Guide til design og layout af højfrekvente printkort

Højfrekvent PCB-kort refererer til den elektromagnetiske frekvens af de højere specielle kredsløbskort til højfrekvens (frekvens større end 300MHZ eller bølgelængde på mindre end 1 meter) og mikrobølgeovn (frekvens større end 3GHZ eller bølgelængde på mindre end 0,1 meter) inden for PCB, er i mikrobølgesubstrat kobberbelagte laminatplader ved brug af almindelige stive kredsløbskort fremstillet ved hjælp af nogle af processerne eller brug af specielle behandlingsmetoder og produktion af kredsløbskort.

Højfrekvent PCB specifikationer for layout og ledningsføring

1. principper for isolering og jordforbindelse

• Strengt adskilte digitale og analoge kredsløbsområder
• Sørg for, at alle RF-tilpasninger har en komplet jordplansreference.
• Prioritér justering af overfladelag til transmission af RF-signaler

2.Ledningsføring Prioriteret rækkefølge

RF-linjer → baseband RF-grænsefladelinjer (IQ-linjer) → clocksignallinjer → strømlinjer → digitale basebandkredsløb → jordnetværk

3. specifikation for overfladebehandling

• Højfrekvent enkeltkort (1 GHz) anbefales for at fjerne det grønne oliedæksel i mikrostrip-linjeområdet.
• Lav- og mellemfrekvente singleboard-mikrostrip-linjer anbefales for at bevare det grønne oliebeskyttende lag.

4. Specifikation af krydsledninger

• Det er strengt forbudt at krydskable digitale/analoge signaler.
• RF-linjer og signallinjer skal overholdes, når de krydses:
  a) Foretrukken mulighed: tilføj et isoleret jordplanlag
  b) Andet valg: Bevar 90° ortogonale krydsninger.
• Krav til afstand mellem parallelle RF-linjer:
  a) Normal ledningsføring: Bevar afstanden på 3W.
  b) Når parallelitet er nødvendig, skal du indsætte et godt jordet isoleret jordplan i midten.

5. blandet signalbehandling

• Duplexere/mixere og andre multisignalanordninger er påkrævet:
  a) RF/IF-signaler dirigeres ortogonalt.
  b) Isoleret jordbarriere mellem signaler

6. krav til tilpasningens integritet

• Overhængende ender af RF-justering er strengt forbudt.
• Bevar konsistensen i transmissionslinjens karakteristiske impedans

7. Specifikationer for håndtering af Vias

• Undgå så vidt muligt at skifte lag i RF-tilpasningen.
• Når det er nødvendigt at skifte lag:
  a) Brug den mindste hulstørrelse (anbefalet 0,2 mm)
  b) Begræns antallet af vias (≤ 2 pr. linje)

8. Ledninger til baseband-interface

• IQ-linjebredde ≥ 10 mil
• Strengt lige lang matchning (ΔL ≤ 5 mil)
• Oprethold ensartet afstand (±10% tolerance)

9. Ledninger til kontrollinjen

• Rutelængde optimeret til afslutningsimpedans
• Minimér nærheden til RF-stien
• Forbyd placering af jordledninger ved siden af kontrolledninger

10. beskyttelse mod interferens

• 3H afstand mellem digitale/strømforsyningsopstillinger og RF-kredsløb (H er tykkelsen på dielektrikummet)
• Separat afskærmningsområde til urkredsløb

11. Ledninger til ur

• Ledninger til ur ≥ 10 mils
• Dobbeltsidet jordet afskærmning
• Båndtrådsstruktur foretrækkes

12. VCO-ledninger

• Kontrollinjer ≥2 mm fra RF-linjer
• Hvis det er nødvendigt, skal du gennemføre en fuld indpakning af jorden

13. design i flere lag

• Foretrækker en isoleringsordning på tværs af lag
• Det andet valg af den ortogonale crossover-løsning
• Grænse for parallel længde (≤λ/10)

14. jordforbindelse

• Jordplanets fuldstændighed i hvert lag >80
• Afstand mellem jordingshuller <λ/20
• Flerpunktsjording i kritiske områder

Bemærk: Alle dimensionsspecifikationer skal justeres i henhold til bølgelængden (λ) for den faktiske driftsfrekvens, og det anbefales, at der udføres tredimensionel elektromagnetisk feltsimulering for at verificere det endelige design.

Tekniske specifikationer for højhastigheds- og højfrekvens-PCB's vigtigste ydelsesparametre

1. dielektriske karakteristiske parametre

1.1 Dielektrisk konstant (Dk)

• Typisk krav: 2,2-3,8 (@1GHz)
• Nøgleindikator:
• Numerisk stabilitet (±0,05 tolerance)
• Frekvensafhængighed (<5% variation fra 1-40 GHz)
• Isotropi (variation i X/Y/Z-aksen <2%)

1.2Dielektrisk tab (Df)

• Standardområde: 0,001-0,005 (@10GHz)
• Grundlæggende krav:
• Lave tabskarakteristika (Df <0,003 foretrækkes)
• Temperaturstabilitet (-55°C~125°C variation <15%)
• Påvirkning af overfladeruhed (Ra <1μm)

2. termomekaniske egenskaber

2.1 Termisk udvidelseskoefficient (CTE)

• Krav til matchning af kobberfolie:
• X/Y-akse CTE: 12-16ppm/°C
• Z-akse CTE: 25- 50 ppm/°C
• Pålidelighedsstandard:
• 300 termiske cyklusser (-55℃~125℃) uden delaminering

2.2 Indeks for varmebestandighed

• Tg-punkt: ≥170℃ (helst 180-220℃)
• Td-punkt: ≥300℃ (5 % vægttabstemperatur)
• Delamineringstid: >60min (288℃ loddetest)

3. miljømæssig stabilitet

3.1 Fugtabsorberende egenskaber

• Mættet vandabsorption: <0,2% (24 timers nedsænkning)
• Drift af dielektriske parametre:
• Dk-ændring <2
• Df-ændring <10

3.2 Kemisk modstandsdygtighed

• Modstandsdygtighed over for syre og alkali:Nedsænkning i 5 % opløsning i 24 timer uden korrosion
• Modstandsdygtighed over for opløsningsmidler: Bestået IPC-TM-650 2.3.30 test.

4. Elektrisk ydeevne

4.1 Kontrol af impedans

• Single-ended linje: 50Ω±10%.
• Differentielle par: 100Ω±7%.
• Vigtige kontrolpunkter:
• Tolerance for linjebredde ±5%.
• Tolerance for dielektrisk tykkelse ±8%.
• Tolerance for kobbertykkelse ±10

4.2 Signalintegritet

• Indsættelsestab: 0,5 dB/tomme@10GHz
• Return Loss: >20dB@Operating Band
• Afvisning af krydstale: <-50dB@1mm afstand

5. Mekanisk pålidelighed

5.1 Skrælningsstyrke

• Startværdi: >1.0N/mm
• Efter termisk ældning: ＞0,8N/mm (125℃/1000h)

5.2 Slagstyrke

• CAF-modstand: >1000 timer (85℃/85%RH/50V)
• Mekanisk stød: Består 30G/0,5ms test

6. Særlige krav til ydeevne

6.1 Stabilitet ved høj frekvens

• Fasekonsistens: ±1°@10GHz/100mm
• Gruppeforsinkelse: <5ps/cm@40GHz

6.2 Overfladebehandling

• Kobberfoliens ruhed:Rz＜3μm
• Effekt af loddemaske: Dk-variation <1%.

Bemærkninger:

1. Alle parametre skal testes i henhold til IPC-TM-650 standardmetoder.
2. Batchprøvetagning anbefales for nøgleparametre.
3. Ved højfrekvensanvendelse bør Dk/Df forsynes med en frekvensvariationskurve.
4. Flerlagsplader bør evalueres for at sikre konsistens i Z-akse-parametrene.

Højfrekvent PCB-materiale Dk/Df-test Teknisk hvidbog

1. Principper for klassificering og udvælgelse af testmetoder

1.1 Testmetode-system

• IPC-standardmetoder: 12 standardiserede testprotokoller
• Branchetilpassede metoder: Proprietære løsninger fra forskningsinstitutioner og producenter
• Praktiske udvælgelseskriterier:
  - Frekvenstilpasning (±20 % af driftsbåndet)
  - Konsistens i det elektriske felts retning (Z-akse/XY-plan)
  - Sammenhæng med fremstillingsprocesser (råmateriale/færdiggjort plade)

1.2 Matrix for valg af metode

2. Detaljeret forklaring af centrale testteknikker

2.1 X-Band Clamped Stripline Resonator Method (IPC-TM-650 2.5.5.50)

• Test-struktur:
  ┌─────────────────┐
  │ Ground Plane │.
  ├─────────────────┤
  │ DUT (Z-akse) │.
  ├─────────────────┤
  │ Resonator-kredsløb│.
  ├─────────────────┤
  │ DUT (Z-akse) │.
  ├─────────────────┤
  │ Ground Plane │.
  └─────────────────┘
• Tekniske egenskaber:
  - Frekvensområde: 2,5-12,5 GHz (trin på 2,5 GHz)
  - Nøjagtighed: ±0,02 (Dk), ±0,0005 (Df)
  - Fejlkilder:Luftspalter i armaturer (~1-3% afvigelse)

2.2 Metode med delt cylinderresonator (IPC-TM-650 2.5.5.13)

• Nøgleparametre:
  - Testretning:XY-planets egenskaber
  - Resonanstoppe:3-5 karakteristiske frekvenspunkter
  - Analyse af anisotropi: Kan sammenlignes med data fra Z-aksen

2.3 Mikrostrip-ringresonator-metoden

• Krav til kredsløb:
  - Impedans i fødelinjen: 50Ω ±1%
  - Ringafstand: 0,1-0,15 mm (kræver litografikontrol)
  - Tolerance for kobbertykkelse: ±5 μm kompensation nødvendig

3. Analyse og kompensation af testfejl

3.1 Større fejlkilder

• Spredning af materiale: Frekvensafhængig Dk (typisk: -0,5%/GHz)
• Påvirkning af kobberets ruhed: Ruhedsniveau Dk Afvigelse Rz < 1 μm <1 % Rz = 3 μm 3-5 % Rz > 5 μm >8 %.
• Procesvariationer:
  - Pletteret kobbertykkelse (0,3 % fejl pr. 10 μm afvigelse)
  - Indflydelse på loddemasken (0,5-1,2 % variation på grund af dækning med grøn olie)

3.2 Metoder til datakorrektion

• Algoritme til frekvenskompensation:
  Dk(f)=Dko⋅(1-α⋅log(f/fo))
• Korrektion af overfladeruhed: Hammerstad-Jensen-modellen
• Anisotropisk materialehåndtering: Tensoranalyse-metode

4. Retningslinjer for teknisk ansøgning

4.1 Proces for udvikling af testplan

1. Bestem driftsfrekvensbånd (centerfrekvens ±30%)
2. Analyser den primære elektriske feltretning (microstrip/stripline)
3. Evaluer vinduet i fremstillingsprocessen (tolerance for kobbertykkelse/linjebredde)
4. Vælg en testmetode med 80 % matchningsnøjagtighed

4.2 Standarder for datasammenligning

• Gyldige sammenligningsbetingelser:
  - Samme testretning (Z-akse eller XY-plan)
  - Frekvensafvigelse < ±5%.
  - Ensartede temperaturforhold (23±2°C)
• Typiske variationer i materialeparametre: Testmetode Dk Variation Df Variation Fixtur vs. kredsløb 2-8% 15-30% Z-akse vs. XY-plan 1-15% 5-20%

5. Udvikling af teststandarder

5.1 Nye testteknologier

• Terahertz-tidsdomænespektroskopi (0,1-4 THz)
• Mikrobølgemikroskopi med nærfeltsskanning (10-100 GHz)
• AI-assisterede systemer til parameterudvinding

5.2 Tendenser inden for standardisering

• Testmetoder for flerlagskort (IPC-2023 udkast)
• 5G mmWave-specifikke testprotokoller (28/39 GHz)
• Teststandarder for dynamisk termisk cykling

Bemærk: Alle tests skal udføres i et kontrolleret miljø (23±1°C, 50±5% RH). Automatiserede testsystemer, der integrerer Vektornetværksanalysatorer (VNA) og prøvestationer anbefales. Testdata skal omfatte 3σ statistisk analyse.