Guide de conception et de mise en page de circuits imprimés à haute fréquence

La carte PCB haute fréquence fait référence à la fréquence électromagnétique des cartes de circuits imprimés spéciales pour haute fréquence (fréquence supérieure à 300MHZ ou longueur d'onde inférieure à 1 mètre) et micro-ondes (fréquence supérieure à 3GHZ ou longueur d'onde inférieure à 0,1 mètre) dans le domaine des PCB, est dans le substrat micro-ondes des cartes laminées recouvertes de cuivre sur l'utilisation de cartes de circuits imprimés rigides ordinaires fabriquées en utilisant certains des processus ou l'utilisation de méthodes de traitement spéciales et la production de cartes de circuits imprimés.

Carte de circuit imprimé haute fréquence spécifications de la conception de l'agencement et du câblage

1. principes d'isolation et de mise à la terre

• Séparation stricte des zones de circuits numériques et analogiques
• Veiller à ce que tous les alignements RF disposent d'une référence complète du plan de masse.
• Priorité à l'alignement de la couche de surface pour la transmission du signal RF

2. Câblage Ordre de priorité

Lignes RF → lignes d'interface RF en bande de base (lignes IQ) → lignes de signaux d'horloge → lignes d'alimentation → circuits numériques en bande de base → réseau de masse

3. spécification du traitement de surface

• Il est recommandé d'utiliser une carte à haute fréquence (1 GHz) pour éliminer la couche d'huile verte dans la zone de la ligne microruban.
• Il est recommandé de conserver la couche protectrice d'huile verte pour les lignes microruban à basse et moyenne fréquence.

4. Spécification du câblage transversal

• Interdire strictement le câblage croisé des signaux numériques/analogiques.
• Les lignes RF et les lignes de signalisation doivent être respectées lors des croisements :
  a) Option privilégiée : ajouter une couche de plan de masse isolée
  b) Deuxième choix : Maintenir les croisements orthogonaux à 90°.
• Exigences en matière d'espacement des lignes RF parallèles :
  a) Câblage normal : Maintenir un espacement de 3W.
  b) Lorsque le parallélisme est nécessaire, insérer au centre un plan de masse isolé et bien relié à la terre.

5. traitement des signaux mixtes

• Des duplexeurs/mélangeurs et d'autres dispositifs multi-signaux sont nécessaires :
  a) Les signaux RF/IF sont acheminés de manière orthogonale.
  b) Barrière de terre isolée entre les signaux

6. exigences en matière d'intégrité de l'alignement

• Les extrémités en surplomb de l'alignement RF sont strictement interdites.
• Maintien de la cohérence de l'impédance caractéristique de la ligne de transmission

7.Vias Spécifications de manutention

• Évitez autant que possible de changer les couches d'alignement des radiofréquences.
• Lorsqu'un changement de couche est nécessaire :
  a) Utiliser la taille de trou la plus petite (recommandée 0,2 mm)
  b) Limiter le nombre de vias (≤ 2 par ligne)

8. câblage de l'interface bande de base

• Largeur de ligne IQ ≥ 10 mil
• Correspondance stricte des longueurs égales (ΔL ≤ 5 mil)
• Maintenir un espacement uniforme (tolérance de ±10%)

9. câblage de la ligne de contrôle

• Longueur de l'itinéraire optimisée pour l'impédance de terminaison
• Minimiser la proximité du chemin RF
• Interdire la mise en place de vias de mise à la terre à côté des fils de contrôle

10. protection contre les interférences

• espacement de 3H entre les alignements numériques/alimentations et les circuits RF (H est l'épaisseur du diélectrique)
• Zone de blindage séparée pour les circuits d'horloge

11.Câblage de l'horloge

• Câblage de l'horloge ≥ 10 mils
• Blindage double face avec mise à la terre
• La structure du fil de ruban est préférée

12.Câblage du VCO

• Lignes de contrôle ≥2mm des lignes RF
• Si nécessaire, mettre en œuvre un traitement d'enrobage complet du sol

13. conception multicouche

• Préférer un schéma d'isolation à couches croisées
• Le deuxième choix de la solution de croisement orthogonal
• Limite de la longueur parallèle (≤λ/10)

14. système de mise à la terre

• Complétude du plan de masse de chaque couche >80
• Espacement des trous de mise à la terre <λ/20
• Mise à la terre multipoint dans les zones critiques

Note : Toutes les spécifications dimensionnelles doivent être ajustées en fonction de la longueur d'onde (λ) de la fréquence de fonctionnement réelle, et il est recommandé de procéder à une simulation tridimensionnelle du champ électromagnétique pour vérifier la conception finale.

Paramètres clés de performance des cartes de circuits imprimés à haute vitesse et à haute fréquence Spécifications techniques

1. Paramètres des caractéristiques diélectriques

1.1 Constante diélectrique (Dk)

• Exigence typique : 2.2-3.8 (@1GHz)
• Indicateur clé :
• Stabilité numérique (tolérance de ±0,05)
• Dépendance en fréquence (<5% de variation de 1-40 GHz)
• Isotropie (variation des axes X/Y/Z <2%)

1.2 Perte diélectrique (Df)

• Gamme standard : 0,001-0,005 (@10GHz)
• Exigences de base :
• Caractéristiques de faible perte (Df <0.003 préféré)
• Stabilité en température (-55℃~125℃ variation <15%)
• Impact de la rugosité de surface (Ra <1μm)

2. propriétés thermomécaniques

2.1 Coefficient de dilatation thermique (CTE)

• Exigences en matière d'adaptation des feuilles de cuivre :
• Axe X/Y CTE : 12-16ppm/°C
• CTE de l'axe Z : 25- 50 ppm/°C
• Norme de fiabilité :
• 300 cycles thermiques (-55℃~125℃) sans délamination

2.2 Indice de résistance à la chaleur

• Point Tg : ≥170℃ (de préférence 180-220℃)
• Point Td : ≥300℃ (température de perte de poids de 5%)
• Temps de décollement : >60min (288℃ test de soudure)

3. stabilité de l'environnement

3.1 Caractéristiques d'absorption de l'humidité

• Absorption d'eau saturée : <0.2% (immersion de 24h)
• Dérive des paramètres diélectriques :
• Dk change <2%
• Df change <10%

3.2 Résistance chimique

• Résistance aux acides et aux alcalis : Immersion dans une solution à 5 % pendant 24 heures sans corrosion
• Résistance aux solvants :Test IPC-TM-650 2.3.30 réussi.

4. Performance électrique

4.1 Contrôle de l'impédance

• Ligne asymétrique : 50Ω±10%.
• Paires différentielles : 100Ω±7%
• Points de contrôle clés :
• Tolérance de la largeur de la ligne ±5%
• Tolérance de l'épaisseur du diélectrique ±8%.
• Tolérance sur l'épaisseur du cuivre ±10

4.2 Intégrité du signal

• Perte d'insertion : <0.5dB/pouce@10GHz
• Perte de retour : >20dB@bande de fonctionnement
• Rejet de la diaphonie : <-50dB@1mm d'espacement

5.Fiabilité mécanique

5.1 Force du pelage

• Valeur initiale : >1.0N/mm
• Après vieillissement thermique : ＞0.8N/mm (125℃/1000h)

5.2 Résistance aux chocs

• Résistance CAF : >1000h (85℃/85%RH/50V)
• Chocs mécaniques : test réussi de 30G/0,5ms

6. Exigences particulières en matière de performance

6.1 Stabilité à haute fréquence

• Cohérence de phase : ±1°@10GHz/100mm
• Retard de groupe : <5ps/cm@40GHz

6.2 Finition de la surface

• Rugosité de la feuille de cuivre : Rz＜3μm
• Effet de masque de soudure :Variation de Dk <1%

Notes :

1. Tous les paramètres doivent être testés conformément aux méthodes normalisées IPC-TM-650.
2. L'échantillonnage par lots est recommandé pour les paramètres clés.
3. Les applications à haute fréquence doivent être accompagnées d'une courbe de variation de la fréquence de Dk/Df.
4. Les cartes multicouches doivent être évaluées pour vérifier la cohérence des paramètres de l'axe Z.

Livre blanc technique sur les essais à haute fréquence du matériau de PCB Dk/Df

1. Principes de classification et de sélection des méthodes d'essai

1.1 Système de méthodes d'essai

• Méthodes standard de l'IPC: 12 protocoles de tests standardisés
• Méthodes personnalisées de l'industrie: Solutions exclusives d'instituts de recherche et de fabricants
• Critères de sélection pratiques:
  - Adaptation de fréquence (±20% de la bande de fonctionnement)
  - Cohérence de la direction du champ électrique (axe Z/plan XY)
  - Corrélation avec les processus de fabrication (matière première/plaque finie)

1.2 Matrice de sélection des méthodes

2. Explication détaillée des principales techniques de test

2.1 Méthode du résonateur à stripline bridée pour la bande X (IPC-TM-650 2.5.5.50)

• Structure du test:
  ┌─────────────────┐
  │ Plan de masse │
  ├─────────────────┤
  │ DUT (axe Z) │
  ├─────────────────┤
  │ Resonator Circuit│
  ├─────────────────┤
  │ DUT (axe Z) │
  ├─────────────────┤
  │ Plan de masse │
  └─────────────────┘
• Caractéristiques techniques:
  - Gamme de fréquences : 2,5-12,5 GHz (par incréments de 2,5 GHz)
  - Précision : ±0,02 (Dk), ±0,0005 (Df)
  - Sources d'erreur : Entrefers des appareils (~1-3% d'écart)

2.2 Méthode du résonateur à cylindre fendu (IPC-TM-650 2.5.5.13)

• Paramètres clés:
  - Direction d'essai :Propriétés dans le plan XY
  - Pics de résonance :3 à 5 points de fréquence caractéristiques
  - Analyse de l'anisotropie :Peut être comparée aux données de l'axe Z

2.3 Méthode du résonateur annulaire microruban

• Exigences en matière de circuits:
  - Impédance de la ligne d'alimentation : 50Ω ±1%
  - Espace entre les anneaux : 0,1-0,15 mm (nécessite un contrôle de la lithographie)
  - Tolérance sur l'épaisseur du cuivre : ±5 μm compensation nécessaire.

3. Analyse et compensation des erreurs de test

3.1 Principales sources d'erreur

• Dispersion des matériaux: Dk en fonction de la fréquence (typique : -0,5%/GHz)
• Impact de la rugosité du cuivre: Rugosité Niveau Dk Ecart Rz &lt ; 1 μm <1% Rz = 3 μm 3-5% Rz &gt ; 5 μm >8%
• Variations du processus:
  - Épaisseur du cuivre plaqué (erreur de 0,3 % par écart de 10 μm).
  - Influence du masque de soudure (variation de 0,5 à 1,2 % due à la couverture d'huile verte)

3.2 Méthodes de correction des données

• Algorithme de compensation de fréquence:
  Dk(f)=Dko⋅(1-α⋅log(f/fo))
• Correction de la rugosité de surface: Modèle Hammerstad-Jensen
• Manutention anisotrope: Méthode d'analyse tensorielle

4. Lignes directrices pour les demandes d'ingénierie

4.1 Processus d'élaboration du plan de test

1. Déterminer la bande de fréquence de fonctionnement (fréquence centrale ±30%)
2. Analyse de la direction du champ électrique primaire (microruban/stripline)
3. Évaluer la fenêtre du processus de fabrication (épaisseur du cuivre/tolérance de la largeur de ligne)
4. Sélectionnez une méthode de test avec une précision de 80 %.

4.2 Normes de comparaison des données

• Conditions de comparaison valides:
  - Même direction d'essai (axe Z ou plan XY)
  - Déviation de fréquence &lt ; ±5%
  - Conditions de température constantes (23±2°C)
• Variations typiques des paramètres des matériaux: Méthode d'essai Variation Dk Variation Df Fixture vs. Circuit 2-8% 15-30% Axe Z vs. plan XY 1-15% 5-20%

5. Évolution des normes d'essai

5.1 Technologies d'essai émergentes

• Spectroscopie térahertz dans le domaine temporel (0,1-4 THz)
• Microscopie à micro-ondes à balayage en champ proche (10-100 GHz)
• Systèmes d'extraction de paramètres assistés par l'IA

5.2 Tendances en matière de normalisation

• Méthodes de test des cartes multicouches (projet IPC-2023)
• Protocoles de test spécifiques aux ondes millimétriques 5G (28/39 GHz)
• Normes d'essai de cyclage thermique dynamique

Note: Tous les essais doivent être effectués dans un environnement contrôlé (23±1°C, 50±5% HR). Systèmes d'essai automatisés intégrant les analyseurs de réseaux vectoriels (VNA) et les stations de sonde sont recommandées. Les données d'essai doivent comprendre 3σ analyse statistique.