Płytki PCB wysokiej częstotliwości do zastosowań RF: Najlepszy przewodnik po produkcji i projektowaniu (2024)

W erze 5G, IoT i systemów radarowych, PCB o wysokiej częstotliwości są nieznanymi bohaterami szybkiej, niezawodnej komunikacji bezprzewodowej.Te specjalistyczne płyty przesyłają sygnały RF (300 MHz~300 GHz) z minimalną stratą, ale tylko jeśli są prawidłowo zaprojektowane i wyprodukowaneJeden błąd (np. niewłaściwy materiał, niewłaściwe dopasowanie impedancji) może zmienić sygnał stacji bazowej 5G w błąd lub uczynić system radarowy bezużytecznym.

Stawka jest duża, ale są też korzyści: dobrze zaprojektowane płyty PCB o wysokiej częstotliwości zapewniają 3 razy mniejszą utratę sygnału, 50% mniejszy EMI i 2 razy dłuższą żywotność niż standardowe płyty PCB.W tym przewodniku przedstawiono wszystko, co musisz wiedzieć, od wyboru materiałów o niskiej stratze (np. Rogers RO4003C) po opanowanie dopasowywania i osłony impedancjiNiezależnie od tego, czy budujesz moduł 5G, czy satelitarny system RF, to jest mapa sukcesu.

Kluczowe wnioski
1.Materiał jest "zrób lub zerwij": Wybierz podłoże o niskiej stałej dielektrycznej (Dk: 2,2 ∼3,6) i styczności strat (Df < 0,005) w celu zminimalizowania strat sygnału ∼Rogers RO4003C (Dk=3.38, Df=0,0027) jest złotym standardem RF.
2Dopasowanie impedancji nie jest negocjowalne: ślady kontrolowanej impedancji 50Ω eliminują odbicia sygnału, utrzymując VSWR < 1,5 (krytyczne dla 5G/mmWave).
3Dokładność produkcji: wiercenie laserowe (dla mikrowia) i wiązanie SAB (silność skórki: 800-900 g/cm) zapewniają niezawodne połączenia o niskiej stratze.
4.Ochrona zapobiega zakłóceniom: Stałe płaszczyzny naziemne + metalowe pojemniki ochronne zmniejszają EMI o 40% i krzyżową głośność o 60% w tłoczonych konstrukcjach RF.
5.LT CIRCUIT's edge: ich certyfikowany przez IPC proces klasy 3 oraz materiały Rogers/Megtron dostarczają PCB o stratze sygnału < 0,7 dB/in przy 10 GHz.

Część 1: Możliwości produkcji PCB o wysokiej częstotliwości
PCB o wysokiej częstotliwości to nie tylko "szybsze" standardowe PCB, wymagają specjalistycznych procesów, materiałów i kontroli jakości do obsługi sygnałów RF.Poniżej przedstawiono, w jaki sposób producenci jak LT CIRCUIT dostarczają niezawodne, płyty o niskiej stratze.

1.1 Specjalistyczne urządzenia i procesy
PCB RF wymagają dokładności wykraczającej poza to, co standardowe maszyny PCB mogą zaoferować.

Przykład: LT CIRCUIT wykorzystuje wiertarki laserowe do tworzenia 6 mil mikrowia dla płyt PCB 5G, co pozwala im zmieścić 2x więcej śladów RF w tej samej przestrzeni, podczas gdy SPC utrzymuje impedancję na ponad 10 000 płyt.

1.2 Wybór materiału: Niska strata = silne sygnały RF
Substrat (materiał bazowy) PCB o wysokiej częstotliwości bezpośrednio wpływa na utratę sygnału.
a. Niska stała dielektryczna (Dk): 2,2 ∼ 3,6 (wolniejsza przenikliwość sygnału = mniejsza strata).
b. Mała styczność strat (Df): < 0,005 (mniej energii marnowanej jako ciepło).
c. Wysoka przejście szklane (Tg): > 180°C (stabilność w systemach RF o wysokiej temperaturze, takich jak stacje bazowe).

Poniżej przedstawiono, jak najważniejsze materiały RF składają się:

Ostrzeżenie krytyczne: Oświadczenia dostawcy często nie odpowiadają rzeczywistym wynikom.Badania pokazują, że zmierzona Df może być o 33~200% wyższa niż reklamowana – zawsze żądaj danych z badań osób trzecich (LT CIRCUIT zapewnia to dla wszystkich materiałów).

1.3 Zaawansowane wiązanie i laminowanie
Słabe wiązanie powoduje delaminację (oddzielenie warstw) i utratę sygnału w PCB RF.
a.Sposób działania: Plasma traktuje LCP (Liquid Crystal Polymer) i powierzchnie miedzi, tworząc połączenia chemiczne bez kleju.
b.Wyniki: wytrzymałość łuskowania 800 ‰ 900 g/cm (w porównaniu z 300 ‰ 400 g/cm w przypadku tradycyjnego wiązania) i chropowitość powierzchni < 100 nm (zmniejsza utratę przewodzenia o 3x).
c. Analiza XPS: Potwierdza “rozłam ” w laminacie (nie w linii wiązania) “dowodem długoterminowej niezawodności.

Laminat wymaga również precyzji:
a.Ciśnienie/temperatura: 200-400 PSI w temperaturze 170-190°C dla materiałów Rogers w celu uniknięcia kieszeni powietrza (które powodują odbicia sygnału).
b. Jednorodność dielektryczna: Zmiana grubości < 5% w celu utrzymania spójności impedancji, krytyczna dla śladów 50Ω RF.

1.4 Kontrola jakości: Badania w zakresie RF
Standardowe testy PCB nie są wystarczające dla RF. Potrzebne są specjalistyczne kontrole, aby zapewnić integralność sygnału:

LT CIRCUIT przeprowadza wszystkie te testy dla każdej partii PCB RF, ich 99,8% wskaźnik wydajności jest 2 razy wyższy niż średnia branżowa.

Część 2: Rozważania projektowe dotyczące PCB o wysokiej częstotliwości RF
Nawet najlepsza produkcja nie może naprawić złego projektu.

2.1 Dopasowanie impedancji: wyeliminowanie odbić sygnału
Niezgodność impedancji jest najczęstszą przyczyną utraty sygnału RF. Dla większości systemów RF (5G, Wi-Fi, radaru) celem jest kontrolowana impedancja 50Ω, która dopasowuje źródło (np. chip RF) i obciążenie (np. antenę).

Jak osiągnąć impedancję 50Ω
1.Użyj kalkulatorów impedancji: narzędzia takie jak Polar SI9000 obliczają szerokość/rozstawienie śladów na podstawie:
a. Substrat Dk (np. 3,38 dla Rogers RO4003C).
b. grubość śladu (1 oz = 35 μm).
c. grubość dielektryczna (0,2 mm w przypadku 4-warstwowych płyt PCB).
2Wybierz geometrię śladu:
a. Mikrostryp: ślad na warstwie górnej, płaszczyzna podłoża poniżej (łatwo do wytworzenia, odpowiedni do 1 ′ 10 GHz).
b. linia strumieniowa: ślad pomiędzy dwoma płaszczyznami naziemnymi (lepsza osłona, idealna dla częstotliwości > 10 GHz/mmWave).
3. Unikaj przerw impedancji:
a. Brak ostrych zakrętów (użyj kątów 45° lub krzywych ̇ zakręty 90° powodują utratę 0,5 ̇ 1 dB przy 28 GHz).
b. Dopasowanie długości śladów dla par różnicowych (np. 5G mmWave) w celu uniknięcia przesunięć fazowych.

Przykład: Mikrociąg 50Ω na Rogers RO4003C (0,2 mm dielektryczny) potrzebuje szerokości śladu 1,2 mm. Każda zmiana (> ± 0,1 mm) powoduje dryfowanie impedancji, zwiększając stratę zwrotu.

2.2 Uziemienie i osłona: zatrzymać EMI i przesłuchanie krzyżowe
Sygnały RF są wrażliwe na zakłócenia. Dobre uziemienie i osłony zmniejszają EMI o 40% i krzyżówkę o 60%.

Uzasadnienie najlepszych praktyk
a.Twarde płaszczyzny gruntowe: pokrycie ponad 70% niewykorzystanej przestrzeni miedzią, co zapewnia sygnałom RF niską impedancję powrotną (krytyczna dla 5G).
b.Zziemnienie w jednym punkcie: połączenie uziemienia analogowego i cyfrowego tylko w jednym punkcie (uniknięcie pętli uziemieniowych powodujących hałas).
c.Przewody do szycia ziemi: umieszczanie przewodu co 5 mm wzdłuż krawędzi płaszczyzny ziemi tworzy klatkę Faraday'a, która blokuje zewnętrzne EMI.

Strategie ochronne

Wskazówka dla profesjonalistów: W przypadku PCB 5G przed przesyłaniem śladów cyfrowych należy umieścić pojemniki osłonowe nad nadajnikami RF, aby uniknąć przekraczania wrażliwych ścieżek RF hałaśliwymi sygnałami cyfrowymi.

2.3 Optymalizacja układu: Minimalizowanie strat sygnału
Utrata sygnału RF zwiększa się wraz z długością śladu. Optymalizuj układ, aby trasy były krótkie i bezpośrednie.

Kluczowe zasady układu
1.Route RF first: priorytetowe ślady RF (trzymaj je <50 mm dla 28 GHz) przed śladami cyfrowymi/mocnymi.

2Oddzielne domeny sygnału:
Utrzymuj ślady RF 3x ich szerokości z dala od śladów cyfrowych (np. 1,2 mm ślad RF potrzebuje 3,6 mm przestrzeni).
Umieszczenie komponentów zasilania (regulatorów) z dala od części RF ̇ hałas przełączania z regulatorów zakłóca sygnały RF.

3.Pokład warstwa dla RF:
4-warstwa: Górna (spory RF) → Warstwa 2 (ziemia) → Warstwa 3 (moc) → Dolna (cyfrowa).
8-warstwa: Dodaj wewnętrzne warstwy RF dla gęstych konstrukcji (np. nadajników satelitarnych) z płaszczyznami naziemnymi pomiędzy nimi.

Umieszczenie składnika
a. Zgrupowanie komponentów RF: umieszczenie anten, filtrów i nadajników blisko siebie w celu zminimalizowania długości śladu.
b. Unikaj przewodów w ścieżkach RF: każda przewódka zwiększa stratę o 0,1 ‰ 0,3 dB przy 10 GHz – w razie potrzeby używaj ślepych/zakopanych przewodów.
c. Komponenty orientacyjne dla krótkich śladów: wyrównanie chipów RF tak, aby ich szpilki były skierowane w stronę anteny, zmniejszając długość śladu o 20%.

2.4 Routing śledzenia: Unikaj powszechnych błędów RF
Nawet niewielkie błędy w routingu mogą zniszczyć wydajność RF.
a. Ślady równoległe: Równoległe wykonywanie śladów radiowych i cyfrowych powoduje przechodzenie przez 90°, jeśli muszą się przecinać.
b. Ślady nakładające się: Ślady na sąsiednich warstwach, które nakładają się, działają jak kondensatory, powodując sprzężenie sygnału.
c.Przez zaciski: niewykorzystane poprzez długość (zaciski) powodują odbicia sygnału; użycie wiertniczych do usuwania zacisków > 0,5 mm.

Część 3: Rozwiązywanie powszechnych problemów z PCB o wysokiej częstotliwości
PCB RF stoją przed wyjątkowymi wyzwaniami - oto, jak je naprawić, zanim wpłyną na wydajność.

3.1 Utrata sygnału: diagnoza i naprawa
Wysoka strata sygnału (IL > 1 dB/in przy 10 GHz) jest zwykle spowodowana:
a. Niewłaściwy materiał: zamiana Megtron6 (0,95 dB/in) na Rogers RO4003C (0,72 dB/in) w celu zmniejszenia strat o 24%.
b.Słaba geometria śladów: wąskie ślady (0,8 mm zamiast 1,2 mm) zwiększają opór – użyj kalkulatorów impedancji do potwierdzenia szerokości.
c.Zanieczyszczenie: maski lutownicze lub pozostałości strumienia na śladach RF zwiększają straty w produkcji czystych pomieszczeń (LT CIRCUIT wykorzystuje czystych pomieszczeń klasy 1000).

3.2 Interferencje EMI
Jeśli PCB RF odbiera hałas:
a. Sprawdź uziemienie: W celu sprawdzenia ciągłości poziomu uziemienia użyj multimetra. Przerwy powodują wysoką impedancję i EMI.
b. Dodać kolczyki ferrytowe: Umieścić kolczyki na liniach energetycznych w celu blokowania hałasu wysokiej częstotliwości ze strony regulatorów.
c. Przeprojektowanie osłony: rozszerzenie puszek osłonowych, aby pokryć podłożne szwy, umożliwiając wniknięcie EMI.

3.3 Zarządzanie cieplne
Komponenty RF (np. wzmacniacze mocy 5G) wytwarzają ciepło, a przegrzanie zwiększa Df i utratę sygnału.
a.Przewody cieplne: Dodać 4 ̇6 przewody pod gorącymi komponentami w celu przenoszenia ciepła do płaszczyzny podłoża.
b.Wydobywarki ciepła: do elementów o rozpraszaniu mocy > 1 W należy stosować aluminiowe odbywarki ciepła.
c. Wybór materiału: Rogers RO4003C (przewodność cieplna: 0,71 W/m·K) rozprasza ciepło 2 razy lepiej niż standardowy FR4.

Część 4: Dlaczego wybrać LT CIRCUIT dla PCB RF o wysokiej częstotliwości
LT CIRCUIT to nie tylko producent PCB, to specjaliści w zakresie RF z doświadczeniem w dostarczaniu płyt dla 5G, lotnictwa i systemów radarowych.

4.1 Materiały i certyfikacje klasy RF
a.Uprawniony partner Rogers/Megtron: Używają oryginalnych materiałów Rogers RO4003C/RO4350B i Megtron6, bez podrabianych materiałów powodujących utratę sygnału.
b.Certyfikat IPC klasy 3: Najwyższy standard jakości PCB, gwarantujący spełnienie przez PCB RF wymogów w zakresie niezawodności w przemyśle lotniczym i telekomunikacyjnym.

4.2 Doświadczenie techniczne
a. Wsparcie projektowe RF: ich inżynierowie pomagają zoptymalizować dopasowanie impedancji i osłony, oszczędzając 4-6 tygodni na przeprojektowaniu.
b. zaawansowane badania: wewnętrzne testy TDR, IL/RL i cyklu termicznego sprawdzają wydajność RF przed wysyłką.

4.3 Udowodnione wyniki
a.5G stacje bazowe: PCB z utratą < 0,7 dB/in przy 10 GHz ◄ używane przez największe firmy telekomunikacyjne.
b.Satelita RF: PCB, które przetrwają ponad 1000 cykli termicznych (-40 °C-125 °C) bez pogorszenia wydajności.

Częste pytania
1Jaka jest różnica między PCB o wysokiej częstotliwości a PCB o wysokiej prędkości?
PCB o wysokiej częstotliwości obsługują sygnały RF (300 MHz ∼300 GHz) i koncentrują się na niskich stratach/Df. PCB o wysokiej prędkości obsługują sygnały cyfrowe (np. PCIe 6.0) i koncentrują się na integralności sygnału (przekręt, drżenie).

2Czy mogę użyć standardowego FR4 do zastosowań RF?
No √ FR4 ma wysoki Df (0,01 √ 0,02) i utratę sygnału (> 1,5 dB / in przy 10 GHz), co czyni go nieodpowiednim do RF. Zamiast tego użyj materiałów Rogers lub Megtron.

3Ile kosztuje wysokiej częstotliwości PCB RF?
PCB oparte na Rogersie kosztują 2 ¢ 3 razy więcej niż FR4, ale inwestycja się opłaca: mniejsza strata sygnału zmniejsza awarie pola o 70%.

4Jaka jest maksymalna częstotliwość, którą może obsłużyć PCB o wysokiej częstotliwości?
Dzięki podłożom teflonowym i geometrii linii, PCB mogą obsługiwać częstotliwości do 300 GHz (mmWave) wykorzystywane w komunikacji satelitarnej i 6G R&D.

5Ile czasu zajmuje wytwarzanie PCB?
LT CIRCUIT dostarcza prototypy w ciągu 5-7 dni, a masową produkcję w ciągu 2-3 tygodni, szybciej niż średnia branżowa (10-14 dni dla prototypów).

Wniosek: PCB o wysokiej częstotliwości to przyszłość RF
Wraz z rozwojem sieci 5G, rozwojem Internetu Rzeczy, a systemy radarowe stają się coraz bardziej zaawansowane, PCB o wysokiej częstotliwości będą miały coraz większe znaczenie.dopasowanie impedancji głównego, i inwestować w precyzyjną produkcję.

Przecinanie narożników - użycie FR4 zamiast Rogers, pominięcie osłony lub ignorowanie impedancji - doprowadzi do utraty sygnału, EMI i kosztownych awarii pola.Ale z odpowiednim podejściem (i partnerami jak LT CIRCUIT), można budować PCB RF, które dostarczają szybkich, niezawodnych sygnałów nawet dla najbardziej wymagających zastosowań.

Przyszłość komunikacji bezprzewodowej zależy od PCB o wysokiej częstotliwości.Będziesz wyprzedzać kurwę dostarczając produkty, które napędzają następną generację technologii RF.