Руководство по проектированию и компоновке высокочастотных печатных плат

Высокочастотная печатная плата относится к электромагнитной частоты выше специальных печатных плат для высокочастотных (частота более 300MHZ или длина волны менее 1 метра) и микроволновых (частота более 3GHZ или длина волны менее 0,1 метра) в области печатных плат, находится в микроволновой подложки медно-ламинированных плат на использование обычных жестких печатных плат, изготовленных с использованием некоторых процессов или использование специальных методов обработки и производства печатных плат.

Высокочастотная печатная плата спецификации схемы и электропроводки

1. Принципы изоляции и заземления

• Строгое разделение областей цифровых и аналоговых схем
• Убедитесь, что все ВЧ-выравнивания имеют полную привязку к плоскости земли.
• Приоритетное выравнивание поверхностного слоя для передачи радиочастотного сигнала

2.Проводка Порядок приоритетов

ВЧ-линии → линии базового ВЧ-интерфейса (IQ-линии) → линии тактовых сигналов → линии питания → цифровые схемы базовой полосы → сеть заземления

3.Спецификация обработки поверхности

• Для устранения зеленого масляного покрытия в области микрополосковых линий рекомендуется использовать высокочастотную одноплатную плату (>1 ГГц).
• Низко- и среднечастотная одноплатная микрополосковая линия рекомендуется для сохранения защитного слоя зеленого масла

4.Спецификация поперечной проводки

• Строго запретите перекрестное подключение цифровых и аналоговых сигналов.
• При пересечении радиочастотных и сигнальных линий необходимо соблюдать правила:
  a) Предпочтительный вариант: добавить изолированный слой плоскости заземления
  б) Второй вариант: Поддерживать ортогональные пересечения под углом 90°.
• Требования к расстоянию между параллельными ВЧ-линиями:
  a) Обычная проводка: Соблюдайте расстояние 3 Вт.
  b) Если необходимо обеспечить параллельность, установите в центре хорошо заземленную изолированную плоскость заземления.

5.Смешанная обработка сигналов

• Необходимы дуплексеры/смесители и другие многосигнальные устройства:
  a) РЧ/ИФ-сигналы направляются ортогонально.
  b) Изолированный заземляющий барьер между сигналами

6.Требования к целостности выравнивания

• Нависающие концы радиочастотного выравнивания строго запрещены.
• Поддерживайте постоянство характеристического импеданса линии передачи

7.Vias Технические характеристики обработки

• По возможности избегайте смены слоев радиочастотного выравнивания.
• Когда необходимо изменить слой:
  a) Используйте отверстия наименьшего размера (рекомендуется 0,2 мм).
  b) Ограничьте количество кабелей (≤ 2 на линию).

8.Разводка интерфейса полосы пропускания

• Ширина линии IQ ≥ 10 мил
• Строгое соответствие равной длины (ΔL ≤ 5 мил)
• Соблюдайте равномерность расстояния (допуск ±10%)

9.Проводка линии управления

• Длина трассы оптимизирована с учетом импеданса заделки
• Минимизируйте близость к радиочастотному тракту
• Запрещено размещать заземляющие шпонки рядом с проводами управления

10.Защита от помех

• Расстояние 3H между цифровыми цепями/цепями питания и радиочастотными цепями (H - толщина диэлектрика)
• Отдельная зона экранирования для схем часов

11.Проводка часов

• Проводка часов ≥ 10 мил
• Двустороннее экранирование с заземлением
• Предпочтительна ленточная проволочная структура

12.Проводка VCO

• Контрольные линии на расстоянии ≥2 мм от радиочастотных линий
• Если необходимо, проведите полную обработку грунта

13.Многослойная конструкция

• Предпочтите схему межслойной изоляции
• Второй вариант решения ортогонального кроссинговера
• Предельная длина параллели (≤λ/10)

14.Система заземления

• Полнота плоскости основания каждого слоя >80
• Расстояние между отверстиями заземления <λ/20
• Многоточечное заземление в критических зонах

Примечание: Все размерные характеристики должны быть скорректированы в соответствии с длиной волны (λ) фактической рабочей частоты, и рекомендуется провести трехмерное моделирование электромагнитного поля для проверки окончательного дизайна.

Высокоскоростная высокочастотная печатная плата основные параметры производительности технические характеристики

1.Параметры диэлектрических характеристик

1.1 Диэлектрическая проницаемость (Dk)

• Типичное требование: 2,2-3,8 (@1 ГГц)
• Ключевой показатель:
• Числовая стабильность (допуск ±0,05)
• Частотная зависимость (<5% изменяется в диапазоне 1-40 ГГц)
• Изотропия (разброс по осям X/Y/Z <2%)

1.2DЭлектрические потери (Df)

• Стандартный диапазон: 0,001-0,005 (@10 ГГц)
• Основные требования:
• Низкие характеристики потерь (предпочтительно Df <0,003)
• Температурная стабильность (-55℃~125℃ вариации <15%)
• Влияние на шероховатость поверхности (Ra <1 мкм)

2.Термомеханические свойства

2.1 Коэффициент теплового расширения (КТР)

• Требования к соответствию медной фольги:
• Ось X/Y CTE: 12-16ppm/°C
• КТЭ по оси Z: 25 - 50 ppm/°C
• Стандарт надежности:
• 300 термических циклов (-55℃~125℃) без расслоения

2.2 Индекс термостойкости

• Tg точка: ≥170℃ (предпочтительно 180-220℃)
• Точка Td: ≥300℃ (температура потери веса 5%)
• Время расслоения: >60 минут (испытание припоем при температуре 288℃)

3.Экологическая стабильность

3.1 Характеристики поглощения влаги

• Насыщенное водопоглощение: <0,2% (погружение на 24 часа)
• Дрейф диэлектрических параметров:
• Dk change <2%
• Изменение Df <10%

3.2 Химическая стойкость

• Устойчивость к кислотам и щелочам: 5% концентрация раствора погружение 24 часа без коррозии
• Устойчивость к растворителям: Прошел испытание IPC-TM-650 2.3.30.

4.Электрические характеристики

4.1 Контроль импеданса

• Односторонняя линия: 50Ω±10%.
• Дифференциальные пары: 100Ω±7%
• Ключевые контрольные точки:
• Допуск на ширину линии ±5%
• Допуск на толщину диэлектрика ±8%
• Допуск толщины меди ±10

4.2 Целостность сигнала

• Вносимые потери: <0,5 дБ/дюйм@10 ГГц
• Возвратные потери: >20 дБ@ рабочий диапазон
• Отклонение перекрестных помех: <-50 дБ@1 мм расстояния

5.Механическая надежность

5.1 Прочность пилинга

• Начальное значение: >1,0N/мм
• После термического старения: ＞0.8N/mm (125℃/1000h)

5.2 Ударная прочность

• Стойкость CAF: >1000 часов (85℃/85%RH/50V)
• Механический удар: Пройдите испытание 30G/0,5 мс

6.Специальные требования к производительности

6.1 Стабильность на высоких частотах

• Фазовая согласованность: ±1°@10 ГГц/100 мм
• Групповая задержка: <5ps/cm@40GHz

6.2 Отделка поверхности

• Шероховатость медной фольги: Rz＜3μm
• Эффект паяльной маски: Изменение Dk <1%

Примечания:

1. Все параметры должны быть проверены в соответствии со стандартными методами IPC-TM-650.
2. Для ключевых параметров рекомендуется отбор порционных проб.
3. При использовании на высоких частотах необходимо предоставить кривую изменения частоты Dk/Df.
4. Многослойные платы должны быть проверены на соответствие параметров оси Z.

Высокочастотное тестирование материалов печатных плат Dk/Df Техническая белая книга

1. Классификация и принципы выбора методов испытаний

1.1 Система методов тестирования

• Стандартные методы IPC: 12 стандартизированных протоколов тестирования
• Специальные методы для промышленности: Собственные решения от исследовательских институтов и производителей
• Практические критерии отбора:
  - Согласование частоты (±20% рабочего диапазона)
  - Согласованность направления электрического поля (ось Z/плоскость XY)
  - Взаимосвязь с производственными процессами (сырье/готовая плита)

1.2 Матрица выбора метода

2. Подробное объяснение основных методов тестирования

2.1 Метод полосового резонатора с зажимом в X-диапазоне (IPC-TM-650 2.5.5.50)

• Структура теста:
  ┌─────────────────┐
  │ Плоскость земли │
  ├─────────────────┤
  │ ИУ (ось Z) │
  ├─────────────────┤
  │ Резонаторный контур│
  ├─────────────────┤
  │ ИУ (ось Z) │
  ├─────────────────┤
  │ Плоскость земли │
  └─────────────────┘
• Технические характеристики:
  - Частотный диапазон: 2,5-12,5 ГГц (с шагом 2,5 ГГц)
  - Точность: ±0,02 (Dk), ±0,0005 (Df)
  - Источники ошибок: Воздушные зазоры в крепеже (отклонение ~1-3%)

2.2 Метод резонатора с разделенным цилиндром (IPC-TM-650 2.5.5.13)

• Основные параметры:
  - Направление испытаний: Свойства в плоскости XY
  - Резонансные пики: 3-5 характерных частотных точек
  - Анализ анизотропии: Возможность сравнения с данными по оси Z

2.3 Метод микрополоскового кольцевого резонатора

• Требования к цепи:
  - Импеданс питающей линии: 50Ω ±1%
  - Зазор между кольцами: 0,1-0,15 мм (требуется контроль литографии)
  - Допуск на толщину меди: требуется компенсация ±5 мкм

3. Анализ и компенсация ошибок при тестировании

3.1 Основные источники ошибок

• Рассеивание материала: Dk в зависимости от частоты (типично: -0,5%/Гц)
• Влияние шероховатости меди: Уровень шероховатости Dk Отклонение Rz < 1 мкм 5 мкм >8%
• Вариации процесса:
  - Толщина плакированной меди (погрешность 0,3% на 10 мкм отклонения)
  - Влияние паяльной маски (отклонение 0,5-1,2% из-за покрытия зеленым маслом)

3.2 Методы коррекции данных

• Алгоритм компенсации частоты:
  Dk(f)=Dko⋅(1-4.5 МЛН - 1 / гранус⋅log(f/fo))
• Коррекция шероховатости поверхности: Модель Хаммерстада-Йенсена
• Обработка анизотропных материалов: Метод тензорного анализа

4. Руководство по применению инженерных решений

4.1 Процесс разработки плана тестирования

1. Определите диапазон рабочих частот (центральная частота ±30%)
2. Анализ направления первичного электрического поля (микрополоска/стриплин)
3. Оцените окно производственного процесса (толщина меди/допуск на ширину линии)
4. Выберите метод тестирования с точностью соответствия >80%

4.2 Стандарты сравнения данных

• Допустимые условия сравнения:
  - Одно и то же направление тестирования (ось Z или плоскость XY)
  - Отклонение частоты < ±5%
  - Постоянный температурный режим (23±2°C)
• Типичные изменения параметров материала: Метод испытания Dk Вариация Df Вариация Приспособление против цепи 2-8% 15-30% Ось Z против плоскости XY 1-15% 5-20%

5. Эволюция стандартов тестирования

5.1 Новые технологии тестирования

• Терагерцовая спектроскопия с временной диаграммой направленности (0,1-4 ТГц)
• Ближнепольная сканирующая микроволновая микроскопия (10-100 ГГц)
• Системы извлечения параметров с помощью искусственного интеллекта

5.2 Тенденции стандартизации

• Методы тестирования многослойных плат (проект IPC-2023)
• Протоколы тестирования для 5G mmWave (28/39 ГГц)
• Стандарты испытаний на динамическое термоциклирование

Примечание: Все испытания должны проводиться в контролируемой среде (23±1°C, 50±5% RH). Автоматизированные испытательные системы, интегрирующие векторные анализаторы сети (VNA) Рекомендуется использовать станции с датчиками. Данные испытаний должны включать 3σ статистический анализ.