Yüksek Frekans PCB Tasarım ve Yerleşim Kılavuzu

Yüksek frekanslı PCB kartı, PCB alanında yüksek frekans (300MHZ'den daha yüksek frekans veya 1 metreden daha az dalga boyu) ve mikrodalga (3GHZ'den daha yüksek frekans veya 0,1 metreden daha az dalga boyu) için daha yüksek özel devre kartlarının elektromanyetik frekansını ifade eder, mikrodalga alt tabaka bakır kaplı laminat levhalarda, bazı işlemler veya özel işlem yöntemlerinin kullanımı ve devre kartlarının üretimi kullanılarak üretilen sıradan sert devre kartlarının kullanımı üzerindedir.

Yüksek frekanslı PCB yerleşim ve kablolama tasarım özellikleri

1. İzolasyon ve topraklama prensipleri

• Dijital ve analog devre alanlarının kesin olarak ayrılması
• Tüm RF hizalamalarının tam bir toprak düzlemi referansına sahip olduğundan emin olun.
• RF sinyal iletimi için yüzey katmanı hizalamasına öncelik verin

2.Kablolama Öncelik Sırası

RF hatları → temel bant RF arayüz hatları (IQ hatları) → saat sinyal hatları → güç hatları → dijital temel bant devreleri → topraklama ağı

3. Yüzey işleme özellikleri

• Mikroşerit hat alanındaki yeşil yağ örtüsünü ortadan kaldırmak için yüksek frekanslı tek kart (>1GHz) önerilir.
• Yeşil yağ koruyucu tabakayı korumak için düşük ve orta frekanslı tek kart mikroşerit hattı önerilir

4. Çapraz kablolama özellikleri

• Dijital/analog sinyal çapraz kablolamasını kesinlikle yasaklayın.
• RF hatları ve sinyal hatlarının geçiş sırasında karşılanması gerekir:
  a) Tercih edilen seçenek: izole edilmiş bir toprak düzlemi katmanı eklemek
  b) İkinci seçenek: 90°'lik ortogonal geçişleri koruyun.
• Paralel RF hat aralığı gereksinimleri:
  a) Normal kablolama: 3W aralığını koruyun.
  b) Paralellik gerekli olduğunda, merkeze iyi topraklanmış izole bir toprak düzlemi yerleştirin.

5. Karma Sinyal İşleme

• Dupleksleyiciler/karıştırıcılar ve diğer çok sinyalli cihazlar gereklidir:
  a) RF/IF sinyalleri ortogonal olarak yönlendirilir.
  b) Sinyaller arasında izole edilmiş toprak bariyeri

6. Hizalama Bütünlüğü Gereksinimleri

• RF hizalamasının sarkan uçları kesinlikle yasaktır.
• İletim hattı karakteristik empedans tutarlılığını koruyun

7.Vias Kullanım Özellikleri

• RF hizalama katmanlarını mümkün olduğunca değiştirmekten kaçının.
• Bir katman değişikliği gerektiğinde:
  a) En küçük delik boyutunu kullanın (önerilen 0,2 mm)
  b) Vida sayısını sınırlayın (hat başına ≤ 2)

8. Ana bant arayüz kablolaması

• IQ çizgi genişliği ≥ 10 mil
• Sıkı eşit uzunlukta eşleştirme (ΔL ≤ 5 mil)
• Düzgün aralıkları koruyun (± tolerans)

9. Kontrol hattı kablolaması

• Sonlandırma empedansı için optimize edilmiş güzergah uzunluğu
• RF yoluna yakınlığı en aza indirin
• Topraklama yollarının kontrol kablolarının yanına yerleştirilmesini yasaklayın

10. Parazit koruması

• Dijital/güç kaynağı hizalamaları ve RF devreleri arasında 3H aralık (H dielektrik kalınlığıdır)
• Saat devreleri için ayrı ekranlama alanı

11. Saat kabloları

• Saat kablolaması ≥ 10 mils
• Çift taraflı topraklı ekranlama
• Şerit tel yapısı tercih edilir

12. VCO kablolaması

• RF hatlarından ≥2mm uzaklıkta kontrol hatları
• Gerekirse, tam zemin sarma işlemi uygulayın

13. Çok katmanlı tasarım

• Çapraz katmanlı bir izolasyon şeması tercih edin
• Ortogonal çaprazlama çözümünün ikinci seçimi
• Limit paralel uzunluk (≤λ/10)

14. Topraklama Sistemi

• Her katmanın toprak düzlemi tamlığı >80
• Topraklama deliği aralığı <λ/20
• Kritik alanlarda çok noktalı topraklama

Not: Tüm boyutsal özellikler gerçek çalışma frekansının dalga boyuna (λ) göre ayarlanmalıdır ve nihai tasarımı doğrulamak için üç boyutlu elektromanyetik alan simülasyonunun yapılması önerilir.

Yüksek hızlı yüksek frekanslı PCB temel performans parametreleri teknik özellikleri

1. Dielektrik Karakteristik Parametreler

1.1 Dielektrik sabiti (Dk)

• Tipik gereksinim: 2.2-3.8 (@1GHz)
• Anahtar Gösterge:
• Sayısal kararlılık (±0,05 tolerans)
• Frekans bağımlılığı (1-40 GHz arasında <%5 varyasyon)
• İzotropi (X/Y/Z ekseni varyasyonu <2%)

1.2Dielektrik kaybı (Df)

• Standart aralık: 0.001-0.005 (@10GHz)
• Temel Gereksinimler:
• Düşük kayıp özellikleri (Df <0.003 tercih edilir)
• Sıcaklık kararlılığı (-55℃~125℃ varyasyon <15%)
• Yüzey pürüzlülüğü etkisi (Ra <1μm)

2. Termo-mekanik özellikler

2.1 Termal genleşme katsayısı (CTE)

• Bakır folyo eşleştirme gereksinimleri:
• X/Y ekseni CTE: 12-16ppm/°C
• Z ekseni CTE: 25- 50 ppm/°C
• Güvenilirlik standardı:
• Delaminasyon olmadan 300 termal döngü (-55℃~125℃)

2.2 Isı direnci endeksi

• Tg noktası: ≥170℃ (tercihen 180-220℃)
• Td noktası: ≥300℃ (%5 ağırlık kaybı sıcaklığı)
• Delaminasyon süresi: >60 dakika (288 ℃ lehim testi)

3. Çevresel istikrar

3.1 Nem emme özellikleri

• Doymuş su emilimi: <%0,2 (24 saat daldırma)
• Dielektrik parametre kayması:
• Dk değişimi <2%
• Df değişimi <10%

3.2 Kimyasal direnç

• Asit ve alkali direnci:5 konsantrasyonlu çözeltiye korozyon olmadan 24 saat daldırma
• Solvent direnci: IPC-TM-650 2.3.30 testini geçmiştir.

4. Elektriksel Performans

4.1 Empedans kontrolü

• Tek uçlu hat: 50Ω±.
• Diferansiyel çiftler: 100Ω±%7
• Anahtar kontrol noktaları:
• Çizgi genişliği toleransı ±%5
• Dielektrik kalınlık toleransı ±%8
• Bakır Kalınlığı Toleransı ±10

4.2 Sinyal Bütünlüğü

• Ekleme kaybı: <0.5dB/inç@10GHz
• Geri Dönüş Kaybı: >20dB@Çalışma Bandı
• Crosstalk reddi: <-50dB@1mm aralık

5. Mekanik Güvenilirlik

5.1 Soyulma Dayanımı

• İlk değer: >1.0N/mm
• Termal yaşlandırmadan sonra: ＞0,8N/mm (125℃/1000h)

5.2 Darbe dayanımı

• CAF direnci: >1000h (85℃/85%RH/50V)
• Mekanik şok: 30G/0.5ms testini geçer

6. Özel Performans Gereklilikleri

6.1 Yüksek Frekans Kararlılığı

• Faz tutarlılığı: ±1°@10GHz/100mm
• Grup gecikmesi: <5ps/cm@40GHz

6.2 Yüzey İşlemi

• Bakır folyo pürüzlülüğü:Rz ＜ 3μm
• Lehim maskesi etkisi: Dk değişimi <1%

Notlar:

1. Tüm parametreler IPC-TM-650 standart yöntemlerine göre test edilmelidir.
2. Anahtar parametreler için toplu örnekleme önerilir.
3. Yüksek frekans uygulaması Dk/Df'yi bir frekans değişim eğrisi ile sağlamalıdır.
4. Çok katmanlı levhalar Z ekseni parametre tutarlılığı açısından değerlendirilmelidir.

Yüksek Frekanslı PCB Malzemesi Dk/Df Testi Teknik Dokümanı

1. Test Yöntemlerinin Sınıflandırılması ve Seçim Esasları

1.1 Test Yöntemi Sistemi

• IPC Standart Yöntemleri: 12 standartlaştırılmış test protokolü
• Sektöre Özel Yöntemler: Araştırma kurumları ve üreticilerin tescilli çözümleri
• Pratik Seçim Kriterleri:
  - Frekans eşleştirme (çalışma bandının ±'si)
  - Elektrik alan yönü tutarlılığı (Z ekseni/XY düzlemi)
  - Üretim süreçleri ile korelasyon (hammadde/bitmiş levha)

1.2 Yöntem Seçim Matrisi

2. Temel Test Tekniklerinin Detaylı Açıklaması

2.1 X-Bandı Kenetli Şerit Hat Rezonatör Yöntemi (IPC-TM-650 2.5.5.50)

• Test Yapısı:
  ┌─────────────────┐
  │ Zemin Düzlemi │
  ├─────────────────┤
  │ DUT (Z ekseni) │
  ├─────────────────┤
  │ Rezonatör Devresi│
  ├─────────────────┤
  │ DUT (Z ekseni) │
  ├─────────────────┤
  │ Zemin Düzlemi │
  └─────────────────┘
• Teknik Özellikler:
  - Frekans aralığı: 2,5-12,5 GHz (2,5 GHz'lik artışlar)
  - Doğruluk: ±0,02 (Dk), ±0,0005 (Df)
  - Hata kaynakları:Armatür hava boşlukları (~%1-3 sapma)

2.2 Bölünmüş Silindir Rezonatör Yöntemi (IPC-TM-650 2.5.5.13)

• Anahtar Parametreler:
  - Test yönü:XY düzlemi özellikleri
  - Rezonans tepe noktaları:3-5 karakteristik frekans noktası
  - Anizotropi analizi: Z ekseni verileri ile karşılaştırabilir

2.3 Mikroşerit Halka Rezonatör Yöntemi

• Devre Gereksinimleri:
  - Besleme hattı empedansı: 50Ω ±1%
  - Halka boşluğu: 0,1-0,15 mm (litografi kontrolü gerektirir)
  - Bakır kalınlığı toleransı: ±5 μm telafi gerekli

3. Test Hata Analizi ve Telafisi

3.1 Başlıca Hata Kaynakları

• Malzeme Dağılımı: Frekansa bağlı Dk (tipik: -%0,5/GHz)
• Bakır Pürüzlülüğü Etkisi: Pürüzlülük Seviyesi Dk Sapma Rz < 1 μm <1% Rz = 3 μm 3-5% Rz > 5 μm >8%
• Süreç Varyasyonları:
  - Kaplanmış bakır kalınlığı (10 μm sapma başına %0,3 hata)
  - Lehim maskesi etkisi (yeşil yağ kaplaması nedeniyle %0,5-1,2 varyasyon)

3.2 Veri Düzeltme Yöntemleri

• Frekans Telafi Algoritması:
  Dk(f)=Dko⋅(1-α⋅log(f/fo))
• Yüzey Pürüzlülüğü Düzeltme: Hammerstad-Jensen modeli
• Anizotropik Malzeme Taşıma: Tensör analiz yöntemi

4. Mühendislik Uygulama Kılavuzları

4.1 Test Planı Geliştirme Süreci

1. Çalışma frekans bandını belirleyin (merkez frekans ±)
2. Birincil elektrik alan yönünü analiz etme (mikroşerit/şerit hat)
3. Üretim süreci penceresini değerlendirin (bakır kalınlığı/çizgi genişliği toleransı)
4. 80 eşleştirme doğruluğuna sahip bir test yöntemi seçin

4.2 Veri Karşılaştırma Standartları

• Geçerli Karşılaştırma Koşulları:
  - Aynı test yönü (Z ekseni veya XY düzlemi)
  - Frekans sapması < ±5%
  - Tutarlı sıcaklık koşulları (23±2°C)
• Tipik Malzeme Parametre Değişimleri: Test Yöntemi Dk Varyasyon Df Varyasyon Fikstür - Devre 2-8% 15-30% Z ekseni - XY Düzlemi 1-15% 5-20%

5. Test Standartlarının Evrimi

5.1 Gelişen Test Teknolojileri

• Terahertz zaman alanı spektroskopisi (0,1-4 THz)
• Yakın alan taramalı mikrodalga mikroskopisi (10-100 GHz)
• Yapay zeka destekli parametre çıkarma sistemleri

5.2 Standardizasyon Eğilimleri

• Çok katmanlı kart test yöntemleri (IPC-2023 taslağı)
• 5G mmWave'e özgü test protokolleri (28/39 GHz)
• Dinamik termal döngü test standartları

Not: Tüm testler kontrollü bir ortamda (23±1°C, ±5 bağıl nem) yapılmalıdır. Otomatik test sistemleri entegre vektör ağ analizörleri (VNA) ve sonda istasyonları tavsiye edilir. Test verileri şunları içermelidir 3σ i̇stati̇sti̇ksel anali̇z.