PCB-ontwerp en layoutgids voor hoge frequenties

Hoogfrequente PCB board verwijst naar de elektromagnetische frequentie van de hogere speciale printplaten voor hoogfrequente (frequentie groter dan 300MHZ of golflengte van minder dan 1 meter) en microgolf (frequentie groter dan 3GHZ of golflengte van minder dan 0,1 meter) op het gebied van PCB, is in de magnetron substraat koper bekleed laminaat platen op het gebruik van gewone stijve printplaten vervaardigd met behulp van een aantal van de processen of het gebruik van speciale behandeling methoden en de productie van printplaten.

Hoogfrequent printplaat ontwerpspecificaties voor lay-out en bedrading

1. Principes voor isolatie en aarding

• Strikt gescheiden digitale en analoge circuitgebieden
• Zorg ervoor dat alle RF-uitlijningen een volledige referentie van de massaplaat hebben.
• Prioriteit geven aan de uitlijning van de oppervlaktelaag voor RF-signaaloverdracht

2.Bedrading Prioriteitsvolgorde

RF-lijnen → RF-basisbandinterfacelijnen (IQ-lijnen) → kloksignaallijnen → voedingslijnen → digitale basisbandcircuits → aardingsnetwerk

3. Specificatie oppervlaktebehandeling

• Hoogfrequent enkelvoudig bord (>1GHz) wordt aanbevolen om de groene oliebedekking in het gebied van de microstriplijn te elimineren.
• Laag- en middenfrequente enkellaags microstriplijn wordt aanbevolen om de groene olie beschermlaag te behouden

4. Specificatie kruisbedrading

• Verbod op kruisbestuiving van digitale/analoge signalen.
• RF-lijnen en signaallijnen moeten in acht worden genomen bij het kruisen:
  a) Voorkeursoptie: een geïsoleerde aardingslaag toevoegen
  b) Tweede keuze: Handhaaf 90° orthogonale kruisingen.
• Eisen voor parallelle RF-lijnafstand:
  a) Normale bedrading: Houd afstand van 3W aan.
  b) Als parallellisme nodig is, plaats dan een goed geaarde, geïsoleerde massaplaat in het midden.

5. Gemengde signaalverwerking

• Duplexers/mixers en andere multisignaalapparaten zijn vereist:
  a) RF/IF-signalen worden orthogonaal geleid.
  b) Geïsoleerde aardingsbarrière tussen signalen

6. Integriteitseisen uitlijning

• Overhangende uiteinden van RF-uitlijning zijn ten strengste verboden.
• Handhaaf de consistentie van de karakteristieke impedantie van de transmissielijn

7.Vias Behandelingsspecificaties

• Vermijd zoveel mogelijk het wisselen van lagen RF-uitlijning.
• Wanneer een laagwissel nodig is:
  a) Gebruik de kleinste gaatjesmaat (aanbevolen 0,2 mm).
  b) Beperk het aantal vias (≤ 2 per lijn).

8. Bedrading basisbandinterface

• IQ lijnbreedte ≥ 10 mil
• Strikt gelijke lengte (ΔL ≤ 5 mil)
• Handhaaf uniforme afstanden (±10% tolerantie)

9. Bedrading besturingslijn

• Route lengte geoptimaliseerd voor afsluitimpedantie
• Minimaliseer de nabijheid van het RF-pad
• Verbied de plaatsing van massavia's naast stuurdraden.

10. Bescherming tegen interferentie

• 3H afstand tussen digitale/voedingsuitlijningen en RF-circuits (H is de dikte van het diëlektricum)
• Apart afschermingsgebied voor klokcircuits

11.Bedrading van de klok

• Bedrading klok ≥ 10 mils
• Dubbelzijdige geaarde afscherming
• Lintdraadstructuur heeft de voorkeur

12.VCO-bedrading

• Controlelijnen ≥2 mm van RF-lijnen
• Voer indien nodig een volledige gronddoekbehandeling uit

13.Ontwerp met meerdere lagen

• Geef de voorkeur aan een cross-layer isolatieschema
• De tweede keuze van de orthogonale crossover-oplossing
• Limiet parallelle lengte (≤λ/10)

14.Aardingssysteem

• Volledigheid van de massaplaat van elke laag >80
• Afstand tussen aardingsgaten <λ/20
• Meerpuntsaarding in kritieke gebieden

Opmerking: Alle maatspecificaties moeten worden aangepast aan de golflengte (λ) van de werkelijke werkfrequentie en het wordt aanbevolen om een driedimensionale elektromagnetische veldsimulatie uit te voeren om het uiteindelijke ontwerp te controleren.

Technische specificaties van de belangrijkste prestatieparameters van PCB's met hoge snelheid

1.Dielectric kenmerkende Parameters

1.1 Diëlektrische constante (Dk)

• Typische vereisten: 2,2-3,8 (@1GHz)
• Sleutelindicator:
• Numerieke stabiliteit (±0,05 tolerantie)
• Frequentie-afhankelijkheid (<5% variatie van 1-40 GHz)
• Isotropie (variatie X/Y/Z-as <2%)

1.2Diëlektrisch verlies (Df)

• Standaard bereik: 0,001-0,005 (@10GHz)
• Kernvereisten:
• Kenmerken met laag verlies (Df <0,003 voorkeur)
• Temperatuurstabiliteit (-55℃~125℃ variatie <15%)
• Invloed van oppervlakteruwheid (Ra <1μm)

2.Thermomechanische eigenschappen

2.1 Thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE)

• Vereisten voor koperfolie:
• X/Y-as CTE: 12-16ppm/°C
• Z-as CTE: 25-50 ppm/°C
• Betrouwbaarheidsstandaard:
• 300 thermische cycli (-55℃~125℃) zonder delaminatie

2.2 Hittebestendigheidsindex

• Tg-punt: ≥170℃ (bij voorkeur 180-220℃)
• Td punt: ≥300℃ (5% de temperatuur van het gewichtsverlies)
• Delaminatietijd: >60min (288℃ soldeertest)

3.Milieustabiliteit

3.1 Vochtabsorptiekenmerken

• Verzadigde waterabsorptie: <0,2% (24 uur onderdompeling)
• Afwijking van diëlektrische parameters:
• Dk verandering <2%
• Df verandering <10%

3.2 Chemische weerstand

• Bestand tegen zuren en alkaliën: 5% concentratie oplossing onderdompeling 24u zonder corrosie
• Bestand tegen oplosmiddelen:Voldoet aan IPC-TM-650 2.3.30 test.

4.Elektrische prestaties

4.1 Impedantieregeling

• Lijn met één uiteinde: 50Ω±10%.
• Differentiële paren: 100Ω±7%
• Belangrijke controlepunten:
• Tolerantie van lijndikte ±5%
• Tolerantie van diëlektrische dikte ±8%
• Tolerantie koperdikte ±10

4.2 Signaalintegriteit

• Toevoegingsverlies: <0.5dB/inch@10GHz
• Terugkeerverlies: >20dB@Bedrijfsband
• Overspraakafwijzing: <-50dB@1mm afstand

5.Mechanische betrouwbaarheid

5.1 Peelsterkte

• Beginwaarde: >1,0N/mm
• Na thermische veroudering: ＞0,8N/mm (125℃/1000h)

5.2 Slagvastheid

• CAF-bestendigheid: >1000h (85℃/85%RH/50V)
• Mechanische schok: test 30G/0,5 ms doorstaan

6.Speciale prestatie-eisen

6.1 Stabiliteit bij hoge frequenties

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

6.2 Oppervlakteafwerking

• Ruwheid koperfolie: Rz＜3μm
• Soldeermasker effect:Dk variatie <1%

Opmerkingen:

1. Alle parameters moeten worden getest volgens de standaardmethoden van IPC-TM-650.
2. Batchbemonstering wordt aanbevolen voor belangrijke parameters.
3. Bij hoogfrequente toepassingen moet Dk/Df worden voorzien van een frequentievariatiecurve.
4. Multilayer printplaten moeten geëvalueerd worden op consistentie met Z-as parameters.

Technisch witboek PCB-materiaal testen met hoge frequentie Dk/Df

1. Classificatie en selectie van testmethoden

1.1 Systeem van testmethode

• IPC-standaardmethoden: 12 gestandaardiseerde testprotocollen
• Methoden op maat voor de industrie: Eigen oplossingen van onderzoeksinstellingen en fabrikanten
• Praktische selectiecriteria:
  - Frequentieaanpassing (±20% van de werkband)
  - Consistentie elektrische veldrichting (Z-as/XY-vlak)
  - Correlatie met productieprocessen (grondstof/afgewerkt karton)

1.2 Methode Selectie Matrix

2. Gedetailleerde uitleg van kerntesttechnieken

2.1 X-band ingeklemde striplijnresonatormethode (IPC-TM-650 2.5.5.50)

• Test Structuur:
  ┌─────────────────┐
  Grondvlak │
  ├─────────────────┤
  │ DUT (Z-axis) │
  ├─────────────────┤
  │ Resonatorcircuit│
  ├─────────────────┤
  │ DUT (Z-axis) │
  ├─────────────────┤
  Grondvlak │
  └─────────────────┘
• Technische kenmerken:
  - Frequentiebereik: 2,5-12,5 GHz (stappen van 2,5 GHz)
  - Nauwkeurigheid: ±0,02 (Dk), ±0,0005 (Df)
  - Foutbronnen: Luchtopeningen in de armatuur (~1-3% afwijking)

2.2 Methode met gesplitste cilinderresonator (IPC-TM-650 2.5.5.13)

• Belangrijkste parameters:
  - Testrichting:XY-vlak eigenschappen
  - Resonantiepieken:3-5 karakteristieke frequentiepunten
  - Anisotropie analyse:Kan vergelijken met Z-as gegevens

2.3 Microstrip ringresonatormethode

• Vereisten voor circuit:
  - Impedantie voedingslijn: 50Ω ±1%
  - Ringopening: 0,1-0,15 mm (lithografische controle vereist)
  - Tolerantie koperdikte: ±5 μm compensatie nodig

3. Analyse en compensatie van testfouten

3.1 Belangrijkste foutbronnen

• Materiaalverspreiding: Frequentie-afhankelijk Dk (typisch: -0,5%/GHz)
• Invloed van koperruwheid: Ruwheidsniveau Dk afwijking Rz < 1 μm <1% Rz = 3 μm 3-5% Rz > 5 μm >8%
• Procesvariaties:
  - Platte koperdikte (0,3% fout per 10 μm afwijking)
  - Invloed soldeermasker (0,5-1,2% variatie door groene oliedekking)

3.2 Gegevenscorrectiemethoden

• Algoritme voor frequentiecompensatie:
  Dk(f)=Dko⋅(1-α⋅log(f/fo))
• Correctie voor oppervlakteruwheid: Hammerstad-Jensen model
• Anisotrope materiaalhantering: Tensor-analysemethode

4. Richtlijnen voor engineeringtoepassingen

4.1 Ontwikkelproces testplan

1. Bepaal de werkfrequentieband (middenfrequentie ±30%)
2. Analyseer de richting van het primaire elektrische veld (microstrip/striplijn)
3. Productieprocesvenster evalueren (koperdikte/lijndiktetolerantie)
4. Selecteer een testmethode met >80% overeenstemmingsnauwkeurigheid

4.2 Normen voor gegevensvergelijking

• Geldige vergelijkingsvoorwaarden:
  - Dezelfde testrichting (Z-as of XY-vlak)
  - Frequentieafwijking < ±5%
  - Constante temperatuur (23±2°C)
• Typische materiaalparametervariaties: Testmethode Dk Variatie Df Variatie Opspanning vs. Circuit 2-8% 15-30% Z-as vs. XY-vlak 1-15% 5-20%

5. Evolutie van testnormen

5.1 Opkomende testtechnologieën

• Terahertz tijd-domein spectroscopie (0,1-4 THz)
• Nabij veld scannende microgolfmicroscopie (10-100 GHz)
• AI-ondersteunde systemen voor parameterextractie

5.2 Trends in standaardisatie

• Testmethoden voor meerlaagse printplaten (IPC-2023 ontwerp)
• 5G mmWave-specifieke testprotocollen (28/39 GHz)
• Normen voor dynamische thermische cyclustest

Noteant ~4,3-4,8): Alle tests moeten worden uitgevoerd in een gecontroleerde omgeving (23±1°C, 50±5% RH). Geautomatiseerde testsystemen die integreren vector-netwerkanalysatoren (VNA) en sondestations worden aanbevolen. De testgegevens moeten het volgende bevatten 3σ statistische analyse.