RF дизайн печатной платы

Для успешного процесса производства радиочастотных (РЧ) печатных плат вы должны придерживаться строгих процедур проектирования, изготовления и сборки.

Это единственный способ избежать возможных перекрестных помех, сохранить целостность сигнала, предотвратить возможный отказ компонентов и многое другое.

Сегодняшнее руководство охватывает все основные и дополнительные аспекты проектирования и изготовления высокочастотных печатных плат.

Давайте начнем.

Основы проектирования радиочастотных печатных плат

ВЧ печатная плата

Что такое радиочастотная печатная плата?

Обычно мы можем определить RF PCB как печатные платы, предназначенные для работы на средних и очень высоких частотах.

Таким образом, любая высокочастотная печатная плата, работающая на частоте выше 100 МГц, попадает в категорию радиочастота Печатные платы.

Однако, когда речь идет о радиочастотных печатных платах, фактический частотный диапазон обычно составляет от 300 МГц и выше.

Печатные платы RF, работающие на частоте выше 2 ГГц, известны как микроволновые печатные платы.

Проектирование печатных плат для радиочастотных приложений

Есть несколько приложений, которые зависят от конструкции RF PCB.

Вы можете объяснить это уникальными возможностями, которыми обладают RF PCB. Вот некоторые из этих приложений.

я. Системы безопасности

Радиочастотные печатные платы широко используются в системах и устройствах безопасности.

система радиочастотной безопасности

Эти устройства обычно зависят от РЧ печатных плат для эффективного функционирования и устойчивости к колебаниям температурных условий и условий окружающей среды.

Это помогает гарантировать, что безопасность не будет нарушена независимо от условий окружающей среды или температуры.

В таких устройствах, как сканеры всего тела, сканеры обратного рассеяния и металлодетекторы, используются печатные платы RF.

ii.Индустрия связи

Радиочастотные печатные платы также способны поддерживать широкополосную передачу систем данных. Это делает их фаворитами в индустрии связи.

Радиочастотные печатные платы также используются в производстве пультов дистанционного управления, которые помогают в беспроводной связи.

Спутники связи также изготавливаются с использованием радиочастотных печатных плат. Обычно они используются для передачи информации в термически и экологически неблагоприятных условиях.

С RF PCB есть гарантия, что такие колебания не повлияют на производительность.

Еще одна распространенная область применения ВЧ-печатных плат в этой отрасли — производство смартфонов.

 iii.Бытовая электроника

Радиочастотные печатные платы также пригодятся в производстве бытовой электроники. В основном это связано с их тепловыми и электрическими характеристиками.

Опять же, RF PCB, как правило, сравнительно дешевле и, следовательно, доступны большинству потребителей.

Такие устройства, как смартфоны, смарт-часы, микроволновые печи и радиоприемники, изготавливаются с использованием печатных плат RF.

микроволновая печь

IV. Военные приложения

Военные приложения часто подвержены изменчивым погодным и тепловым условиям. Таким образом, RF PCB широко используются в их производстве.

Это предпочтение основано на его способности выдерживать температурные и экологические колебания.

Военная техника связи

Такие военные приложения включают спутники, радиотелефоны, сканеры безопасности, военные самолеты и транспортные средства.

v. Медицинские приложения

Радиочастотные печатные платы уже давно используются в медицинской промышленности. Обычно медицинские устройства, такие как рентгеновские аппараты и медицинские сканеры, изготавливаются с использованием радиочастотных печатных плат.

То же самое можно сказать и о медицинских имплантатах, таких как кардиостимуляторы.

Рентген аппарат

vi. Автомобильная промышленность

Автомобили нуждаются в улучшении электрических характеристик. Автомобильная промышленность также регулируется, чтобы обеспечить ее соответствие установленным производственным стандартам.

RF PCB делает эти установленные стандарты достижимыми.

Полностью автоматический завод по сборке автомобилей

vii. Промышленное применение

В промышленности обычно существует желание производить эффективные и надежные продукты.

Это означает, что требования к продуктам, которые могут выдерживать как температурные, так и экологические колебания, высоки.

ВЧ печатные платы эффективно отвечают этим условиям.

РЧ-детектор

Короче говоря, все эти электрические электронные гаджеты используют схемы РЧ-печатных плат для передачи сигналов.

Преимущества ВЧ печатных плат

То, что в конструкции этих печатных плат используются высокочастотные материалы, дает им несколько преимуществ для приложений МГц и ГГц.

Именно из-за следующих преимуществ RF PCB идеально подходят для таких приложений, как военные радары, телекоммуникации и компьютерные сети.

ВЧ печатная плата

• Стабильная структура печатной платы — они имеют структуру печатной платы, обеспечивающую превосходную стабильность даже в условиях высоких температур. Они могут работать на частоте до 40 ГГц при работе с аналоговыми приложениями.
• Малый тангенс угла потерь. Из-за низкого тангенса угла потерь и стабильной диэлектрической проницаемости (Er) высокочастотные сигналы могут проходить через печатную плату с минимальным импедансом и с высокой скоростью.
• Низкие затраты на сборку. Благодаря возможности создания многослойной стопки плит материалы легко комбинируются в одну стопку. Это приводит к созданию меньших по размеру и менее дорогих печатных плат с оптимальными характеристиками.
• Эти печатные платы, несколько плат могут быть легко выровнены в сложной компоновке.
• Монтаж компонентов с мелким шагом на плату также прост.

Проблемы проектирования радиочастотных печатных плат

При проектировании ВЧ печатных плат распространены следующие проблемы, требующие большой профилактической работы в процессе проектирования.

• Чувствительность к шумовым радиочастотным помехам ПХД подвержены звону и отражениям. Поэтому вам нужно относиться к ним с особой осторожностью.
• Известно, что высокочастотные печатные платы с согласованием импеданса имеют минимальный допуск, что требует контроля импеданса. Это особенно необходимо для больших длин трасс.
• Возвратные сигналы потери-возврата могут быть большой проблемой, особенно для высоких микроволновых частот. Очень важно иметь хороший дизайн печатной платы, учитывающий это.
• Это делается для того, чтобы обратный сигнал не проходил через плоскости питания или многоуровневые схемы. Если это произойдет, управление импедансом будет затруднено.
• Перекрестные помехи-Перекрёстные помехи — ещё одна распространённая проблема для ВЧ печатных плат. Эта проблема обычно усугубляется, когда плотность платы выше.

Рекомендации по компоновке ВЧ печатных плат

RF дизайн печатной платы

Линии радиопередачи

Линии передачи импеданса полезны для передачи мощности на выводы микросхемы и от них.

Здесь мы рассмотрим различные типы, включая микрополосковые, подвесные полосковые линии и заземленные линии.

1.Микрополоска

Микрополосковые линии передачи имеют металлическую трассу фиксированной ширины и сплошную заземляющую пластину, расположенную на следующем слое.

Характеристическое сопротивление будет зависеть от типа и толщины диэлектрического слоя. Обычно он колеблется между 50 и 75.

2. Подвесная полосковая линия

Он состоит из внутреннего слоя и трассировки фиксированной ширины. Он имеет прочное заземление над центральным проводником и под ним, обычно в середине плоскостей заземления или на смещении.

3. Копланарный волновод (заземленный)

При проектировании ВЧ печатная плата, копланарный волновод помогает лучше изолировать радиочастотные линии от других сигнальных линий.

Он имеет центральный проводник и заземляющие пластины с одной стороны. Кроме того, он должен иметь сквозные заборы с обеих сторон.

Характеристика импеданса

Существуют разные способы расчета и точной установки ширины линии сигнального проводника для цели. импеданс.

Только обратите внимание, что диэлектрическая проницаемость внешних слоев ламината обычно ниже из-за меньшего содержания стекла.

Поэтому вы должны быть осторожны при вводе диэлектрической проницаемости слоев для достижения оптимального баланса.

Углы и изгибы

Углы и изгибы линий электропередачи никогда не должны быть под прямым углом. Все угловые линии передачи должны иметь закругленные края.

Линии передачи с острыми (прямыми углами) углами подвержены более высоким потерям.

Радиус изгиба закругленных краев должен быть не менее чем в 3 раза больше ширины центрального проводника. Это помогает обеспечить постоянство импеданса при протекании тока через изгиб.

В случаях, когда по какой-либо причине вы не можете построить кривую, вы можете использовать угловой измеритель, чтобы уменьшить колебания импеданса.

Изменения уровня для линий передачи

Чтобы уменьшить индуктивную нагрузку, используйте как минимум два сквозных отверстия для каждого перехода линии передачи между двумя слоями.

Используйте самый большой диаметр переходного отверстия, совместимый с шириной линии передачи.

Вы также можете использовать три ВЬЯС если вы не можете использовать переходные отверстия самого большого диаметра из-за нехватки места.

Изоляция сигнальной линии

Держите линии передачи как можно дальше друг от друга. Никогда не прокладывайте их близко друг к другу на большие расстояния, так как это также может увеличить сцепление.

Убедитесь, что есть заземляющий слой, чтобы разделить любые линии, которые пересекаются на отдельных слоях. Держите сигнальные линии высокой мощности подальше от всех других линий.

Наземные плоскости

Используйте непрерывную заземляющую пластину для слоя 2. Полосковые линии и смещенные полосковые линии потребуют, чтобы у вас были заземляющие пластины над и под центральным проводником.

Не используйте эти плоскости для сигнальных или силовых цепей.

Если вам необходимо использовать частичные заземляющие плоскости, они должны быть ниже компонентов и линий передачи.

Никогда не ломайте заземляющие пластины и не размещайте их под линиями передачи.

Чтобы избежать обратных путей заземления, которые могут привести к увеличению паразитной индуктивности заземления, добавьте достаточное количество переходных отверстий заземления между слоями.

Это также поможет предотвратить перекрестную связь.

Выбор развязывающих или обходных конденсаторов

Любой конденсатор, работающий выше собственная частота (SRF) является индуктивным.

Поэтому они не могут быть эффективными в разъединении. SRF означает, что конденсаторы имеют ограниченный диапазон емкости.

Если вам нужна широкополосная развязка, используйте много конденсаторов с большей емкостью.

Соображения по компоновке обходных конденсаторов

Паразитная индуктивность на пути заземления переменного тока должна быть сведена к минимуму, поскольку линии питания должны быть заземлены по переменному току.

Паразитная индуктивность обычно возникает из-за выбора ориентации компонентов.

Заземление компонентов, подключенных к шунту

Примером таких компонентов является развязывающий конденсатор питания.

Для каждого из этих компонентов используйте более одного заземляющего перехода, чтобы уменьшить влияние паразитной индуктивности. Для набора компонентов, соединенных шунтом, можно использовать заземляющие островки.

Рекомендации по проектированию ВЧ печатных плат

С самого начала вы, должно быть, поняли, что печатные платы RF сильно отличаются от других типов печатных плат.

Они основаны на специальных материалах и особых соображениях, как указано ниже.

ВЧ печатная плата

1)Масштабирование

Поскольку печатные платы отверждаются во время термического ламинирования, внутренние слои значительно теряют в массе. Из-за этой ожидаемой потери крайне важно увеличить схему на определенный процент.

Это гарантирует, что когда слои теряют вес, они приобретают желаемые размеры.

Высокочастотные материалы, используемые в ВЧ печатных платах, обычно ведут себя по-разному. Это означает, что масштабирование очень сложно, потому что вам нужно будет понять конкретный материал.

Вычисление масштабного коэффициента для конкретного материала, который вы используете, является сложной задачей, которую вы должны решить.

В противном случае вы получите доски с плохой приводкой от сверла к площадке и от слоя к слою. Такие платы не будут работать правильно.

Однако со временем вы сможете определить согласованные масштабные коэффициенты для материалов, что упростит задачу.

2)Подготовка поверхности

Типы PTFE очень чувствительны к многослойной подготовке поверхности.

Очень агрессивная подготовка может деформировать материал, потому что он относительно мягче. Значительная деформация превратит печатную плату в лом.

Во время удаления заусенцев подложка может полироваться, что плохо влияет на адгезию. Это требует, чтобы вы всегда предвидели необходимость специального обращения.

3) Подготовка отверстия

Из-за различной природы материалов, используемых в RF PCB, вам потребуется использовать разные методы подготовки отверстий.

Таким образом, вы должны отрегулировать параметры сверлильного станка, чтобы гарантировать отсутствие смазывания поверхности.

Опять же, для обработки отверстий после бурения используются газы, отличные от обычных. Поэтому вы должны спланировать все необходимые шаги, чтобы гарантировать, что отверстия будут чистыми.

4) Коэффициенты теплового расширения

Если вы проектируете гибридную многослойную печатную плату, комбинируя высокочастотные материалы с FR4, вы должны правильно подобрать материалы.

Это связано с тем, что если характеристики материала не совпадают, скорость расширения слоев будет разной.

Вам также нужно будет подобрать материалы для заполнения отверстий, которые вы используете для закрытия переходных отверстий, с другими материалами в стеке.

Если вы опытный дизайнер и производитель, это не должно быть большой проблемой. Скорее всего, вам уже приходилось анализировать эти характеристики материала раньше.

5)обработка

Поведение материалов RF при воздействии на различные машины обычно отличается от ламинатов FR4.

Например, во время сверления материалы, пропитанные керамикой, могут сильно повредить сверло.

В таких случаях число оборотов в минуту и ​​подачу шпинделя следует настраивать в зависимости от конкретных характеристик материала. Это также поможет вам избежать волокон, которые обычно остаются внутри стенок отверстия.

Чтобы избежать плохого качества кромки, используйте специальные биты, разработанные для ламината RF. Если вы используете неправильный тип фрезера, инструмент, скорее всего, зацепится за волокна доски, придав ей пушистый край.

V-оценка также может повредить радиочастотный материал и не рекомендуется без крайней необходимости. Лезвие V-образной машины, скорее всего, будет отрывать медь от поверхности.

6)Материал печатной платы

Как мы уже видели в предыдущих разделах этого руководства, ВЧ печатные платы очень «разборчивы», когда речь идет о базовых материалах.

Такие материалы, как FR4, имеют очень низкое качество, когда речь идет о производстве ВЧ-печатных плат.

Опасность выбора неправильного материала заключается в том, что проблемы в основном возникают после производства, что приводит к огромным потерям.

Если вы нанимаете производителя печатных плат, вам, возможно, придется осмотреть образцы, если вы сомневаетесь в выборе материалов. В противном случае вы рискуете получить целую партию металлолома.

7) Выбор линии передачи

Выбор правильной линии передачи имеет решающее значение для производительности вашей ВЧ печатной платы.

Существует два основных варианта выбора линий передачи для ВЧ печатных плат: заземленные копланарные волноводы (GCPW) и микрополосковые.

Если ваш проект более компактный, GCPW даст лучшую производительность, потому что:

• Для них характерна сплошная плоскость заземления.
• Заземленные слои обеспечивают большую изоляцию линий передачи. Это сводит к минимуму потери и отражения.

Несмотря на эти сильные стороны, большинство дизайнеров предпочитают микрополоски, потому что большинство программ не поддерживает GCPW.

8)Размеры линий электропередачи

Размеры линий передачи обычно влияют на производительность PPCB. Все линии передачи и компоненты должны иметь полное сопротивление 50 Ом или очень близкое к этому значению.

Опять же, использование очень тонких линий передачи может привести к снижению производительности.

9) Через интервал и размещение

Расстояние между переходными отверстиями всегда должно быть подходящим, поскольку переходные отверстия необходимы для работы высокочастотной печатной платы. Именно переходные отверстия помогают уменьшить индуктивность заземления в ВЧ печатной плате.

Они также помогают в решении проблем, связанных с нежелательной связью.

10) Маршрутизация на слоях смещения и земли

При проектировании ВЧ печатных плат необходимо тщательно проверить путь обратного тока слоев смещения системы.

Слои сигнала между слоями смещения и заземления приводят к большим обратным путям. Это вызывает шумовую связь на сигнальных слоях.

Для хорошей разводки между слоями земли и смещением не должно быть сигнальной линии.

Программное обеспечение для проектирования радиочастотных печатных плат

Для инженера-конструктора ВЧ или СВЧ разработка хорошо функционирующей ВЧ печатной платы может оказаться сложной задачей. Чего вы не хотите, так это заканчивать долгий и утомительный процесс только для того, чтобы понять, что вам нужно начинать все сначала.

Ну, секрет в автоматизации, и вам нужно будет получить правильное программное обеспечение для работы. Ниже приведены некоторые из лучших инструментов, которые помогут вам в проектировании высокочастотных печатных плат.

 Программное обеспечение для проектирования печатных плат

· Продвинутая система дизайна

ADS в основном считается ведущим программным обеспечением для проектирования ВЧ-печатных плат. Он очень популярен благодаря простому интерфейсу и инновационным технологиям.

Из-за этих сильных сторон ADS используется большинством ведущих коммуникационных, сетевых, аэрокосмических и оборонных компаний для разработки радиочастотных печатных плат.

·Микроволновая печь в офисе

Это еще одно программное обеспечение для дизайна с очень интерактивным интерфейсом.

Он включает в себя интеграцию очень инновационных инструментов и технологий с инструментами компании-партнера (специфичными для конкретного приложения).

Результатом является превосходная система программного обеспечения, которая легко создает высокочастотные схемы. Это быстро становится будущим дизайна RF PCB.

·Altium

Altium считается одним из самых простых программ для проектирования печатных плат. Он объединяет инструменты проектирования и проектирования печатных плат в одном интерфейсе, что упрощает весь процесс.

Altium Designer обеспечивает плавный и последовательный процесс от разработки концепции до проектирования печатной платы.

Он направляет плавный процесс на всем протяжении 3D-моделирования, пока вы не получите окончательное производство.

Четкость и согласованность имеют решающее значение при проектировании радиочастот, чтобы избежать даже малейшей ошибки. Помните, что проектирование RF PCB требует точности, потому что любая простая ошибка приводит к огромным потерям.

Altium также поддерживает файлы gerber, такие как обзоры файлов печатных плат.

· Ансофт Дизайнер

Особенностью Ansoft Designer является то, что он позволяет иерархически и напрямую моделировать сложные распределенные сети. Это приводит к схеме, подобной (по функциональности) высокочастотной конструкции, что приводит к превосходным ВЧ печатным платам.

·орел

Eagle — очень популярное программное обеспечение для проектирования печатных плат, особенно для других распространенных типов печатных плат. Он имеет хорошо организованный набор инструментов, включая редактор схем, редактор компоновки и автотрассировщик.

Это обеспечивает высокоинтегрированный процесс проектирования печатных плат.

Список программного обеспечения для проектирования, которое вы можете использовать для проектирования ВЧ печатных плат, очень длинный. Помимо тех, которые мы обсуждали выше, есть и другие:

6. KiCad
7. Autocad
8. ИлиКарта
9. MATLAB
10. микро-крышка
11. калибр
12. HSpice
13. Микроволновка Мягкая
14. S-Редактировать
15. L-редактировать
16. HFSS
17. Каденция
18. Электронный верстак

Как видите, есть несколько вариантов программного обеспечения на выбор. Итак, как же выбрать, какой из них выбрать?

Хорошее программное обеспечение для проектирования печатных плат должно быть простым в использовании. Рассмотрите возможность использования широко используемого программного обеспечения, чтобы облегчить сотрудничество с другими игроками в отрасли.

Хотя некоторые опции программного обеспечения очень дороги, некоторые дешевы, а другие даже бесплатны, цена не должна быть основным фактором.

Для вас также важно убедиться, что программное обеспечение позволяет просматривать файлы после завершения проектирования. Для этого формат хранения должен позволять такие обзоры.

Файлы Gerber позволяют визуально просматривать ключевые аспекты проекта РЧ-платы, например, линии передачи.

Такие программы, как ViewMate, также позволяют просматривать файлы.

Материал печатной платы РФ

Материал печатной платы РФ

Есть ряд факторов, которые вы должны учитывать при выборе материала RF PCB. Они включают:

Важные характеристики

RF PCB сильно отличаются от других PCB. Это особенно заметно в специальных материалах, которые вам потребуются при изготовлении ВЧ-печатных плат.

Прежде чем мы рассмотрим эти материалы, давайте сначала сосредоточимся на некоторых критических характеристиках, которыми они должны обладать.

· Диэлектрическая проницаемость (Er)

Это относится к мере способности материала накапливать электрическую энергию в электрическом поле.

Ось материала влияет на диэлектрическая постоянная (Er), потому что Er зависит от направления.

Диапазон частот, при которых тестируется материал, обычно очень важен. Это, наряду с другими факторами при тестировании, всегда должно соответствовать параметрам целевого приложения.

· Коэффициент теплового расширения (КТР)

Проще говоря, КТР объясняет влияние изменения температуры на размер объекта. Поэтому КТР очень важен, когда плата подходит к стадиям сверления и сборки.

Это связано с тем, что точность очень важна при позиционировании отверстий и компонентов.

Небольшое изменение размера отдельного материала в стеке может привести к огромной ошибке выравнивания.

Такие материалы, как ПТФЭ, могут размазаться во время сверления, если нагреться слишком сильно.

Материал с плохим КТР может оказаться очень дорогим, поскольку он может сломаться на последних этапах производства, например, при пайке компонентов.

Производители предпочитают материалы с более низким коэффициентом теплового расширения, поскольку они способны выдерживать нагрев во время сверления и сборки.

· Тангенс угла потерь

Касательная потерь обычно сильно зависит от молекулярной структуры основного материала.

Хотя это не всегда проблема для низкочастотных печатных плат, тангенс угла потерь является важным фактором для ВЧ печатных плат.

Это связано с тем, что при увеличении частоты всегда происходит потеря сигнала.

Сложные многослойные печатные платы еще более чувствительны. Они выделяют дополнительное тепло во время работы, которое необходимо контролировать, чтобы избежать потери частоты.

· Влагопоглощение

Всегда учитывайте рабочую среду вашего предполагаемого устройства. Печатные платы для устройств, предназначенных для работы под водой или в среде с высокой влажностью, потребуют особых характеристик, чтобы противостоять последствиям.

· Стоимость и производительность

В то время как другие характеристики имеют решающее значение, всегда необходимо балансировать между производительностью и стоимостью.

Всегда старайтесь получить то, что доступно по цене, гарантируя, что материал соответствует вашим требованиям к Er, CTE и тангенсу угла потерь.

Распространенные материалы для радиочастотных печатных плат

Глядя на эти характеристики, какие материалы наиболее распространены для радиочастотных печатных плат?

В большинстве случаев материалы RF PCB получают путем сочетания PTFE, определенных форм стекла, углеводородов и керамики.

· ПТФЭ с тканым стеклом

Одна из комбинаций наилучшего качества обычно состоит из ПТФЭ с тканым стекловолокном или микростекловолокном.

Однако эта комбинация является более дорогостоящей и применима только в тех случаях, когда стремление к качеству намного перевешивает соображения стоимости.

Несмотря на отличные электрические свойства, он имеет высокий коэффициент теплового расширения, что является недостатком.

ПТФЭ с микростекловолокном или тканым стекловолокном обладает отличными электрическими свойствами, но имеет высокий КТР.

· ПТФЭ с керамическим наполнением

Комбинация ПТФЭ и керамики обходится относительно дешевле, но при этом имеет хорошее качество.

В первую очередь это связано с тем, что изготовление ВЧ-печатных плат из этого материала проще, чем из комбинации ПТФЭ и микростекла.

Этот вариант отличается хорошими электрическими характеристиками. Он также имеет низкий КТР, что означает, что он термически прочнее.

Этот материал обычно имеет более низкую скорость поглощения влаги по сравнению с добавлением тканого стекла, которое увеличивает поглощение влаги.

· Керамика с углеводородом

Еще один более простой в изготовлении вариант – керамический, наполненный углеводородом. Его преимущество в том, что он имеет очень низкий CTE.

Однако полученные печатные платы обычно характеризуются более слабыми электрическими характеристиками и менее надежными сигналами.

Печатные платы, изготовленные из керамики PTEF с углеводородом, демонстрируют лишь незначительное увеличение влагопоглощения. Это означает, что это лучший выбор, если вы стремитесь найти баланс между стоимостью и влагостойкостью.

Наиболее важные аспекты, которые вы должны учитывать при выборе одного из этих вариантов, включают цену и электрические характеристики.

Однако, если на этапе сборки будут возникать напряжения при пайке, то термическая устойчивость имеет решающее значение.

Это также имеет большое значение, если устройство предназначено для работы в таких средах, как аэрокосмическая промышленность, которые очень требовательны.

·FR4

Это очень распространенный материал, но в равной степени спорный, когда речь идет о производстве ВЧ-печатных плат.

В большинстве случаев он считается абсолютно непригодным для радиочастотных печатных плат, хотя некоторые производители считают, что ему следует дать шанс.

Когда это единственный доступный и доступный вариант, его можно рассмотреть. Тем не менее, вы должны ожидать, что он может работать только с ВЧ-печатными платами, предназначенными для очень низкочастотных приложений.

Хотя FR4 очень дешев по сравнению с другими материалами для радиочастотных печатных плат, вероятность того, что он обеспечит хорошие характеристики, меньше.

Его тангенс угла потерь, очевидно, будет проблемой, что сделает его непригодным для приложений с высокой мощностью.

Поиск компонентов для проектирования ВЧ печатных плат

Первый шаг в RF PCB компонентный источник является подготовка ведомость материалов (спецификация). Это подробный список всех компонентов, которые вам потребуются при изготовлении вашей ВЧ печатной платы.

ХОРОШЕЕ

Включите в список номера деталей и информацию о производителе каждой детали. Это даст вам четкое представление о ходе всего процесса.

Обычно вы не в состоянии изготовить все эти компоненты самостоятельно. В результате вам придется заказывать их у производителей.

Производители зависят от вашей спецификации, чтобы получить вам компоненты, которые вам нужны для вашей RF PCB.

Компонент sourcing

· Соображения по выбору компонентов RF PCB Sourcing

При аутсорсинге от производителя есть ряд факторов, которые вам придется учитывать.

• Сначала оцените услуги, предлагаемые производителем.
• Вы также должны оценить опыт производителя. В большинстве случаев наличие квалифицированного персонала является показателем профессионализма. Это гарантирует вам безупречные компоненты.
• Возможно, вам также придется обратить внимание на опыт производителя в изготовлении ВЧ печатных плат. С таким производителем у вас будет меньше проблем при аутсорсинге.
• Еще одним важным фактором, на который следует обратить внимание, является сертификация уполномоченными органами. Сертификация подразумевает соответствие установленным стандартам. Таким образом, вы должным образом уверены в качестве компонентов, которые покупаете.
• Хороший производитель или поставщик компонентов также должен быть в состоянии предоставить вам соответствующее предложение на необходимые материалы. Производитель будет руководствоваться представленной спецификацией материалов.
• Отгрузка. Обычно компоненты хрупкие и требуют специальной транспортировки. Производители, которые упаковывают и отправляют компоненты, вероятно, будут учитывать безопасность компонентов.
• Гарантия также является важным фактором.

Когда все эти факторы окажутся положительными, вы можете быть уверены, что полученные компоненты удовлетворят ваши потребности.

· Меры предосторожности при поиске ВЧ-компонентов для печатных плат

Существует также целый ряд мер предосторожности, которые вы должны принять при выборе производителя для получения компонентов.

• В первую очередь следует избегать поспешных решений при выборе производителя. Поспешное решение, скорее всего, затруднит ваш анализ преимуществ и недостатков из списка производителей.
• Вы слишком сильно рискуете, если не сможете четко обозначить цель проекта. При поиске компонентов РЧ печатной платы должно быть ясно, что вы собираетесь делать из печатной платы.

Если этого не сделать, то производитель, скорее всего, исключит какие-то компоненты или добавит неактуальные. В конечном итоге это приведет к ошибкам в конечном приложении, если будут использоваться неправильные компоненты.

• При аутсорсинге также важно, чтобы вы доверяли производство производителю. Это означает предоставление им свободы быть достаточно инновационными при получении компонентов. Таким образом, когда нет доверия, нет необходимости продолжать работу с конкретным производителем.
• Неразумно искать лучшую сделку. Качество обычно имеет свою цену.

Когда цены слишком низкие, предполагается, что качество компонентов будет скомпрометировано. Это также повлияет на общую производительность RF PCB.

• Проведите исследование и убедитесь, что у вас есть приблизительное представление о рыночных ценах компонентов.
• По возможности избегайте аутсорсинга за границей. Обычно затраты, как правило, выше, если вы покупаете компоненты за границей. Транспортировка иногда приводит к разрушению компонентов, что приводит к плохой работе ВЧ-платы.

 Классификация конструкций радиочастотных печатных плат

Радиочастотная печатная плата

Существуют различные типы многослойных печатных плат в зависимости от предполагаемого применения. В зависимости от типов ВЧ печатных плат, которые предполагается использовать в проекте, ВЧ печатные платы можно классифицировать следующим образом:

1. Многослойная РЧ-печатная плата

В многослойной RF PCB плата имеет более двух слоев. Наименьшее количество проводящих слоев в такой плате равно трем. Эти проводящие слои зарыты в центре материала.

Обычно предполагается чередование слоев препрега и материалов сердцевины. Затем вы приступите к ламинированию их вместе при высоких температурах и давлении.

В результате получится многослойная печатная плата.

Эта процедура важна, потому что она поможет вам удалить захваченный воздух между слоями. Он дополнительно герметизирует проводники смолой.

Затем клей, скрепляющий слои, расплавляется и затвердевает.

При изготовлении многослойной ВЧ печатной платы в вашем распоряжении имеется ряд комбинаций материалов. Вы можете использовать обычное эпоксидное стекло или даже экзотическую керамику.

Другой вариант — использовать тефлоновые материалы.

2. Жесткая РЧ-конструкция печатной платы

Жесткие ВЧ печатные платы изготавливаются с использованием твердого материала подложки. Они предотвращают скручивание доски, отсюда и термин «жесткая».

Элемент жесткости FR4 является наиболее часто используемым материалом в процессе придания жесткости. Он также состоит из медных трансов и путей.

Обычно они встроены в одну плату, чтобы обеспечить место для подключения различных компонентов.

Традиционно эти жесткие РЧ-платы используются чаще всего по сравнению с их гибкими аналогами. В основном это связано с затратами, связанными с использованием последнего.

Конструкция жесткой радиочастотной печатной платы требует использования соответствующего программного обеспечения для проектирования. Некоторые предпочтительные варианты здесь: Altium, Proteus или EasyPC.

Жесткие ВЧ печатные платы состоят из нескольких слоев. Эти слои соединяются с помощью тепла и клея. Это придает доске твердую форму.

Слой подложки выполнен из стекловолокна. Обратите внимание, что для ламинирования медного слоя потребуется дополнительное тепло.

В целях изоляции конструкция должна предусматривать добавление слоя паяльной маски поверх медного слоя.

Также добавьте шелкографию над слоем паяльной маски.

3. Односторонний дизайн RF PCB

Это самая простая форма платы RF PCB. В конструкции используется только один токопроводящий материал.

Односторонние печатные платы обычно предпочтительны для конструкций с низкой плотностью.

Помните, что на этой доске нет плетения через отверстия.

В односторонних ВЧ печатных платах в основном используются материалы для односторонних ВЧ печатных плат, включая FR4, алюминиевую и медную основу.

4.Двухсторонний дизайн RF PCB

В этом типе RF PCB есть два проводящих медных слоя. Это означает, что плата спроектирована с дорожками или дорожками с обеих сторон. Это означает, что между двумя сторонами есть связь.

Это стало возможным благодаря отверстиям, которые просверлены на доске. Монтаж компонентов на плату осуществляется по технологии сквозного отверстия и технологии поверхностного монтажа.

Данная конструкция предусматривает ламинирование слоев с обеих сторон доски.

В качестве изоляционного материала в основании конструкции используется стеклоэпоксидная смола. Медная фольга также ламинируется с обеих сторон подложки.

Для защиты вам понадобится паяльная маска над обеими сторонами конструкции RF PCB.

Процесс производства ВЧ печатных плат

Ниже подробно описан весь процесс проектирования RF PCB, от изготовления, сборки до проверки качества.

Шаг 1. Дизайн и компоновка печатной платы

Дизайн знаменует собой первый шаг в производстве RF PCB. Во-первых, разработайте макет для RF PCB. Дизайн можно эмулировать из прототипа с помощью одного из программ проектирования RF PCB, которые мы уже обсуждали.

Шаг 2 Подготовка производства

Вырежьте ламинирование. Из рисунка приступайте к вырезанию ламината того же размера, что и доска или размер панели.

Высушивание

Сушка делается для того, чтобы доска не коробилась при обработке. Это должно быть сделано в районе 150? примерно на 3-4 часа.

Шаг 3. Визуализация внутреннего слоя

Внутренняя пленка

Нанесите сухую пленку на оголенную плату с медным сердечником. Приступайте к выполнению фотореакций на сухой пленке.

Развитие внутреннего слоя

Когда это будет сделано, вы обнажите основную пластину. Выявляется сухая пленка, которая ранее не экспонировалась. Это обнажит первоначальную медную оболочку, обнажая оставшуюся сухую пленку. Используйте фото-изображение на этом этапе.

Шаг 4. Травление внутреннего слоя

Этчинг

Через линию травления вы сможете защитить медную кожу сухой пленкой. Продолжайте вытравливать медную кожу, не защищенную сухой пленкой. Это выявит шаблоны, которые должны быть сохранены.

Разгрузка пленки

Приступайте к отступлению сухой пленки медного листа на несущей плате. Когда это будет сделано, будет сформирован образец линии, который должен быть сохранен.

Шаг 5. AOI внутреннего слоя

Автоматический оптический контроль является первым этапом контроля. Это позволит вам проверить, нет ли короткого замыкания или разрыва пластины сердечника. Это также поможет вам проверить чистоту травления или нет.

Шаг 6 Ламинирование

Используйте изолирующий материал, чтобы прижать медную фольгу к одной плате между слоями.

Шаг 7. Сверление

Приступайте к сверлению пластины ламината. Во время этого в отверстии не должно быть металла. Это помогает гарантировать, что слой не связан с другим слоем.

Шаг 8. Химическое осаждение меди

Затем покройте отверстие очень тонким слоем меди. Это достигается за счет химической реакции.

Шаг 9. Горизонтальное электролитическое покрытие.

Используйте реакцию электропереноса, чтобы утолщать отверстие. Толщина должна быть в пределах 5-8 мкм. Это стало возможным благодаря наличию в отверстии уже тонкого слоя металлической меди.

Шаг 10. Визуализация внешнего слоя

Пленка внешнего слоя

На голую плату с медным сердечником нанесите сухую пленку. Эта сухая пленка необходима для проведения всех фотореакций.

Разница между этим внутренним слоем и внешним слоем заключается в сверлении пластины. Прикрепление сухой пленки к пластине обеспечит защиту отверстия.

Развитие внешнего слоя

После проявления внутреннего слоя медь, которая находится под сухой пленкой, сохраняется. Однако после проявления внешнего слоя его травят. Затем медь, которую необходимо сохранить, остается открытой.

Шаг 11 Графическое покрытие

Толстое медное покрытие

Пластинируйте голую медь до толщины готовой меди. Эта толщина должна составлять от 18 до 25 мкм.

Убедитесь, что вы покрываете поверхность толщиной меди и толщиной медных отверстий вместе. Вы добились рекомендуемой толщины медного отверстия.

Оловянное покрытие

Чтобы защитить медную фольгу, утолщайте поверхность меди слоем белого металлического олова.

Избавление от пленки

Теперь вы можете избавиться от сухой пленки, прикрепленной к доске. Вытравите медь, которая находится под сухой пленкой.

Олово, использованное на предыдущем этапе, поможет сохранить необходимое количество меди.

Шаг 12. Травление внешнего слоя

Этчинг

На этом этапе олово защитит желаемую медь. Когда вы травите линию, медь, которую вы обнажили, будет вытравлена. Тем временем останется медь, которую вы защитили оловом.

Удаление олова

Приступайте к удалению олова, используемого для защиты меди. В результате медь, которая должна была остаться, будет обнажена. К этому моменту все внешние паттерны будут завершены.

Шаг 13. Маскировка припоя

Глубоко погрузите панель в жидкую паяльную маску. Продолжайте подвергать плату воздействию ультрафиолетовых лучей высокой интенсивности.

Применение паяльной маски сделано для защиты от окисления медной схемы.

Шаг 14 Шелкография

На этом этапе вы будете печатать информацию на доске. Это делает его важным шагом в производстве печатных плат.

Шаг 15. Отделка поверхности.

Этот шаг обеспечит защиту поверхности платы и возможность ее пайки.

После обработки профиля вы также можете выбрать другие процессы обработки поверхности. К ним относятся V-CUT и золотой палец.

V-ОБРЕЗ

В этом варианте вы обрежете панель до определенных размеров и форм, в зависимости от предполагаемого применения доски. Этого можно добиться с помощью фрезера или V-образной канавки.

Если вы намерены оставить небольшие вкладки, то маршрутизатор — лучший вариант для вас. С другой стороны, V-образная канавка позволит вам вырезать диагональные каналы с обеих сторон доски.

Золотой палец

Это просто относится к покрытию разъемов золотом. Таким образом, долговечность краевых соединителей будет обеспечена. Это имеет большое значение для защиты RF PCB от сбоев.

Шаг 16. Электрические испытания

Важно провести электрические испытания на плате. Это поможет вам убедиться в его работоспособности.

Обычно выполняются две основные проверки: проверка изоляции и проверка целостности цепи.

Шаг 17. Заключительный визуальный осмотр (FQA и FQC)

После процесса изготовления можно провести визуальный осмотр готовой ВЧ печатной платы.

Если обнаруживается исправимая аномалия, она корректируется. В противном случае, если аномалия неблагоприятна, доска сбрасывается. Это поможет обеспечить эффективную работу предполагаемых приложений.

Стандарты и правила качества проектирования печатных плат РФ

Некоторые стандарты и правила регулируют проектирование ВЧ печатных плат. Соблюдая эти стандарты, производители во всем мире могут разрабатывать качественные ВЧ-печатные платы.

Это также повышает совместимость конструкции с компонентами и производственными процессами соответствующих компаний.

Вот некоторые из этих стандартов и правил:

Процесс проверки качества

§CGMP

При определении производителя радиочастотных печатных плат одним из стандартов качества, на который следует обратить внимание, является CGMP.

CGMP расшифровывается как «Текущие правила надлежащей производственной практики». Это набор правил, установленных Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов.

Таким образом, эти правила гарантируют, что конструкция вашей ВЧ печатной платы контролируется. Он также регулирует производственные процессы и объекты, в которых осуществляется производственный процесс.

При проектировании RF PCB вам придется соблюдать эти стандарты.

§IEEE

Имеется в виду Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике.

Это профессиональное общество, которое способствует развитию и даже применению электротехнологий.

Подписка на этот орган позволит вам использовать современные технологии в разработке и производстве ВЧ-печатных плат.

§СЕ

Это знак сертификации в Европейском экономическом пространстве. Это гарантирует, что конструкция вашей РЧ печатной платы соответствует ряду установленных стандартов.

Это также качество компонентов, которые производятся или импортируются для использования в регионе ЕС.

Как таковые, они включают в себя стандарты здравоохранения, стандарты безопасности пользователей и даже стандарты защиты окружающей среды.

При покупке компонентов для вашей RF PCB на европейском рынке убедитесь, что они имеют эту маркировку.

Компоненты, произведенные в Европе, но предназначенные для продажи внутри сообщества, также имеют этот знак.

§RoHS

Этот знак стандартизации ограничивает использование опасных веществ. Он широко используется в Европейском Союзе.

Он больше ориентирован на ограничение использования опасных веществ как в электрических, так и в электронных продуктах.

Срок действия этого знака стандартизации составляет пять лет.

Ограничения накладываются на такие продукты, как свинец, ртуть, хром и кадмий. ПБД и ПБДЭ также ограничены.

Ваш дизайн должен быть ограничен рамками этих правил.

Вам также нужно будет проверить этот знак стандартизации, прежде чем покупать компоненты RF PCB.

Это общепринятый знак стандартизации, поэтому его следует ожидать на большинстве продуктов.

§ ССС

Имеется в виду китайский сертификационный знак. Это обязательный знак для продуктов, которые импортируются и продаются или даже используются в Китае.

При покупке радиочастотных компонентов для печатных плат в Китае обратите внимание на этот знак, чтобы удостовериться в стандартах качества.

§ИСО

ISO 9000 — это знак стандартизации, помогающий организациям обеспечивать удовлетворение потребностей потребителей.

Ожидается, что по мере удовлетворения потребностей качество будет соответствовать установленным производственным нормам.

Это один из самых распространенных знаков стандартизации. Эта сертификация компании и компонентов, которые вы покупаете, является подтверждением качества.

§АСТМ

Это также международная организация по стандартизации. Его функция заключается в разработке и публикации взаимно согласованных стандартов как для материалов, так и для продуктов.

Это также относится к системам и службам.

Проверьте компоненты вашей RF PCB, чтобы быть уверенным в качестве продукта.

Заключение

Печатные платы RF представляют собой исключительную категорию печатных плат, судя по используемым материалам и уникальным требованиям к конструкции.

Это связано с требованиями к частоте, которые делают их нежелательными для обычных материалов и конструкций.

Изучив это руководство, вы теперь знаете, что определяет все эти особые характеристики.

Вы также хорошо знакомы со всеми рекомендациями и рекомендациями по радиочастотным печатным платам.

Вы всегда можете проверить здесь более подробные руководства, подобные этому.