در دنیای الکترونیک فرکانس بالا (HF) - جایی که 5G، رادار خودرو (77 گیگاهرتز) و مراکز داده با سرعت بالا کار می کنند - PCB دیگر فقط یک حامل مکانیکی نیست. این یک جزء حیاتی از خود مدار است. در فرکانس های بالاتر از 1 گیگاهرتز، القای انگلی، ظرفیت خازنی و تلفات دی الکتریک به عوامل غالب تبدیل می شوند که می توانند باعث شوند یک نمونه اولیه در تست EMC شکست بخورد یا از نرخ خطای بیت (BER) غیرقابل قبول رنج ببرد.
به عنوان یک مهندس ارشد کاربردی میدانی در DUXPCB، من اغلب طرح هایی را می بینم که در CAD عالی به نظر می رسند اما در میدان شکست می خورند. در زیر مهمترین خطاهای طراحی فرکانس بالا و استراتژی های مهندسی برای جلوگیری از آنها آورده شده است.
1. انتخاب زیرلایه: "تله FR-4"
رایج ترین خطا استفاده از FR-4 استاندارد برای برنامه هایی است که از 2-3 گیگاهرتز فراتر می روند. در حالی که مقرون به صرفه است، FR-4 دارای ضریب تلفات (Df) بالایی است که منجر به تضعیف سیگنال بیش از حد (تلفات درج) می شود. علاوه بر این، ثابت دی الکتریک (Dk) آن در فرکانس یا دما پایدار نیست.
مقایسه فنی: مواد HF در مقابل FR-4 استاندارد
| ویژگی |
High-Tg FR-4 |
Rogers RO4350B |
Rogers RO3003 (PTFE) |
| ثابت دی الکتریک (Dk) |
4.2 - 4.6 |
3.48 ± 0.05 |
3.00 ± 0.04 |
| ضریب تلفات (Df) |
0.015 - 0.020 |
0.0037 |
0.0010 |
| هدایت حرارتی |
0.3 W/m/K |
0.62 W/m/K |
0.50 W/m/K |
| جذب رطوبت |
0.15% |
0.06% |
0.04% |
| بهترین محدوده فرکانس |
< 1 گیگاهرتز |
1 - 20 گیگاهرتز |
تا 77+ گیگاهرتز |
نکته حرفه ای: برای طرح های حساس به هزینه، یک Stackup هیبریدی را در نظر بگیرید. از Rogers برای لایه های سیگنال بیرونی و FR-4 برای لایه های قدرت/زمین داخلی استفاده کنید. این عملکرد HF را در جایی که مهم است فراهم می کند و در عین حال استحکام ساختاری و هزینه های کمتری را حفظ می کند.
2. نادیده گرفتن "اثر بافت شیشه"
لمینیت های PCB استاندارد از یک پارچه فایبرگلاس بافته شده استفاده می کنند. از آنجایی که Dk شیشه (~6.0) با رزین (~3.0) تفاوت قابل توجهی دارد، یک ردیابی سیگنال که روی یک "بسته" از شیشه اجرا می شود، امپدانس متفاوتی را نسبت به یک ردیابی که روی یک "خلاء" (رزین) اجرا می شود، می بیند. این باعث انحراف در جفت های دیفرانسیل می شود.
• رفع: "شیشه پخش شده" (به عنوان مثال، سبک های 1080 یا 1067) را مشخص کنید یا طرح خود را 10-15 درجه نسبت به لبه برد بچرخانید تا اطمینان حاصل شود که ردیابی ها میانگین تغییرات Dk را دارند.
3. کنترل امپدانس و صفحات مرجع نامناسب
طراحان اغلب از IPC-2141A برای محاسبات امپدانس استفاده می کنند اما در نظر نمی گیرند که تلرانس های تولیدی.
• خطا: مسیریابی سیگنال ها بر روی صفحات زمین تقسیم شده. این یک حلقه مسیر بازگشت عظیم ایجاد می کند که منجر به افزایش EMI و ناپیوستگی امپدانس می شود.
• رفع: اطمینان از یک صفحه مرجع جامد و پیوسته. اگر یک سیگنال باید از یک تقسیم عبور کند، از خازن های دوخت (برای سیگنال های AC) یا vias دوخت در نزدیکی استفاده کنید تا یک مسیر بازگشت با امپدانس کم فراهم شود.
4. تلفات "پنهان": سطح نهایی و اثر پوستی
در فرکانس های بالا، جریان فقط روی "پوست" بیرونی مس حرکت می کند. سطح نهایی به بخشی از مسیر رسانا تبدیل می شود.
• ENIG در مقابل نقره غوطه وری: نیکل بدون الکترولیت طلا (ENIG) محبوب است، اما لایه نیکل مغناطیسی است و رسانایی کمتری دارد که می تواند تلفات درج را تا 0.5dB/inch در 10GHz افزایش دهد.
• انتخاب مهندسی: برای خطوط RF و 10GHz+ دیجیتال، نقره غوطه وری یا OSP برای تلفات کمتر ترجیح داده می شود. اگر دوام مورد نیاز است، ENEPIG (نیکل بدون الکترولیت پالادیوم بدون الکترولیت طلا) را در نظر بگیرید تا خطر "پد سیاه" را کاهش دهید و در عین حال SI بهتری نسبت به ENIG استاندارد داشته باشید.
5. Via Stubs: تشدید کننده ناخواسته
در بردهای چند لایه، یک via که از لایه 1 به لایه 2 می رود، یک "stub" (مس باقی مانده تا لایه پایین) باقی می گذارد. در فرکانس های بالا، این stub به عنوان یک تشدید کننده ربع موج عمل می کند و به طور بالقوه سیگنال را از ردیابی در فرکانس های خاص "مکیده" می کند.
• راه حل: حفاری پشتی. در DUXPCB، ما از حفاری با کنترل عمق دقیق برای حذف این stub ها استفاده می کنیم و پهنای باند قابل استفاده از اتصالات متقابل شما را افزایش می دهیم.
بینش های مهندسی DUXPCB: DFM برای فرکانس بالا
هنگامی که با DUXPCB شریک می شوید، ما یک بررسی دقیق طراحی برای تولید (DFM) را که برای بردهای HF طراحی شده است، اعمال می کنیم:
- تلرانس های اچینگ تنگ: ما تلرانس عرض ردیابی ±0.5 میل را حفظ می کنیم تا اطمینان حاصل شود که امپدانس در ±5٪ از هدف شما باقی می ماند.
- دقت ثبت نام: تصویربرداری مستقیم لیزری (LDI) ما ثبت لایه به لایه زیر 25 میکرومتر را تضمین می کند که برای طراحی های متراکم via-in-pad و micro-via بسیار مهم است.
- کنترل زبری مس: ما مس با مشخصات کم (VLP) را برای به حداقل رساندن تلفات اثر پوستی ارائه می دهیم.
فهرست خلاصه برای موفقیت HF:
- از قانون فاصله 3W برای به حداقل رساندن تداخل استفاده کنید.
- از خمیدگی 90 درجه خودداری کنید. از میترهای 45 درجه یا قوس های دایره ای استفاده کنید.
- Via Stitching را هر λ/10 تا λ/20 پیاده سازی کنید تا تشدید حفره را سرکوب کنید.
- IPC-6012 Class 3 را برای برنامه های کاربردی با قابلیت اطمینان بالا و ماموریت های حیاتی مشخص کنید.
آیا به یک بررسی فنی از stackup HF خود نیاز دارید؟ با تیم مهندسی ما در DUXPCB تماس بگیرید. ما تست TDR (Time Domain Reflectometry) و تأیید VNA (Vector Network Analyzer) را ارائه می دهیم تا اطمینان حاصل شود که طرح شما دقیقاً همانطور که شبیه سازی شده است، عمل می کند.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
