Hochfrequenz-Leiterplatte

FS Technology verfügt über starke Kapazitäten in der Leiterplattenherstellung. Egal, was Ihr Projekt erfordert, wir werden unser Bestes tun, um es für Sie zu realisieren. In diesem Artikel stellen wir Ihnen eine Leiterplatte vor, die sich durch hohe Effizienz, hohe Geschwindigkeit, große Kontrollierbarkeit und große Toleranz auszeichnet - die Hochfrequenzleiterplatte.

Definition von Hochfrequenz-Leiterplatten

Eine Hochfrequenz-Leiterplatte ist eine Art von Leiterplatte, die nach Funktion unterteilt ist. Wenn die Frequenz einer Leiterplatte größer als 1 GHz ist, wird sie als Hochfrequenzleiterplatte definiert, unabhängig von Material und Härte. Sie wird im Allgemeinen dort eingesetzt, wo eine Übertragung zwischen zwei Punkten mit minimalem Signalverlust erforderlich ist, insbesondere bei elektromagnetischen Wellen. Sie wird normalerweise aus speziellen Materialien hergestellt. Diese Leiterplatten sind in der Lage, ein Signal mit einer höheren Rate zu übertragen, ihre Frequenz reicht bis zu 100GHz.

Wenn die Frequenz niedrig ist, bleiben die Signaleigenschaften innerhalb der Datencharakterisierung und die PCBA führt alle ihre vorgesehenen Funktionen aus. Höhere Frequenzen wirken sich dagegen stark auf den Betrieb der PCBA aus. Wenn wir jedoch die Systemgeschwindigkeit erhöhen, wirkt sich die höhere Frequenz auf die Schaltungseigenschaften aus. Bei der E/A-Signalisierung kann sich dies negativ auf die Datenübertragung vom Sender zum Empfänger auswirken.

Es ist wichtig, daran zu denken, dass viele Materialien für den Einsatz bei hohen Frequenzen entwickelt wurden. Hochfrequenz-Leiterplatten haben Hochfrequenz-Speziallaminate und sind sehr schwierig herzustellen, da sie die Übertragung empfindlicher Signale bei gleichzeitiger Beibehaltung der für diese Signalübertragung günstigen Wärmeentwicklung erfordern.

Auswahl von Hochfrequenz-Leiterplattenmaterial

Hochfrequenzleiterplatten erfordern für ihre Herstellung spezielle Materialien, insbesondere Laminate, um Hochfrequenzsignale auszugeben. Bei der Verarbeitung von Hochfrequenz-Leiterplatten führen viele Ingenieure aufgrund der Wahl des falschen Hochfrequenz-Leiterplattenmaterials zu einer unbefriedigenden Leistung des fertigen Produkts. Aus diesem Grund empfiehlt FS Technology, bei der Auswahl der Materialien auf folgende Punkte zu achten. Entspricht es den Anforderungen des Projektdesigns? Kann diese Hochfrequenzleiterplatte in Massenproduktion hergestellt werden? Haben Sie den Break-even-Punkt des Projekts berechnet?

Wichtige Indikatoren für hochfrequentes PCB: DK und DF

DK und DF sind wichtige Indikatoren zur Messung von Hochfrequenz-Leiterplatten. Bei der Auswahl von Leiterplattensubstratmaterialien für Hochfrequenzschaltungen wird die Veränderung des DK-Wertes als erster Referenzfaktor verwendet. Bei Projekten, die sich auf die Signalübertragung oder die Kontrolle der charakteristischen Impedanz konzentrieren, muss die Leistung des DF-Wertes unter Bedingungen wie Frequenz, Temperatur und Feuchtigkeit berücksichtigt werden.

Der Trend zur Veränderung der DK- und DF-Werte gängiger Substratmaterialien ist offensichtlich, insbesondere wenn die Frequenz von 1MHz bis 1GHz reicht. Ein gängiges Modell aus FR-4 hat einen DK-Wert von 4,7 bei 1MHz und einen DK-Wert von 4,19 bei 1GHz. Wenn das GHz größer als 1 ist, beginnen die DK-Änderungen abzuflachen. Zu diesem Zeitpunkt ist die DK-Trendänderung negativ mit dem Frequenzanstieg korreliert, d.h. die Frequenz steigt und der DK-Änderungstrend verlangsamt sich.

Bei 10 GHz schwankt der DK-Wert des Substrats mit Hochfrequenzeigenschaften unter dem Einfluss von Frequenzänderungen nur wenig. Der DK-Wert hat einen schwankenden Wert von +/- 0,02 bei unterschiedlichen Frequenzen von 1MHz bis 1GHz. Die Tendenz der Veränderung des DK-Wertes unter verschiedenen Frequenzbedingungen von niedrig bis hoch ist abwärts gerichtet.

Bei allgemeinen Substraten ist die Änderungskurve des DF-Wertes unter dem Einfluss von Frequenzänderungen größer als der DK-Wert. Die Regel für die Veränderung des DF-Wertes ist, dass er tendenziell zunimmt. Wenn FS Technology die Hochfrequenzeigenschaften von Materialien bewertet, werden diese daher nach der Veränderung des DF-Wertes beurteilt. Hochwertige Hochfrequenz-Leiterplatten haben die folgenden zwei Eigenschaften. 1. Die Änderung der Frequenz hat kaum Auswirkungen auf die Änderung des DF-Wertes. 2. Die Änderungen entsprechen denen gewöhnlicher Materialien, aber die eigene DF-Basis ist klein.

Auswahlprinzip von Hochfrequenzmaterialien

Das üblicherweise verwendete FR-4 hat bei verschiedenen GHz-Frequenzen hohe dielektrische Verluste, was es für Ihre Hochfrequenzprojekte ungeeignet machen kann. Daher ist die Frage der Materialien bei der Entwicklung von Hochfrequenz-Leiterplatten besonders wichtig.

Als einfaches Beispiel kann die Rechteckwelle eines digitalen 10Gb/S-Hochgeschwindigkeitssignals als Überlagerung von Sinussignalen verschiedener Frequenzen betrachtet werden. Diese Rechteckwelle enthält ein 5Ghz Grundsignal, ein 15GHz Signal 3. Ordnung, ein 25GHz Signal 5. Ordnung und ein 35GHz Signal 7. Die Integrität des digitalen Signals und die Steilheit der oberen und unteren Flanken sind für Hochfrequenzschaltungen ebenso wichtig wie für die verlust- und verzerrungsarme Übertragung von HF-Mikrowellen. Daher ist FS Technology der Ansicht, dass die Anforderungen an die Materialauswahl für Hochfrequenz-Digitalschaltungen und HF-Mikrowellenschaltungen ähnlich sind.

In konkreten technischen Projekten scheint die Auswahl von Hochfrequenz-Leiterplatten einfach zu sein, aber als Projektleiter müssen Sie die Eigenschaften der verschiedenen Leiterplatten verstehen und eine zuverlässige Hochfrequenz-Leiterplatte durch vernünftige Stapelung entwerfen. Aus diesem Grund hat FS Technology die folgenden Hauptüberlegungen für die Auswahl von Hochfrequenzplatinen zusammengestellt:

Herstellbarkeit : wie Laminierungseigenschaften, Temperatureigenschaften, PCB CAF Widerstandsfähigkeit, Hitzebeständigkeit, Feuerbeständigkeit, usw.

Anpassung der Produktleistung : geringer Verlust, stabile DK/DF-Leistung, Materialdicke, usw. Für Hochfrequenz-Leiterplatten ist es außerdem erforderlich, die PCBA in der frühen Phase des Designs zu simulieren. FS Technology verfügt über eine geschlossene Verifizierung durch eine große Anzahl von Simulationen und tatsächlichen Tests, um die Konsistenz von Simulationsergebnissen und Tests zu gewährleisten.

Zeit für die Materialbeschaffung : Die Schwierigkeit der Herstellung von Hochfrequenz-Leiterplatten zeigt sich nicht nur im technologischen Prozess, sondern auch in der Materialbeschaffung. Bei einem allgemeinen PCBA-Hersteller kann die Beschaffung 2-3 Monate dauern, was für Ihr Projekt sehr ungünstig ist. Wenn Ihr Projekt diese Art von Leiterplatte erfordert, empfiehlt FS Technology unseren schlüsselfertigen Hochfrequenz-PCBA-Service, der von der Beschaffung bis zur Lieferung Ihren Erwartungen entspricht.

Kostenfaktor. Die Kosten in der PCBA-Industrie sind relativ transparent. Wenn Sie ein preisbewusster Kunde sind, können Sie die ungefähren Kosten Ihres Hochfrequenzprojekts anhand der Kostentreiber bei der PCB-Bestückung.

Einführung von verschiedenen Hochfrequenz-Leiterplattenmaterialien

Rogers :

Dies ist ein Unternehmen für Leiterplattenmaterial aus den Vereinigten Staaten, das eine Vielzahl von Hochfrequenzplatten mit großen Vorteilen anbieten kann. In der PCB-Herstellung In der Industrie wird es oft zum Vergleich mit FR-4 verwendet, und auch wenn der Preis von Rogers PCB teurer ist, ist es für viele Projekte immer noch die erste Wahl. Nachfolgend finden Sie das Rogers-Sortiment, das für die Herstellung von Hochfrequenz-Leiterplatten verwendet werden kann.

RO4003C, RO4350B, RO4360, RO4533, RO4535, RO4232, RO4233, RO3001, RO3003, RO3006, RO3010, RO3035, RO3203, RO3206, RO3210, RO3730, RO5780, RO6002, RO3202, RO6006.

Rogers R03001: Es hat eine niedrige Dielektrizitätskonstante und einen niedrigen Verlusttangens, mit ausgezeichneter chemischer und Hochtemperaturbeständigkeit.

Taconic:

TACONIC ist der weltweit größte Hersteller von PTFE CCL. Das Unternehmen besitzt das Patent für die gleichmäßige Beschichtung von PTFE auf Glasgewebe und nimmt mit einem Marktanteil von mehr als 80% eine absolut dominierende Stellung auf dem Markt für Antennenfolien ein. Die folgenden Materialfamilien erbringen außergewöhnlich gute Leistungen bei hohen Frequenzen.

TLY-5A, TLY-5, TLY-3, HT1.5, TLX-0, TLX-9, TLX-8, TLX-6, TLC-27, TLC-30, TPG-30, TLG-30, RF-30, TSM-30, TLC-32, TPG-32, TLG-32, TLG-34, TPG-35, TLG-35, RF-35, RF-35A, RF-41, RF-43, RF-60A, CER-10.

Taconic RF-35 Ceramic : Dieses Material ist preiswerter und besteht in der Regel aus PTFE, das mit Keramik und gewebtem Glas gefüllt ist. Die Herstellung ist etwas einfacher und es bietet gute elektrische Eigenschaften für die Leiterplatte sowie eine geringere Verlustleistung.

Taconic TLX : Es ist ein formstabiles Material, das aus PTFE-Glasfasern besteht. TLX bietet hervorragende thermische, mechanische und elektrische Eigenschaften, ist aber relativ schwierig zu verarbeiten.

FR4

Sehr gebräuchliches Material für Leiterplattenlaminat. Wenn das Signal die Frequenz von 1,6 GHz überschreitet, hat es eine relativ schlechte elektrische Leistung.

ISOLA IS620 E-Glasfaser

Dieses Material wird normalerweise verwendet, um eine außergewöhnliche elektrische und thermische Leistung zu erzielen.

Merkmale und Vorteile von Hochfrequenz-PCBs

Die Auswahl einer Leiterplatte muss nach ihren Eigenschaften und Vorteilen analysiert werden. Im Folgenden werden wir eine umfassende Analyse der Eigenschaften und Vorteile von Hochfrequenz-Leiterplatten durchführen.

Verlustfaktor: Hochfrequenzkarten haben in der Regel einen niedrigen Verlustfaktor, der zwischen 0,0019 und 0,025 liegt. Das bedeutet, dass die Übertragungsrate des Signals unverändert bleibt. Ein niedriger Verlustfaktor ermöglicht auch eine bessere Signalübertragung. Ein niedriger Verlustfaktor kann dazu beitragen, Signalverluste zu reduzieren.

Dielektrizitätskonstante: Normalerweise haben HF-Leiterplatten eine niedrige und stabile Dielektrizitätskonstante. Dies gewährleistet eine höhere Frequenzübertragung mit geringerer Verzögerung.

Chemische Beständigkeit: Hochfrequenz-Leiterplatten sind chemisch resistent. Wenn sie einem chemischen Angriff ausgesetzt werden, können diese Leiterplatten diesem widerstehen. Aufgrund dieser Eigenschaft ist die Wahrscheinlichkeit, dass diese Leiterplatten korrodieren, geringer.

Geringe Feuchtigkeitsabsorption: HF-Leiterplatten nehmen in der Regel eine geringere Menge Wasser auf. Da sie keine Feuchtigkeit aufnehmen, können sie ein feuchtes Klima überstehen.

Geringe Dimensionsstabilität: Die Dimensionsstabilität von Frequency PCB ist gering. Mit dieser Eigenschaft sind diese Art der PCBs behält seine Abmessungen bei, auch wenn er Hitze ausgesetzt wird.

Thermomanagement-Techniken für Hochfrequenz-Leiterplatten

Da Hochfrequenz-Leiterplatten Signale mit einer höheren Geschwindigkeit übertragen, sind HF-Leiterplatten meist mit einem Wärmemanagement konfrontiert, das zu einem Anstieg der Leiterplattentemperatur führt, was in einigen Fällen für die Leiterplatten tödlich ist. Wenn die in einem Schaltkreis erzeugte Wärme innerhalb eines bestimmten Rahmens liegt, kann sie von selbst abgeführt werden. Wenn die Wärmeproduktion jedoch höher ist und nicht von selbst abgeführt werden kann, werden Kühlkörper und Lüfter oder andere Wärmemanagementtechniken eingesetzt. Nachfolgend finden Sie einige Techniken zur Steuerung der Leiterplattentemperatur, um die Lebensdauer von HF-Leiterplatten zu verlängern.

Thermische Via-Arrays : Die Integration von Via-Arrays über den kupfergefüllten Abschnitten ermöglicht ein effektives Wärmemanagement. Mit Hilfe dieser Durchkontaktierungen kann die Wärme an die Luft abgeleitet werden. Damit die Wärme richtig abgeleitet werden kann, sollte der Durchmesser der Durchgangslöcher groß sein, etwa im Bereich von 0,1 mm. Je mehr Durchgangslöcher, desto besser die Wärmeableitung.

Breitere Leiterbahnen verwenden: Durch breitere Leiterbahnen wird die Oberfläche vergrößert, so dass die Wärme effizienter abgeleitet werden kann, was auch zur Verringerung von Hot Spots auf der Leiterplatte beiträgt. Achten Sie beim Anlegen breiterer Leiterbahnen darauf, dass diese nicht übermäßig breit sind, da dies zu Übersprechen führen kann.

Verwendung von Kühlkörpern und Lüfter: Kühlkörper und Lüfter sind zwei effektive Methoden zur Bewältigung von Wärmeproblemen in Leiterplatten. Der Einsatz von beidem hängt vom verfügbaren Platz auf der Leiterplatte ab. Bei CPUs und MCUs wird ein Kühlkörper verwendet, während der Lüfter dazu dient, die heiße Luft gut in die Umgebung zu leiten.

Platzierungstechniken : Es ist eine gute Praxis, wärmeerzeugende Elemente von hitzeempfindlichen Materialien fernzuhalten, um sie nicht zu beschädigen. Potenzielle Hotspots in Leiterplatten können mit Hilfe von PCB-Analysesoftware ermittelt werden. Wenn die Leiterplatten vertikal montiert sind, müssen die wärmeerzeugenden Komponenten in der Nähe der Oberseite platziert werden.

Probleme bei der Herstellung von Hochfrequenz-PCBs

Schwache Bindungskraft:

Mehr vergrabene Durchkontaktierungen führen zu einer geringen Bindungskraft zwischen den Laminatplatten und dem Harz. Das führt schließlich zur Delamination.

Dieses Problem kann durch die Verwendung von Laminat- und Harzplatten gelöst werden, die die gleiche Ausdehnungs- und Kontraktionsrate haben, um sicherzustellen, dass sie bei Temperaturschwankungen aneinander gebunden bleiben.

Bohren:

Für eine effektive Wärmeableitung auf Hochfrequenz-Multilayer-Leiterplatten sind mehrere Durchgangslöcher erforderlich. Dies ist die schwierigste Aufgabe bei der Herstellung von HF-Leiterplatten. Die beim Bohren entstehende Wärme führt zu einer Verhärtung der Wand des Durchgangslochs, was schließlich zu einer schlechten Wärmeableitung und zu Störungen der Hochfrequenzschaltung führen kann.

Dieses Problem kann durch die Verwendung einer Harzabdeckung anstelle einer Aluminiumabdeckung entschärft werden, die die Wärme beim Bohren besser absorbiert. Außerdem wird die Qualität des Bohrlochs durch die Erhöhung des Saug- und Unterdruckes verbessert.

Back-Drilling:

Through-Hole-Vias helfen bei der Wärmeableitung, können aber gleichzeitig die Integrität von Hochfrequenzübertragungen beeinträchtigen. Die zusätzliche Stichleitung kann als reflektierender Kanal fungieren, wodurch sich die Einfügungsdämpfung erhöht.

Die einzige Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, ein größeres Loch auf der gegenüberliegenden Seite der wärmeerzeugenden Komponenten zu bohren.

Damit ist die Einführung von FS Technology in die Hochfrequenz-Leiterplatten abgeschlossen. FS Technology ist seit vielen Jahren in der PCBA-Branche tätig und verfügt über professionelle Erfahrung in der Herstellung und der Montage von Leiterplatten. Wenn Sie Fragen haben PCBA benötigen, können Sie uns jederzeit per E-Mail kontaktieren, und unser Verkäufer wird Ihnen so schnell wie möglich antworten.

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