Korkeataajuisissa{0}}elektroniikkakentissä, kuten 5G-viestintä-, satelliittinavigointi- ja tutkajärjestelmissä, signaalin lähetystaajuus saavuttaa tyypillisesti GHz:n tason tai jopa korkeamman. Tässä vaiheessa tavalliset piirilevyt eivät enää täytä signaalin eheysvaatimuksia, ja korkeataajuisista-piirilevylevyistä on tullut väistämätön valinta niiden ainutlaatuisten materiaaliominaisuuksien ja prosessisuunnittelun vuoksi. Keskeinen erokorkeataajuinen{0}}piirilevyja tavallinen lauta:
1, Ydinero: Häiritsevä läpimurto materiaaleissa ja suorituskyvyssä
(1) Olennainen ero alustan ominaisuuksissa
Tavallinen piirilevy: esimerkkinä FR-4
Materiaalin koostumus: Käytettäessä epoksihartsilla kyllästettyä lasikuitukangasta alustana hinta on alhainen ja prosessi on kypsä, mutta dielektrisyysvakio on korkea (yleensä Dk=4.2-4.8) ja dielektrinen häviö suuri (Df=0.02-0.03).
Korkean taajuuden rajoitukset: Kun signaalin taajuus ylittää 1 GHz, dielektrinen häviö kasvaa merkittävästi, signaalin vaimennus on vakava ja dielektrisyysvakio vaihtelee merkittävästi taajuuden mukaan, mikä tekee impedanssin hallinnasta vaikeaa.
Korkeataajuinen piirilevy: esimerkkinä PTFE ja keramiikkatäytteiset komposiittimateriaalit
Materiaaliinnovaatiot:
PTFE-pohjainen levy: kuten Rogers RT/duroid -sarja, jossa Dk niinkin alhainen kuin 2,2-3,5, Df<0.001, Excellent frequency stability, suitable for ultra-high frequency scenarios above 10GHz.
Keraamitäytteiset komposiittimateriaalit, kuten IsolaFR408HR, vähentävät Dk:ta (Dk=3.0-3.8) ja parantavat lämmönjohtavuutta keraamisen jauhetäytön avulla, mikä tasapainottaa korkean-taajuuden suorituskyvyn ja käsittelykustannukset.
Tärkeimmät edut: Matala dielektrisyysvakio vähentää signaalin lähetysviivettä, pieni häviö vähentää energian vaimennusta ja Dk/Df muuttuu alle 5 % taajuuden myötä, mikä varmistaa korkeataajuisten signaalien vaiheiden yhdenmukaisuuden.
(2) Rakenteellisen layoutin erityisvaatimukset
Tavallinen pcb pinottu asettelu
Signaalikerros erotetaan yksinkertaisesti tehokerroksella/geologisella kerroksella, ja kerrosten välisen dielektrisen paksuustoleranssin sallitaan olla ± 10 %. Impedanssisäädön tarkkuus on yleensä ± 10 %.
Korkeataajuinen PCB pinottu asettelu
Tiukka impedanssin säätö: käyttämällä erityisiä siirtojohtorakenteita, kuten mikroliuskajohtoja, liuskalinjoja, samantasoisia aaltoputkia jne., dielektrisen paksuuden toleranssia on säädettävä ± 5 %:n sisällä ja impedanssin tarkkuusvaatimus on ± 5 % tai jopa ± 3 %. Esimerkiksi 50 Ω:n mikroliuskajohdon viivanleveyslaskelman on oltava tarkka μm:n tasolla, samalla kun otetaan huomioon kuparikalvon karheuden vaikutus impedanssiin (kun karheus Ra on pienempi tai yhtä suuri kuin 0,5 μm, impedanssin poikkeamaa voidaan vähentää 2% -3%).
Sähkömagneettisen suojauksen optimointi: Korkeataajuiset signaalit ovat herkkiä sähkömagneettisille häiriöille, ja usein käytetään koko näytön suojauskerroksen asetteluja tai upotettuja kondensaattori-/induktorirakenteita. Tasojen väliin lisätään maadoitus ryhmien kautta (välit enintään 1 mm) ylikuulumisen vähentämiseksi.
(3) Prosessointitekniikan tarkkuus on noussut pilviin
Tavallinen PCB-käsittelytekniikka
Poraustarkkuus ± 50 μm, etsausviivan leveystoleranssi ± 10%, pintakäsittely pääasiassa HASL:lla, karheus Ra=1-3 μm.
Korkeataajuinen PCB-käsittelytekniikka
Poraus: Laserporausta (aukko pienempi tai yhtä suuri kuin 0,1 mm) tai CNC-porakonetta (tarkkuus ± 10 μm) käytetään mekaanisen porauksen aiheuttaman alustan irtoamisen välttämiseksi.
Etsaus: Käyttämällä pulssigalvanoinnin ja kemiallisen syövytyksen yhdistelmää linjan leveyden toleranssia säädetään ± 5 %:n sisällä ja langan reunan karheus Ra on pienempi tai yhtä suuri kuin 0,4 μm signaalin sironnan vähentämiseksi.
Pintakäsittely: ENIG (kultakerroksen paksuus 0,05-0,1 μm) tai kemiallinen hopeapinnoitus on edullinen, tasaisuus Ra pienempi tai yhtä suuri kuin 0,2 μm kosketuskestävyyden ja ihovaikutushäviöiden vähentämiseksi.
2, Keskeiset näkökohdat korkeataajuisten{1}}piirilevyjen tuotannossa
(1) Materiaalivalinta: "käyttökelpoisesta" "tarkkaan mukauttamiseen"
Taajuusalueen sovitus
1–10 GHz:n skenaario: Valinnainen keraaminen täytetty FR-4 (kuten Nelco 4000-13SI) tai modifioitu epoksihartsilevy (Dk=3.5-4.0, Df<0.01).
10 GHz:n skenaario: PTFE-pohjaisia tai keraamisia komposiittimateriaaleja (kuten Taconic TLY-5, Dk=2.2, Df=0.0009) on käytettävä.
Lämmönhallintanäkökohdat
Suurtaajuiset laitteet tuottavat suuren määrän lämpöä, joten on tarpeen valita levy, jonka lämmönjohtavuus on suurempi tai yhtä suuri kuin 0,5 W/(m · K) (kuten Rogers 4350B, jonka lämmönjohtavuus on 0,7 W/(m · K)) ja suunnitella upotettu jäähdytyselementtirakenne.
(2) Prosessin ohjaus: korkeampi pyrkimys mikrometritason tarkkuuteen
Laminointiprosessi
Tyhjölaminointikonetta käytettäessä paineen tasaisuus on pienempi tai yhtä suuri kuin ± 2 % ja lämpötilan vaihtelu on pienempi tai yhtä suuri kuin ± 1 aste, jotta vältetään väliainekerroksen epätasaisen paksuuden aiheuttama impedanssin poikkeama. Jos esimerkiksi 0,1 mm paksun dielektrisen kerroksen paksuustoleranssi ylittää ± 5 μm, impedanssivirhe ylittää ± 4 %.
Kuvion siirto
Lasersuorakirjoitustekniikkaa käyttämällä perinteisen optisen piirtämisen sijaan viivanleveyden tarkkuus voi olla ± 3 μm, mikä sopii ultrahienojen viivojen valmistukseen alle 50 μm. Valottamisen aikana on tarpeen ohjata valonlähteen aallonpituutta (365nm ultraviolettivalo) ja energiatiheyttä (120-150mJ/cm²) liiallisen tai riittämättömän kehityksen estämiseksi.
Reaaliaikainen impedanssivalvonta
Kun olet suorittanut jokaisen piirin valmistuskerroksen, mittaa impedanssi verkossa TDR:n avulla ja säädä myöhempiä prosessiparametreja vertaamalla suunnitteluarvoja. Jos mitattu impedanssi on esimerkiksi 8 % korkeampi kuin tavoitearvo, voidaan kompensoida lisäämällä kuparikalvon paksuutta ennen syövytystä tai viivan leveyden hienosäätöä.
(3) Vikojen ehkäisy ja valvonta: "Kuolemaan johtavat vammat" korkeataajuisissa skenaarioissa
Keskikerroksen kuplia
Ennen laminointia tyhjiökuivaa alusta ja puolikovettunut levy (120 astetta / 2 tuntia) kosteuspitoisuuden ollessa alle 0,1 %, jotta vältetään signaalivuoto, joka johtuu kuplien muodostumisesta korkeassa lämpötilassa tapahtuvan puristuksen aikana.
Kuparifolion karheus
Suurtaajuuspiireissä on käytettävä RTF:tä tai HVLP:tä, jonka karheus Ra on pienempi tai yhtä suuri kuin 0,3 μm. Tavallinen elektrolyyttinen kuparikalvo (Ra=1.0-1.5 μm) lisää 10 GHz:n signaalihäviötä yli 30 %.
Parasiittiset parametrit reikien läpi
Korkeataajuiset läpivientireiät vaativat takaporaustekniikan käytön "Stub":n poistamiseksi (jäännöspaalun pituus enintään 0,5 mm) ja läpivientireiän impedanssin säätämistä vastaamaan siirtolinjan impedanssia (poikkeama enintään 5 %). Trillaamattomat läpimenevät reiät aiheuttavat noin -20 dB:n paluuhäviön 10 GHz:llä.
(4) Havaitseminen ja vahvistaminen: moniulotteinen suorituskyvyn leviäminen
Signaalin eheyden testaus
Käytä vektoriverkkoanalysaattoria S-parametrien mittaamiseen (S11 pienempi tai yhtä suuri kuin -20 dB, S21 suurempi tai yhtä suuri kuin -3 dB @ kohdetaajuus) ja arvioi paluuhäviö ja lisäyshäviö.
Lämpöluotettavuustestaus
Suorita uudelleenvirtausjuottotesti 260 astetta / 10 sekuntia havaitaksesi, onko levyssä delaminaatiota (tunnistamalla kerrosten välinen sidospinta viipalemikroskoopilla) ja testaa dielektrisyysvakion muutos korkeassa lämpötilassa (Δ Dk Pienempi tai yhtä suuri kuin 3 %).
Pitkäaikainen ikääntymisen todentaminen
Aseta näyte ympäristöön, jonka suhteellinen kosteus on 85 astetta / 85 %, 500 tunniksi testataksesi eristysvastusta (suurempi tai yhtä suuri kuin 10 ^ 9 Ω) ja dielektrisen häviön muutoksia (Δ Df pienempi tai yhtä suuri kuin 5 %), mikä varmistaa korkean taajuuden{7}}suorituskyvyn pitkäaikaisen vakauden.
3, Tyypillinen tapaus: 5G-tukiaseman RF-levyn suurtaajuussuunnittelukäytäntö
5G-tukiaseman AAU (aktiivinen antenniyksikkö) RF-levysuunnittelussa Rogers6010LM-korttia (Dk=10.2, Df=0.0023) käytetään mikroliuska-antenniryhmän valmistukseen. Saavuta läpimurtoja korkean taajuuden{5}}suorituskyvyssä seuraavilla toimenpiteillä:
Pinottu rakenne: 3-kerroksinen rakenne (signaalikerros/pohjakerros/signaalikerros), dielektrisen paksuus 0,254 mm, impedanssin säätö 50 Ω± 3%.
Prosessin innovaatiot: Käyttämällä CO ₂ -laserporausta (aukko 0,15 mm) ja kemiallista hopeapinnoituspintakäsittelyä (karheus Ra=0.15 μm) välityshäviö 18 GHz:n taajuuskaistalla pienenee 0,8 dB/tuumaan.
Testivahvistus: VNA:n mittaama paluuhäviö 18-22 GHz:n taajuusalueella on alle -25 dB, mikä täyttää 5GNR-standardin tiukat vaatimukset RF-linkeille.