Leitfaden für Design und Layout von Hochfrequenz-Leiterplatten

Hochfrequenz-Leiterplatte bezieht sich auf die elektromagnetische Frequenz der höheren speziellen Leiterplatten für Hochfrequenz (Frequenz größer als 300MHZ oder Wellenlänge von weniger als 1 Meter) und Mikrowelle (Frequenz größer als 3GHZ oder Wellenlänge von weniger als 0,1 Meter) im Bereich der PCB, ist in der Mikrowelle Substrat kupferkaschierten Laminatplatten auf die Verwendung von gewöhnlichen starren Leiterplatten hergestellt mit einigen der Prozesse oder die Verwendung von speziellen Behandlungsmethoden und die Produktion von Leiterplatten.

Hochfrequenz-Leiterplatte Spezifikationen für das Layout und die Verkabelung

1. die Grundsätze der Isolierung und Erdung

• Streng getrennte digitale und analoge Schaltungsbereiche
• Stellen Sie sicher, dass alle HF-Ausrichtungen einen vollständigen Bezug zur Grundplatte haben.
• Priorisieren Sie die Ausrichtung der Oberflächenschicht für die RF-Signalübertragung

2.Verdrahtung Prioritätenfolge

HF-Leitungen → Basisband-HF-Schnittstellenleitungen (IQ-Leitungen) → Taktsignalleitungen → Stromversorgungsleitungen → digitale Basisbandschaltungen → Erdungsnetz

3) Spezifikation der Oberflächenbehandlung

• Hochfrequenz-Singleboard (>1GHz) wird empfohlen, um die grüne Ölabdeckung im Bereich der Mikrostreifenleitung zu beseitigen.
• Nieder- und mittelfrequente Einplatinen-Mikrostreifenleitungen werden empfohlen, um die grüne Ölschutzschicht zu erhalten.

4. die Spezifikation der Querverdrahtung

• Strenges Verbot der Kreuzverdrahtung von digitalen und analogen Signalen.
• HF-Leitungen und Signalleitungen müssen beim Kreuzen beachtet werden:
  a) Bevorzugte Option: Hinzufügen einer isolierten Grundplatte
  b) Zweite Wahl: Beibehaltung der orthogonalen 90°-Kreuzungen.
• Anforderungen an parallele RF-Leitungsabstände:
  a) Normale Verdrahtung: 3W-Abstand einhalten.
  b) Wenn Parallelität erforderlich ist, fügen Sie eine gut geerdete, isolierte Grundplatte in der Mitte ein.

5. gemischte Signalverarbeitung

• Duplexer/Mischer und andere Multisignalgeräte sind erforderlich:
  a) RF/IF-Signale werden orthogonal weitergeleitet.
  b) Isolierte Erdungsbarriere zwischen Signalen

6. die Anforderungen an die Ausrichtungsintegrität

• Überhängende Enden der HF-Ausrichtung sind streng verboten.
• Beibehaltung der Konsistenz der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung

7.Vias Handhabung Spezifikationen

• Vermeiden Sie den Wechsel von Schichten der HF-Ausrichtung so weit wie möglich.
• Wenn ein Ebenenwechsel erforderlich ist:
  a) Verwenden Sie die kleinste Lochgröße (empfohlen 0,2 mm)
  b) Begrenzung der Anzahl der Durchkontaktierungen (≤ 2 pro Zeile)

8. die Verdrahtung der Basisband-Schnittstelle

• IQ-Linienbreite ≥ 10 mil
• Strenge Gleichlängenanpassung (ΔL ≤ 5 mil)
• Einheitliche Abstände einhalten (±10% Toleranz)

9. die Verdrahtung der Steuerleitung

• Streckenlänge optimiert für Abschlussimpedanz
• Minimierung der Nähe zum RF-Pfad
• Verbot der Platzierung von Erdungslöchern neben Steuerdrähten

10. der Schutz vor Interferenzen

• 3H Abstand zwischen Digital-/Stromversorgungsanordnungen und HF-Schaltungen (H ist die Dicke des Dielektrikums)
• Getrennter Abschirmungsbereich für Taktschaltungen

11. Verdrahtung der Uhr

• Taktverdrahtung ≥ 10 mils
• Doppelseitig geerdete Abschirmung
• Banddrahtstruktur wird bevorzugt

12.VCO-Verkabelung

• Steuerleitungen ≥2mm von RF-Leitungen
• Erforderlichenfalls ist eine vollständige Behandlung des Bodens durchzuführen.

13. mehrschichtiger Aufbau

• Bevorzugen Sie ein schichtübergreifendes Isolationsschema
• Die zweite Wahl der orthogonalen Crossover-Lösung
• Grenzparallele Länge (≤λ/10)

14. erdungsanlage

• Vollständigkeit der Grundfläche jeder Schicht >80
• Abstand der Erdungslöcher <λ/20
• Mehrpunkt-Erdung in kritischen Bereichen

Hinweis: Alle Maßangaben sollten entsprechend der Wellenlänge (λ) der tatsächlichen Betriebsfrequenz angepasst werden, und es wird empfohlen, eine dreidimensionale elektromagnetische Feldsimulation durchzuführen, um den endgültigen Entwurf zu überprüfen.

Technische Spezifikationen für Hochgeschwindigkeits-Hochfrequenz-Leiterplatten mit den wichtigsten Leistungsparametern

1. dielektrische Kenngrößen

1.1 Dielektrizitätskonstante (Dk)

• Typische Anforderung: 2,2-3,8 (@1GHz)
• Schlüsselindikator:
• Numerische Stabilität (±0,05 Toleranz)
• Frequenzabhängigkeit (<5% Abweichung von 1-40 GHz)
• Isotropie (X/Y/Z-Achsenvariation <2%)

1.2 Dielektrischer Verlust (Df)

• Standardbereich: 0,001-0,005 (@10GHz)
• Kernanforderungen:
• Geringe Verluste (Df <0,003 bevorzugt)
• Temperaturstabilität (-55℃~125℃ Abweichung <15%)
• Auswirkungen der Oberflächenrauheit (Ra <1μm)

2. thermomechanische Eigenschaften

2.1 Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK)

• Anforderungen an die Kupferfolie:
• X/Y-Achse CTE: 12-16ppm/°C
• Z-Achse CTE: 25- 50 ppm/°C
• Zuverlässigkeitsstandard:
• 300 Wärmezyklen (-55℃~125℃) ohne Delamination

2.2 Index der Hitzebeständigkeit

• Tg-Punkt: ≥170℃ (vorzugsweise 180-220℃)
• Td-Punkt: ≥300℃ (Temperatur mit 5% Gewichtsverlust)
• Delaminierungszeit: >60min (288℃ Löttest)

3. ökologische Stabilität

3.1 Eigenschaften der Feuchtigkeitsaufnahme

• Gesättigte Wasseraufnahme: <0,2% (24h Eintauchen)
• Drift der dielektrischen Parameter:
• Dk ändern <2%
• Df ändern <10%

3.2 Chemische Beständigkeit

• Beständigkeit gegen Säuren und Laugen:5%ige Lösungskonzentration, 24 Stunden ohne Korrosion
• Lösemittelbeständigkeit: Bestandener IPC-TM-650 2.3.30 Test.

4. elektrische Leistung

4.1 Impedanzkontrolle

• Einseitig gesicherte Leitung: 50Ω±10%.
• Differentiale Paare: 100Ω±7%
• Wichtige Kontrollpunkte:
• Toleranz der Linienbreite ±5%
• Toleranz der dielektrischen Dicke ±8%
• Kupferdicke Toleranz ±10

4.2 Signalintegrität

• Einfügungsdämpfung: <0,5dB/Zoll@10GHz
• Rückflussdämpfung: >20dB@Operating Band
• Nebensprechunterdrückung: <-50dB@1mm Abstand

5. mechanische Verlässlichkeit

5.1 Schälfestigkeit

• Anfangswert: >1,0N/mm
• Nach thermischer Alterung: ＞0,8N/mm (125℃/1000h)

5.2 Schlagfestigkeit

• CAF-Beständigkeit: >1000h (85℃/85%RH/50V)
• Mechanischer Schock: Besteht 30G/0,5ms Test

6. besondere Leistungsanforderungen

6.1 Hochfrequenzstabilität

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

6.2 Oberflächenbehandlung

• Rauhigkeit der Kupferfolie:Rz＜3μm
• Effekt der Lötstoppmaske: Dk-Abweichung <1%

Anmerkungen:

1. Alle Parameter sollten gemäß den IPC-TM-650 Standardmethoden geprüft werden.
2. Für die wichtigsten Parameter wird die Entnahme von Stichproben empfohlen.
3. Bei Hochfrequenzanwendungen sollte Dk/Df mit einer Frequenzänderungskurve versehen sein.
4. Multilayer-Platten sollten auf die Konsistenz der Z-Achsen-Parameter geprüft werden.

Hochfrequenz PCB Material Dk/Df Testing Technisches Weißbuch

1. Klassifizierung und Auswahlprinzipien von Prüfmethoden

1.1 Prüfverfahren System

• IPC-Standardmethoden: 12 standardisierte Prüfprotokolle
• Branchenübliche Methoden: Proprietäre Lösungen von Forschungseinrichtungen und Herstellern
• Praktische Auswahlkriterien:
  - Frequenzanpassung (±20% des Betriebsbandes)
  - Konsistenz der elektrischen Feldrichtung (Z-Achse/XY-Ebene)
  - Korrelation mit den Herstellungsprozessen (Rohmaterial/fertige Platte)

1.2 Matrix für die Methodenauswahl

2. Detaillierte Erläuterung der wichtigsten Prüftechniken

2.1 X-Band-geklemmte Streifenleitungsresonator-Methode (IPC-TM-650 2.5.5.50)

• Test Struktur:
  ┌─────────────────┐
  │ Erdungsebene │
  ├─────────────────┤
  │ Prüfling (Z-Achse) │
  ├─────────────────┤
  │ Resonator-Schaltung│
  ├─────────────────┤
  │ Prüfling (Z-Achse) │
  ├─────────────────┤
  │ Erdungsebene │
  └─────────────────┘
• Technische Merkmale:
  - Frequenzbereich: 2,5-12,5 GHz (in Schritten von 2,5 GHz)
  - Genauigkeit: ±0,02 (Dk), ±0,0005 (Df)
  - Fehlerquellen:Luftspalte der Halterung (~1-3% Abweichung)

2.2 Verfahren mit geteiltem Zylinderresonator (IPC-TM-650 2.5.5.13)

• Wichtige Parameter:
  - Prüfrichtung:Eigenschaften in der XY-Ebene
  - Resonanzspitzen:3-5 charakteristische Frequenzpunkte
  - Anisotropie-Analyse: Kann mit Daten der Z-Achse verglichen werden

2.3 Microstrip-Ringresonator-Methode

• Schaltungsanforderungen:
  - Impedanz der Zuleitung: 50Ω ±1%
  - Ringspalt: 0,1-0,15 mm (erfordert Lithografiekontrolle)
  - Toleranz der Kupferdicke: ±5 μm Ausgleich erforderlich

3. Testfehleranalyse und -kompensation

3.1 Wichtige Fehlerquellen

• Material Dispersion: Frequenzabhängiger Dk (typisch: -0,5%/GHz)
• Kupferrauhigkeit Auswirkungen: Rauhigkeitsstufe Dk Abweichung Rz < 1 μm <1% Rz = 3 μm 3-5% Rz > 5 μm >8%
• Prozess-Variationen:
  - Dicke des plattierten Kupfers (0,3% Fehler pro 10 μm Abweichung)
  - Einfluss der Lötmaske (0,5-1,2 % Abweichung aufgrund der Grünölabdeckung)

3.2 Methoden zur Datenkorrektur

• Algorithmus zur Frequenzkompensation:
  Dk(f)=Dko⋅(1-α⋅log(f/fo))
• Korrektur der Oberflächenrauhigkeit: Hammerstad-Jensen-Modell
• Anisotroper Materialtransport: Methode der Tensoranalyse

4. Technische Anwendungsrichtlinien

4.1 Prozess der Prüfplanentwicklung

1. Bestimmen Sie das Betriebsfrequenzband (Mittenfrequenz ±30%)
2. Analyse der primären elektrischen Feldrichtung (Microstrip/Stripline)
3. Bewerten Sie das Fenster des Herstellungsprozesses (Kupferdicke/Linienbreitentoleranz)
4. Wählen Sie eine Prüfmethode mit >80% Übereinstimmungsgenauigkeit

4.2 Standards für den Datenvergleich

• Gültige Vergleichsbedingungen:
  - Gleiche Prüfrichtung (Z-Achse oder XY-Ebene)
  - Frequenzabweichung < ±5%
  - Konstante Temperaturbedingungen (23±2°C)
• Typische Variationen der Materialparameter: Prüfmethode Dk-Abweichung Df-Abweichung Halterung vs. Schaltung 2-8% 15-30% Z-Achse vs. XY-Ebene 1-15% 5-20%

5. Entwicklung der Prüfnormen

5.1 Aufkommende Testtechnologien

• Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie (0,1-4 THz)
• Nahfeld-Rastermikrowellenmikroskopie (10-100 GHz)
• AI-gestützte Systeme zur Parameterextraktion

5.2 Trends in der Normung

• Prüfverfahren für mehrlagige Leiterplatten (IPC-2023 Entwurf)
• 5G mmWave-spezifische Testprotokolle (28/39 GHz)
• Normen für dynamische Temperaturwechselprüfungen

Hinweis: Alle Tests sollten in einer kontrollierten Umgebung durchgeführt werden (23±1°C, 50±5% RH). Automatisierte Prüfsysteme mit Integration Vektor-Netzwerk-Analysatoren (VNA) und Sondenstationen werden empfohlen. Die Prüfdaten müssen Folgendes umfassen 3σ statistische Analyse.