Korkean taajuuden PCB-suunnittelu ja asetteluopas

Korkean taajuuden PCB-levy viittaa sähkömagneettisen taajuuden korkeampi erityinen piirilevyjä korkean taajuuden (taajuus suurempi kuin 300MHZ tai aallonpituus alle 1 metri) ja mikroaaltouuni (taajuus suurempi kuin 3GHZ tai aallonpituus alle 0,1 metriä) alalla PCB, on mikroaaltouuni substraatti kuparipäällysteinen laminaattilevyjen käyttö tavallisten jäykkien piirilevyjen valmistetaan käyttämällä joitakin prosesseja tai erityiskäsittelyn menetelmiä ja piirilevyjen tuotantoa.

Korkean taajuuden PCB ulkoasun ja johdotuksen suunnittelua koskevat eritelmät

1.Isolointi- ja maadoitusperiaatteet

• Tiukasti erilliset digitaaliset ja analogiset piirialueet
• Varmista, että kaikissa RF-kohdistuksissa on täydellinen maatason viite.
• Priorisoi pintakerroksen kohdistus RF-signaalin siirtoa varten.

2.Wiring Prioriteettijärjestys

RF-johdot → peruskaistan RF-liitäntäjohdot (IQ-johdot) → kellosignaalijohdot → tehojohdot → digitaaliset peruskaistapiirit → maaverkko

3.Surface käsittely eritelmä

• Korkean taajuuden yksilevyistä (> 1GHz) suositellaan vihreän öljypeitteen poistamiseksi mikroliuskajohdon alueelta.
• Matalan ja keskitaajuisen yhden levyn mikroliuskajohdon suositellaan säilyttävän vihreän öljyn suojakerroksen

4.Cross johdotuksen erittely

• Kielletään ehdottomasti digitaalisten ja analogisten signaalien ristiinkytkentä.
• RF-johdot ja signaalijohdot on otettava huomioon, kun ne risteävät:
  a) Suositeltava vaihtoehto: lisätään eristetty maatasokerros.
  b) Toinen vaihtoehto: Säilytetään 90° kohtisuorat risteykset.
• Rinnakkaisten RF-linjojen etäisyysvaatimukset:
  a) Normaali johdotus: Säilytä 3W:n väli.
  b) Kun rinnakkaisuus on tarpeen, aseta keskelle hyvin maadoitettu eristetty maataso.

5.Sekoitettu signaalinkäsittely

• Duplekserit/sekoittimet ja muut monisignaalilaitteet ovat tarpeen:
  a) RF/IF-signaalit reititetään ortogonaalisesti.
  b) Eristetty maasulku signaalien välillä

6.Kohdistamisen eheysvaatimukset

• RF-kohdistuksen ulkonevat päät ovat ehdottomasti kiellettyjä.
• Siirtolinjan ominaisimpedanssin yhdenmukaisuuden säilyttäminen

7.Vias Käsittelyn tekniset tiedot

• Vältä RF-kohdistuksen kerrosten vaihtamista niin paljon kuin mahdollista.
• Kun kerroksen vaihto on tarpeen:
  a) Käytä pienintä reikäkokoa (suositellaan 0,2 mm).
  b) Rajoita läpivientien määrää (≤ 2 per linja).

8.Baseband-liitännän johdotus

• IQ-viivan leveys ≥ 10 mil
• Tiukka samanpituinen sovitus (ΔL ≤ 5 mil)
• Ylläpidetään tasainen väli (±10 %:n toleranssi).

9.Ohjausjohdon johdotus

• Reitin pituus optimoitu pääteimpedanssin mukaan
• Minimoi RF-reitin läheisyys
• Kielletään maadoitusläpivientien sijoittaminen ohjausjohtojen viereen.

10.Interferenssisuojaus

• 3H:n etäisyys digitaalisten/virtalähteiden linjausten ja RF-piirien välillä (H on dielektrisen materiaalin paksuus).
• Erillinen suojausalue kellopiirejä varten

11.Kellon kytkentä

• Kellon johdotus ≥ 10 mils
• Kaksipuolinen maadoitettu suojaus
• Nauhalankarakenne on suositeltava

12.VCO:n johdotus

• Valvontalinjat ≥2 mm:n etäisyydellä RF-linjoista
• Toteutetaan tarvittaessa täydellinen maanpäällinen käsittely

13.Monikerroksinen rakenne

• Suositeltava monikerroksinen eristysjärjestelmä
• Toinen valinta ortogonaalisen ristiintaulukoinnin ratkaisuksi.
• Rinnakkaisen pituuden raja (≤λ/10)

14.Maadoitusjärjestelmä

• Kunkin kerroksen maatason täydellisyys >80
• Maadoitusreikien väli <λ/20
• Monipistemaadoitus kriittisillä alueilla

Huomautus: Kaikki mittatiedot on mukautettava todellisen toimintataajuuden aallonpituuden (λ) mukaan, ja on suositeltavaa suorittaa kolmiulotteinen sähkömagneettisen kentän simulointi lopullisen suunnittelun tarkistamiseksi.

Suurnopeus- ja suurtaajuuspiirilevyjen keskeiset suorituskykyparametrit tekniset eritelmät

1.Dielektriset ominaisparametrit

1.1 Dielektrisyysvakio (Dk)

• Tyypillinen vaatimus: 2,2-3,8 (@1GHz)
• Avainindikaattori:
• Numeerinen vakaus (±0,05 toleranssi)
• Taajuusriippuvuus (<5 % vaihtelu välillä 1-40 GHz)
• Isotropia (X/Y/Z-akselin vaihtelu < 2%)

1.2Dielektrinen häviö (Df)

• Vakiovalikoima: 0,001-0,005 (@10GHz)
• Keskeiset vaatimukset:
• Vähäiset häviöominaisuudet (Df <0.003 edullinen)
• Lämpötilan vakaus (-55 ℃ ~ 125 ℃ vaihtelu < 15%)
• Pintakarheuden vaikutus (Ra <1μm)

2.Thermo-mekaaniset ominaisuudet

2.1 Lämpölaajenemiskerroin (CTE)

• Kuparifolion yhteensopivuusvaatimukset:
• X/Y-akseli CTE: 12-16ppm/°C
• Z-akselin CTE: 25- 50 ppm/°C
• Luotettavuusstandardi:
• 300 lämpösykliä (-55 ℃ ~ 125 ℃) ilman delaminaatiota.

2.2 Lämmönkestävyysindeksi

• Tg-piste: ≥170 ℃ (mieluiten 180-220 ℃).
• Td-piste: ≥300 ℃ (5 % painohäviölämpötila)
• Delaminaatioaika: > 60min (288 ℃ juotoskoe)

3.Environmental vakaus

3.1 Kosteuden imeytymisominaisuudet

• Kylläisen veden imeytyminen: <0,2 % (24 tunnin upotus).
• Dielektrisen parametrin ajautuminen:
• Dk-muutos <2%
• Df-muutos <10%

3.2 Kemiallinen kestävyys

• Happojen ja emästen kestävyys:5 %:n konsentraatioliuokseen upottaminen 24h ilman korroosiota.
• Liuottimien kestävyys: IPC-TM-650 2.3.30 -testin läpäissyt.

4.Electrical Suorituskyky

4.1 Impedanssin säätö

• Yksipuolinen linja: 50Ω±10%.
• Differentiaaliset parit: 100Ω±7%.
• Tärkeimmät valvontakohdat:
• Viivan leveyden toleranssi ±5%
• Dielektrisen paksuuden toleranssi ±8%
• Kuparin paksuuden toleranssi ±10

4.2 Signaalin eheys

• Erottamishäviö: < 0,5dB/tuuma @ 10GHz
• Paluuhäviö: > 20dB @ käyttökaista
• Crosstalk-hylkääminen: <-50dB@1mm välimatka

5.Mekaaninen luotettavuus

5.1 Kuorintavahvuus

• Alkuarvo: >1.0N/mm
• Lämpövanhennuksen jälkeen: ＞0.8N/mm (125℃/1000h)

5.2 Iskulujuus

• CAF-kestävyys: > 1000h (85 ℃/85% RH/50V)
• Mekaaninen isku: läpäisee 30G/0.5ms testin.

6.Erityiset suorituskykyvaatimukset

6.1 Korkean taajuuden vakaus

• Vaiheen johdonmukaisuus: ±1°@10GHz/100mm
• Ryhmäviive: < 5ps/cm @ 40GHz

6.2 Pintakäsittely

• Kuparifolion karheus:Rz＜3μm
• Juotosmaskin vaikutus: 1%

Huomautuksia:

1. Kaikki parametrit on testattava IPC-TM-650-standardimenetelmien mukaisesti.
2. Eränäytteenotto on suositeltavaa keskeisten parametrien osalta.
3. Korkean taajuuden sovelluksessa on annettava Dk/Df-arvo ja taajuuden vaihtelukäyrä.
4. Monikerroksiset levyt olisi arvioitava Z-akselin parametrien yhdenmukaisuuden kannalta.

Korkean taajuuden PCB-materiaalin Dk / DF-testaus Tekninen valkoinen kirja

1. Testausmenetelmien luokittelu ja valintaperiaatteet

1.1 Testausmenetelmäjärjestelmä

• IPC-standardimenetelmät: 12 standardoitua testausprotokollaa
• Teollisuuden mukautetut menetelmät: Tutkimuslaitosten ja valmistajien omat ratkaisut.
• Käytännön valintaperusteet:
  - Taajuussovitus (±20 % taajuusalueesta)
  - Sähkökentän suunnan johdonmukaisuus (Z-akseli/XY-taso)
  - Korrelaatio valmistusprosesseihin (raaka-aine/valmis levy).

1.2 Menetelmän valintataulukko

2. Yksityiskohtainen selitys keskeisistä testaustekniikoista

2.1 X-taajuusalueen kiinnitetty nauharesonaattorimenetelmä (IPC-TM-650 2.5.5.50)

• Testin rakenne:
  ┌─────────────────┐
  │ Maanpinnan taso │
  ├─────────────────┤
  │ DUT (Z-akseli) │
  ├─────────────────┤
  │ Resonaattoripiiri│
  ├─────────────────┤
  │ DUT (Z-akseli) │
  ├─────────────────┤
  │ Maanpinnan taso │
  └─────────────────┘
• Tekniset ominaisuudet:
  - Taajuusalue: 2,5-12,5 GHz (2,5 GHz:n askelin).
  - Tarkkuus: ±0,02 (Dk), ±0,0005 (Df).
  - Virhelähteet:(~1-3% poikkeama).

2.2 Jaetun sylinterin resonaattorimenetelmä (IPC-TM-650 2.5.5.13)

• Keskeiset parametrit:
  - Testauksen suunta:XY-tason ominaisuudet
  - Resonanssipiikit:3-5 ominaistaajuuspistettä
  - Anisotropian analyysi: Voidaan verrata Z-akselin tietoihin

2.3 Mikroliuska-rengasresonaattorimenetelmä

• Piirin vaatimukset:
  - Syöttöjohdon impedanssi: 50Ω ±1%
  - Rengasrako: 0,1-0,15 mm (edellyttää litografiavalvontaa).
  - Kuparin paksuuden toleranssi: ±5 μm tarvittava kompensointi.

3. Testivirheiden analysointi ja kompensointi

3.1 Tärkeimmät virhelähteet

• Materiaalin hajonta: Taajuusriippuvainen Dk (tyypillinen: -0,5%/GHz)
• Kuparin karheus Vaikutus: Karkeustaso Dk Poikkeama Rz < 1 μm <1% Rz = 3 μm 3-5% Rz > 5 μm >8%
• Prosessin muunnokset:
  - Kuparin paksuus (0,3 %:n virhe 10 μm:n poikkeamaa kohti).
  - Juotosmaskin vaikutus (0,5-1,2 %:n vaihtelu vihreän öljyn peittävyyden vuoksi).

3.2 Tietojen korjausmenetelmät

• Taajuuden kompensointialgoritmi:
  Dk(f)=Dko⋅(1-α⋅log(f/fo))
• Pinnan karheuden korjaus: Hammerstad-Jensenin malli
• Anisotrooppinen materiaalin käsittely: Tensorianalyysimenetelmä

4. Tekniikan sovellusohjeet

4.1 Testaussuunnitelman kehittämisprosessi

1. Määritä toimintataajuusalue (keskitaajuus ±30 %).
2. Analysoi ensisijainen sähkökentän suunta (mikroliuska/liuskajohto)
3. Arvioi valmistusprosessin ikkuna (kuparin paksuus/viivan leveyden toleranssi).
4. Valitse testausmenetelmä, jolla on >80 prosentin vastaavuustarkkuus.

4.2 Tietojen vertailustandardit

• Voimassa olevat vertailuolosuhteet:
  - Sama testaussuunta (Z-akseli tai XY-taso).
  - Taajuuspoikkeama < ±5%
  - tasaiset lämpötilaolosuhteet (23±2°C)
• Tyypilliset materiaaliparametrien vaihtelut: Testausmenetelmä Dk Variation Df Variation Fixture vs. Circuit 2-8% 15-30% Z-akseli vs. XY-taso 1-15% 5-20%

5. Testausstandardien kehitys

5.1 Kehittyvät testaustekniikat

• Terahertsin aika-alueen spektroskopia (0,1-4 THz)
• Lähikenttäpyyhkäisevä mikroaaltomikroskopia (10-100 GHz)
• Tekoälyavusteiset parametrien louhintajärjestelmät

5.2 Standardoinnin suuntaukset

• Monikerroslevyjen testausmenetelmät (IPC-2023 luonnos)
• 5G mmWave -kohtaiset testausprotokollat (28/39 GHz)
• Dynaamisen lämpökierron testausstandardit

Huomautus: Kaikki testit on suoritettava valvotussa ympäristössä (23 ± 1 °C, 50 ± 5 % RH). Automaattiset testausjärjestelmät, jotka integroivat vektorivektoriverkkoanalysaattorit (VNA) ja koetinasemia suositellaan. Testitietojen on sisällettävä 3σ tilastollinen analyysi.