Guide för design och layout av kretskort för högfrekvens

Högfrekvent PCB-kort hänvisar till den elektromagnetiska frekvensen för de högre specialkretskorten för högfrekvens (frekvens större än 300MHZ eller våglängd mindre än 1 meter) och mikrovågsugn (frekvens större än 3GHZ eller våglängd mindre än 0,1 meter) inom PCB-området, är i mikrovågssubstratet kopparpläterade laminatkort på användningen av vanliga styva kretskort tillverkade med några av processerna eller användningen av speciella behandlingsmetoder och produktion av kretskort.

Högfrekvent kretskort specifikationer för layout och kabeldragning

1. principer för isolering och jordning

• Strikt åtskillnad mellan digitala och analoga kretsområden
• Se till att alla RF-justeringar har en fullständig jordplansreferens.
• Prioritera inriktningen av ytskiktet för överföring av RF-signaler

2.Ledningsdragning Prioritetsordning

RF-ledningar → basbandsledningar för RF-gränssnitt (IQ-ledningar) → klocksignalledningar → kraftledningar → digitala basbandskretsar → jordnät

3. specifikation för ytbehandling

• Högfrekvent enkelkort (> 1 GHz) rekommenderas för att eliminera det gröna oljeskyddet i mikrostriplinjeområdet.
• Låg- och medelhögfrekvent mikrostripledning för enkelkort rekommenderas för att behålla det gröna oljeskyddsskiktet

4. Specifikation för tvärgående kablage

• Strikt förbud mot korskoppling av digital/analog signal.
• RF-linjer och signallinjer måste respekteras vid korsning:
  a) Rekommenderat alternativ: lägg till ett isolerat jordplanslager
  b) Andrahandsval: Behålla 90° ortogonala korsningar.
• Krav på avstånd mellan parallella RF-ledningar:
  a) Normal kabeldragning: Behåll 3W avstånd.
  b) När parallellitet är nödvändig, sätt in ett väl jordat isolerat jordplan i mitten.

5. Blandad signalbehandling

• Duplexers/mixers och andra multisignalanordningar krävs:
  a) RF/IF-signaler routas ortogonalt.
  b) Isolerad jordbarriär mellan signalerna

6. Krav på integriteten i uppriktningen

• Överhängande ändar av RF-inriktningen är strängt förbjudna.
• Upprätthålla konsistens i transmissionsledningens karakteristiska impedans

7.Vias Hanteringsspecifikationer

• Undvik att byta lager av RF-anpassning så mycket som möjligt.
• När ett lagerbyte är nödvändigt:
  a) Använd den minsta hålstorleken (rekommenderas 0,2 mm)
  b) Begränsa antalet vior (≤ 2 per linje)

8. Kablage för basbandsgränssnitt

• IQ-linjebredd ≥ 10 mil
• Strikt matchning av lika längd (ΔL ≤ 5 mil)
• Upprätthåll ett enhetligt avstånd (±10% tolerans)

9. ledningsdragning för styrledning

• Ruttlängd optimerad för termineringsimpedans
• Minimera närheten till RF-vägen
• Förbjuda placering av jordledare bredvid styrkablar

10. skydd mot störningar

• 3H avstånd mellan digital-/strömförsörjningsinriktningar och RF-kretsar (H är dielektrikums tjocklek)
• Separat avskärmningsområde för klockkretsar

11.Koppling av klockor

• Klockans ledningsdragning ≥ 10 mil
• Dubbelsidig jordad skärmning
• Bandtrådsstruktur är att föredra

12.VCO-kablage

• Styrledningar ≥2 mm från RF-ledningar
• Om nödvändigt, genomföra fullständig behandling med markfolie

13. Flerskiktskonstruktion

• Föredrar ett tvärskiktsisoleringsschema
• Det andra valet av den ortogonala crossover-lösningen
• Begränsa parallellängd (≤λ/10)

14.Jordningssystem

• Markplanets fullständighet i varje skikt >80
• Avstånd mellan jordningshål <λ/20
• Flerpunktsjordning i kritiska områden

Obs: Alla dimensionsspecifikationer bör justeras enligt våglängden (λ) för den faktiska driftsfrekvensen, och det rekommenderas att tredimensionell elektromagnetisk fältsimulering utförs för att verifiera den slutliga designen.

Höghastighetskort för högfrekventa PCB viktiga prestandaparametrar tekniska specifikationer

1. dielektriska karakteristiska parametrar

1.1 Dielektricitetskonstant (Dk)

• Typiskt krav: 2,2-3,8 (@1GHz)
• Nyckelindikator:
• Numerisk stabilitet (±0,05 tolerans)
• Frekvensberoende (<5% variation från 1-40 GHz)
• Isotropi (variation i X/Y/Z-axeln <2%)

1.2Dielektrisk förlust (Df)

• Standardintervall: 0,001-0,005 (@10GHz)
• Grundläggande krav:
• Låg förlustkarakteristik (Df <0,003 föredras)
• Temperaturstabilitet (-55 ℃ ~ 125 ℃ variation < 15%)
• Påverkan av ytjämnhet (Ra <1μm)

2. Termomekaniska egenskaper

2.1 Koefficient för termisk expansion (CTE)

• Krav på matchning av kopparfolie:
• X/Y-axel CTE: 12-16ppm/°C
• CTE för Z-axeln: 25- 50 ppm/°C
• Tillförlitlighetsstandard:
• 300 termiska cykler (-55°C~125°C) utan delaminering

2.2 Index för värmebeständighet

• Tg-punkt: ≥170 ℃ (företrädesvis 180-220 ℃)
• Td-punkt: ≥300 ℃ (5% viktförlusttemperatur)
• Delamineringstid: 60 minuter (288 ℃ lödtest)

3. miljömässig stabilitet

3.1 Fuktabsorptionsegenskaper

• Mättad vattenabsorption: <0,2% (24 timmars nedsänkning)
• Drift av dielektrisk parameter:
• Dk förändring <2%
• Df ändring <10%

3.2 Kemisk beständighet

• Motståndskraft mot syra och alkali: 5% koncentration lösning nedsänkning 24h utan korrosion
• Beständighet mot lösningsmedel:Godkänd IPC-TM-650 2.3.30 test.

4.Elektrisk prestanda

4.1 Impedansreglering

• Enkelriktad linje: 50Ω±10%.
• Differentiella par: 100Ω±7%.
• Viktiga kontrollpunkter:
• Tolerans för linjebredd ±5%.
• Tolerans för dielektrisk tjocklek ±8%.
• Tolerans för koppartjocklek ±10

4.2 Signalintegritet

• Insättningsförlust: 0,5 dB/inch@10GHz
• Returförlust: 20dB@Operating Band
• Undertryckning av överhörning: -50dB@1mm avstånd

5.Mekanisk tillförlitlighet

5.1 Skalets styrka

• Initialt värde: >1,0N/mm
• Efter termisk åldring: ＞0,8N/mm (125°C/1000h)

5.2 Slaghållfasthet

• CAF-motstånd: 1000 timmar (85°C/85%RH/50V)
• Mekanisk chock: Klarar 30G/0,5ms-test

6.Särskilda krav på prestanda

6.1 Stabilitet vid höga frekvenser

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

6.2 Ytbehandling

• Kopparfoliens grovhet: Rz＜3μm
• Lödmask effekt:Dk-variation <1%.

Anteckningar:

1. Alla parametrar ska testas enligt standardmetoderna IPC-TM-650.
2. Batchprovtagning rekommenderas för nyckelparametrar.
3. För högfrekvenstillämpningar bör Dk/Df förses med en frekvensvariationskurva.
4. Flerskiktskort bör utvärderas med avseende på parameterkonsistens i Z-axeln.

Högfrekvent Dk/Df-testning av PCB-material Teknisk vitbok

1. Klassificering och urval Principer för provningsmetoder

1.1 System för testmetoder

• IPC standardmetoder: 12 standardiserade testprotokoll
• Industrianpassade metoder: Egenutvecklade lösningar från forskningsinstitut och tillverkare
• Praktiska urvalskriterier:
  - Frekvensanpassning (±20% av driftbandet)
  - Konsistens i det elektriska fältets riktning (Z-axeln/XY-planet)
  - Korrelation med tillverkningsprocesser (råmaterial/färdig kartong)

1.2 Matris för val av metod

2. Detaljerad förklaring av grundläggande testtekniker

2.1 X-band klämd stripline-resonatormetod (IPC-TM-650 2.5.5.50)

• Teststruktur:
  ┌─────────────────┐
  │ Markplan │
  ├─────────────────┤
  │ DUT (Z-axel) │
  ├─────────────────┤
  │ Resonatorkrets│ Resonatorkrets
  ├─────────────────┤
  │ DUT (Z-axel) │
  ├─────────────────┤
  │ Markplan │
  └─────────────────┘
• Tekniska egenskaper:
  - Frekvensområde: 2,5-12,5 GHz (steg om 2,5 GHz)
  - Noggrannhet: ±0,02 (Dk), ±0,0005 (Df)
  - Felkällor: Luftspalt i armatur (~1-3% avvikelse)

2.2 Resonatormetod med delad cylinder (IPC-TM-650 2.5.5.13)

• Viktiga parametrar:
  - Testriktning:Egenskaper i XY-plan
  - Resonanstoppar:3-5 karakteristiska frekvenspunkter
  - Analys av anisotropi:Kan jämföra med data från Z-axeln

2.3 Metod med mikrostrip-ringresonator

• Krav på kretsar:
  - Impedans för matarledning: 50Ω ±1%
  - Ringgap: 0,1-0,15 mm (kräver litografikontroll)
  - Tolerans för koppartjocklek: ±5 μm kompensation krävs

3. Analys och kompensation av testfel

3.1 Större felkällor

• Spridning av material: Frekvensberoende Dk (typiskt: -0,5%/GHz)
• Koppar Grovhet Inverkan: Grovhetsnivå Dk Avvikelse Rz < 1 μm <1% Rz = 3 μm 3-5% Rz > 5 μm >8%
• Processvariationer:
  - Tjocklek på pläterad koppar (0,3% fel per 10 μm avvikelse)
  - Påverkan av lödmask (0,5-1,2% variation på grund av täckning med grön olja)

3.2 Metoder för korrigering av data

• Algoritm för frekvenskompensation:
  Dk(f)=Dko⋅(1-α⋅log(f/fo))
• Korrigering av ytjämnhet: Hammerstad-Jensen-modellen
• Anisotropisk materialhantering: Tensoranalys-metod

4. Riktlinjer för teknisk ansökan

4.1 Process för utveckling av testplan

1. Bestäm frekvensband för drift (centerfrekvens ±30%)
2. Analysera det primära elektriska fältets riktning (mikrostrip/stripline)
3. Utvärdera tillverkningsprocessens fönster (koppartjocklek/linjebreddstolerans)
4. Välj en testmetod med 80% matchningsnoggrannhet

4.2 Standarder för jämförelse av data

• Giltiga jämförelsevillkor:
  - Samma testriktning (Z-axel eller XY-plan)
  - Frekvensavvikelse < ±5%.
  - Konsekventa temperaturförhållanden (23±2°C)
• Typiska variationer i materialparametrar: Testmetod Dk Variation Df Variation Fixtur vs. krets 2-8% 15-30% Z-axel vs. XY-plan 1-15% 5-20%

5. Utveckling av teststandarder

5.1 Framväxande testtekniker

• Terahertz tidsdomänspektroskopi (0,1-4 THz)
• Mikrovågsmikroskopi med närfältsskanning (10-100 GHz)
• AI-assisterade system för parameterutvinning

5.2 Standardiseringstrender

• Testmetoder för flerskiktskort (IPC-2023-utkast)
• 5G mmWave-specifika testprotokoll (28/39 GHz)
• Teststandarder för dynamisk termisk cykling

Notera: Alla tester bör utföras i en kontrollerad miljö (23±1°C, 50±5% RH). Automatiserade testsystem som integrerar Vektornätverksanalysatorer (VNA) och probstationer rekommenderas. Testdata måste innehålla 3σ statistisk analys.