise stabiilsuse.
3, tüüpiline juhtum: 5G tugijaama RF-plaadi kõrgsagedusliku disaini praktika
5G tugijaama AAU (aktiivne antenniüksus) RF-plaadi kujunduses kasutatakse mikroribaantenni massiivi valmistamiseks Rogers6010LM plaati (Dk=10.2, Df=0.0023). Järgmiste meetmete abil saavutage läbimurre kõrge sagedusega{5}}jõudluses.
Virnastatud disain: 3-kihiline struktuur (signaalikiht/aluskiht/signaalikiht), dielektriku paksus 0,254mm, impedantsi juhtimine 50 Ω± 3%.
Protsessiuuendus: kasutades CO ₂ laserpuurimist (ava 0,15 mm) ja keemilist hõbedamise pinnatöötlust (karedus Ra=0.15 μm), vähendatakse sisestuskadu 18 GHz sagedusalas 0,8 dB/tolli kohta.
Testi kontrollimine: VNA-ga mõõdetud tagastuskadu sagedusalas 18–22 GHz on alla -25 dB, mis vastab RF-linkide standardi 5GNR rangetele nõuetele.