Mewn -meysydd electronig amledd uchel megis cyfathrebu 5G, llywio â lloeren, a systemau radar, mae amlder trawsyrru signal fel arfer yn cyrraedd lefel GHz neu hyd yn oed yn uwch. Ar y pwynt hwn, nid yw byrddau pcb cyffredin bellach yn gallu bodloni gofynion cywirdeb signal, ac mae byrddau pcb amledd uchel wedi dod yn ddewis anochel oherwydd eu nodweddion deunydd unigryw a dyluniad prosesau. Y gwahaniaeth craidd rhwngbwrdd pcb amledd uchela bwrdd cyffredin:
1, Gwahaniaeth craidd: Datblygiad aflonyddgar mewn deunyddiau a pherfformiad
(1) Y gwahaniaeth hanfodol mewn nodweddion swbstrad
Bwrdd pcb cyffredin: gan gymryd FR-4 fel enghraifft
Cyfansoddiad deunydd: Gan ddefnyddio brethyn ffibr gwydr wedi'i drwytho â resin epocsi fel y swbstrad, mae'r gost yn isel ac mae'r broses yn aeddfed, ond mae'r cysonyn dielectrig yn uchel (Dk=4.2-4.8 fel arfer) ac mae'r golled dielectrig yn fawr (Df=0.02-0.03).
Cyfyngiadau amledd uchel: Pan fydd amledd y signal yn fwy na 1GHz, mae'r golled dielectrig yn cynyddu'n sylweddol, mae'r gwanhad signal yn ddifrifol, ac mae'r cysonyn dielectrig yn amrywio'n sylweddol gydag amlder, gan wneud rheoli rhwystriant yn anodd.
Bwrdd pcb amledd uchel: gan gymryd PTFE a deunyddiau cyfansawdd wedi'u llenwi â serameg fel enghreifftiau
Arloesedd Deunydd:
Taflen PTFE: fel cyfres Rogers RT/duroid, gyda Dk mor isel â 2.2-3.5, Df<0.001, Excellent frequency stability, suitable for ultra-high frequency scenarios above 10GHz.
Mae deunyddiau cyfansawdd wedi'u llenwi â serameg, megis IsolaFR408HR, yn lleihau Dk (Dk=3.0-3.8) ac yn gwella dargludedd thermol trwy lenwi powdr ceramig, gan gydbwyso perfformiad amledd uchel a chostau prosesu.
Manteision allweddol: Mae cyson dielectrig isel yn lleihau oedi wrth drosglwyddo signal, mae colled isel yn lleihau'r gwanhad ynni, ac mae Dk/Df yn newid o lai na 5% gydag amlder, gan sicrhau cysondeb cam o signalau amledd uchel.
(2) Gofynion arbennig ar gyfer gosodiad strwythurol
Cynllun pentyrru pcb cyffredin
Mae'r haen signal wedi'i gwahanu'n syml gan yr haen bŵer / haen ddaearegol, a chaniateir i'r goddefgarwch trwch dielectrig rhyng-haen fod yn ± 10%. Mae cywirdeb rheoli rhwystriant fel arfer yn ± 10%.
Cynllun pentyrru pcb amledd uchel
Rheolaeth rhwystriant llym: gan ddefnyddio strwythurau llinellau trawsyrru penodol megis llinellau microstrip, llinellau stribed, tonnau coplanar, ac ati, mae angen rheoli'r goddefgarwch trwch dielectrig o fewn ± 5%, a'r gofyniad cywirdeb rhwystriant yw ± 5% neu hyd yn oed ± 3%. Er enghraifft, mae angen i'r cyfrifiad lled llinell o linell microstrip 50 Ω fod yn gywir i'r lefel μ m, wrth ystyried dylanwad garwedd ffoil copr ar rwystr (pan fydd y garwedd Ra Llai na neu'n hafal i 0.5 μ m, gellir lleihau gwyriad rhwystriant 2% -3%).
Optimeiddio cysgodi electromagnetig: Mae signalau amledd uchel yn agored i ymyrraeth electromagnetig, a defnyddir gosodiadau haen cysgodi sgrin lawn neu strwythurau cynhwysydd / anwythydd mewnosodedig yn aml. Sailio trwy araeau (bylchiad Llai na neu'n hafal i 1mm) yn cael eu hychwanegu rhwng haenau i leihau crosstalk.
(3) Mae manylder technoleg prosesu wedi codi i'r entrychion
Technoleg prosesu pcb arferol
Cywirdeb drilio ± 50 μ m, goddefgarwch lled llinell ysgythru ± 10%, triniaeth wyneb yn bennaf gan ddefnyddio HASL, garwedd Ra=1-3 μ m.
Technoleg prosesu pcb amledd uchel
Drilio: Defnyddir drilio laser (agorfa Llai na neu'n hafal i 0.1mm) neu beiriant drilio CNC (cywirdeb ± 10 μ m) i osgoi delamination swbstrad a achosir gan ddrilio mecanyddol.
Ysgythru: Gan ddefnyddio cyfuniad o electroplatio pwls a phrosesau ysgythru cemegol, rheolir goddefgarwch lled y llinell o fewn ± 5%, ac mae garwedd ymyl gwifren Ra yn Llai na neu'n hafal i 0.4 μ m i leihau gwasgariad signal.
Triniaeth arwyneb: ENIG (trwch haen aur 0.05-0.1 μ m) neu blatio arian cemegol yn cael ei ffafrio, gyda gwastadrwydd Ra Llai na neu'n hafal i 0.2 μ m, i leihau ymwrthedd cyswllt a cholledion effaith croen.
2, Ystyriaethau craidd ar gyfer cynhyrchu bwrdd pcb amledd uchel
(1) Dewis deunydd: o "defnyddiadwy" i "addasiad manwl gywir"
Paru ystod amledd
Senario 1-10GHz: FR-4 wedi'i lenwi â serameg opsiynol (fel Nelco 4000-13SI) neu ddalen resin epocsi wedi'i addasu (Dk=3.5-4.0, Df<0.01).
Senario 10GHz: Rhaid defnyddio deunyddiau cyfansawdd PTFE neu seramig (fel Taconic TLY-5, Dk=2.2, Df=0.0009).
Ystyriaethau rheoli thermol
Mae dyfeisiau amledd uchel yn cynhyrchu llawer iawn o wres, felly mae angen dewis bwrdd â dargludedd thermol o Fwy na neu'n hafal i 0.5W / (m · K) (fel Rogers 4350B, gyda dargludedd thermol o 0.7W / (m · K)) a dylunio strwythur sinc gwres wedi'i fewnosod.
(2) Rheoli prosesau: mynd ar drywydd uwch o drachywiredd lefel micrometer
Proses lamineiddio
Gan ddefnyddio peiriant lamineiddio gwactod, mae'r unffurfiaeth pwysau yn Llai na neu'n hafal i ± 2%, ac mae'r amrywiad tymheredd yn Llai na neu'n hafal i ± 1 gradd er mwyn osgoi gwyriad rhwystriant a achosir gan drwch anwastad yr haen ganolig. Er enghraifft, os yw goddefgarwch trwch haen dielectrig 0.1mm o drwch yn fwy na ± 5 μ m, bydd y gwall rhwystriant yn fwy na ± 4%.
Trosglwyddo Patrwm
Gan ddefnyddio technoleg ysgrifennu uniongyrchol laser yn lle lluniadu optegol traddodiadol, gall cywirdeb lled y llinell gyrraedd ± 3 μ m, sy'n addas ar gyfer cynhyrchu llinellau ultrafine o dan 50 μ m. Yn ystod amlygiad, mae angen rheoli tonfedd y ffynhonnell golau (365nm golau uwchfioled) a dwysedd ynni (120-150mJ / cm ²) i atal datblygiad gormodol neu annigonol.
Monitro rhwystriant amser real
Ar ôl cwblhau pob haen o wneuthuriad cylched, defnyddiwch TDR i fesur rhwystriant ar-lein ac addasu paramedrau prosesau dilynol trwy gymharu'r gwerthoedd dylunio. Er enghraifft, os yw'r rhwystriant mesuredig 8% yn uwch na'r gwerth targed, gellir gwneud iawndal trwy gynyddu trwch y ffoil copr cyn ysgythru neu ddirwy{-tiwnio lled y llinell.
(3) Atal a Rheoli Diffygion: 'Anafiadau Angheuol' mewn Senarios Amlder Uchel
Swigod haen ganolig
Cyn lamineiddio, sychwch y swbstrad a'r ddalen wedi'i halltu'n rhannol dan wactod (120 gradd /2 awr) gyda chynnwys lleithder wedi'i reoli o dan 0.1% er mwyn osgoi gollyngiadau signal a achosir gan gynhyrchu swigod yn ystod gwasgu tymheredd uchel.
Garwedd ffoil copr
Rhaid i gylchedau amledd uchel ddefnyddio RTF neu HVLP, gyda garwedd Ra Llai na neu'n hafal i 0.3 μ m. Bydd ffoil copr electrolytig arferol (Ra=1.0-1.5 μ m) yn cynyddu colled signal 10GHz o fwy na 30%.
Paramedrau parasitig trwy dyllau
Mae amledd uchel trwy dyllau yn gofyn am ddefnyddio technoleg drilio cefn i gael gwared ar "Stub" (hyd pentwr gweddilliol Llai na neu'n hafal i 0.5mm), a rheoli rhwystriant y twll trwodd i gyd-fynd â rhwystriant y llinell drosglwyddo (gwyriad Llai na neu'n hafal i 5%). Bydd heb ei drin trwy dyllau yn cynhyrchu colled dychwelyd o tua -20dB ar 10GHz.
(4) Canfod a dilysu: treiddiad perfformiad aml-ddimensiwn
Profi cywirdeb signal
Defnyddio dadansoddwr rhwydwaith fector i fesur paramedrau S (S11 Llai na neu'n hafal i -20dB, S21 Mwy na neu'n hafal i -3dB @ amledd targed) a gwerthuso colled dychwelyd a cholled mewnosod.
Profi dibynadwyedd thermol
Cynhaliwch brawf sodro reflow ar 260 gradd / 10 eiliad i weld a oes dadlaminiad yn y bwrdd (trwy ganfod yr arwyneb bondio interlayer trwy ficrosgop tafell), a phrofwch y newid mewn cysonyn dielectrig ar dymheredd uchel (Δ Dk Llai na neu'n hafal i 3%).
Gwiriad heneiddio tymor hir
Rhowch y sampl mewn amgylchedd o 85 gradd /85% RH am 500 awr i brofi'r gwrthiant inswleiddio (Yn fwy na neu'n hafal i 10 ^ 9 Ω) a newidiadau mewn colled deuelectrig (Δ Df Llai na neu'n hafal i 5%), gan sicrhau sefydlogrwydd hirdymor perfformiad amledd uchel.
3, Achos nodweddiadol: Arfer dylunio amledd uchel o fwrdd RF gorsaf sylfaen 5G
Yn nyluniad bwrdd RF gorsaf sylfaen 5G AAU (uned antena gweithredol), defnyddir bwrdd Rogers6010LM (Dk=10.2, Df=0.0023) i wneud arae antena microstrip. Cyflawni datblygiadau arloesol mewn-perfformiad amledd uchel drwy'r mesurau canlynol:
Dyluniad wedi'i bentyrru: strwythur 3 haen (haen signal / haen ddaear / haen signal), trwch dielectrig 0.254mm, rheolaeth rhwystriant 50 Ω± 3%.
Arloesedd proses: Gan ddefnyddio drilio laser CO ₂ (agorfa 0.15mm) a thriniaeth arwyneb platio arian cemegol (garwedd Ra=0.15 μ m), mae'r golled mewnosod yn y band amledd 18GHz yn cael ei leihau i 0.8dB/modfedd.
Gwirio prawf: Mae'r golled dychwelyd yn y band amledd 18-22GHz a fesurir gan VNA yn llai na -25dB, gan fodloni gofynion llym y safon 5GNR ar gyfer cysylltiadau RF.