การเอาชนะความท้าทายสําคัญในการผลิต PCB ไมโครเวฟ RF

PCBs RF ไมโครเวฟเป็นกระดูกสันหลังของอิเล็กทรอนิกส์ความถี่สูง ให้พลังงานทุกสิ่งทุกอย่าง จากสถานีฐาน 5G ไปยังระบบราดาร์อากาศบอร์ดพิเศษเหล่านี้ต้องรักษาความสมบูรณ์แบบของสัญญาณที่ความถี่ตั้งแต่ 300MHz ถึง 100GHzซึ่งแม้แต่ความบกพร่องเล็ก ๆ น้อย ๆ ก็อาจทําให้เกิดความล้มเหลวในผลงานการผลิต PCB ไมโครเวฟ RF มีความท้าทายที่พิเศษ จากความมั่นคงของวัสดุและการกะทะความแม่นยําไปยังการจัดการทางความร้อนและการควบคุมอุปสรรคที่เข้มงวด.

คู่มือนี้สํารวจอุปสรรคสําคัญในการผลิต PCB ไมโครเวฟ RF โดยนําเสนอวิธีแก้ไขที่สามารถดําเนินการได้ โดยได้รับการสนับสนุนจากข้อมูลของอุตสาหกรรม ไม่ว่าคุณจะออกแบบโมดูล 28GHz 5G หรือราดาร์รถยนต์ 77GHzการเข้าใจความท้าทายเหล่านี้และวิธีการแก้ไขมัน, บอร์ดที่มีประสิทธิภาพสูง

ประเด็นสําคัญ
1การคัดเลือกวัสดุเป็นพื้นฐาน: สับสราตที่ขาดทุนน้อย เช่น PTFE และ Rogers RO4350 (Dk = 3.48) ลดการลดความรุนแรงของสัญญาณได้อย่างน้อยในความถี่สูง, เกิน FR4 มาตรฐาน 60% ใน 28GHz.
2การควบคุมความคับคาย (โดยทั่วไป 50Ω) ไม่สามารถต่อรองได้ ผิดพลาดที่เล็กน้อยเพียง 5Ω สามารถทําให้สัญญาณสะท้อน 10% ทําให้ผลงานในระบบราดาร์และระบบสื่อสารลดลง
3การผลิตแม่นยํา (ความอดทนสําหรับรอย ± 12.7μm) และการเจาะที่ก้าวหน้า (ไมโครเวียที่เจาะด้วยเลเซอร์) ต้องการเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียสัญญาณในการออกแบบความหนาแน่นสูง
4.การจัดการความร้อนโดยใช้ทองแดงหนา (2 oz +) และทางทางความร้อนเป็นสิ่งสําคัญ
5การทดสอบด้วย TDR และ VNA รับประกันความสมบูรณ์ของสัญญาณ โดยจับความบกพร่อง เช่น ผ่านช่องว่างหรือความไม่ต่อเนื่องของอุปสรรค ก่อนที่พวกเขาจะถึงการผลิต

ความท้าทายของวัสดุใน RF Microwave PCB Manufacturing
ผลงานของจอ PCB ไมโครเวฟ RF ขึ้นอยู่กับความมั่นคงของพื้นฐานและความเข้ากันได้บนพื้นผิววัสดุเหล่านี้ต้องรักษาคุณสมบัติแบบดียิเลคทริกที่คงที่ในช่วงอุณหภูมิที่กว้างและความถี่สูง.

ความมั่นคงของสับสราท: หลักฐานของความสมบูรณ์แบบของสัญญาณ
สับสราตไมโครเวฟ RF ถูกเลือกสําหรับค่าคงที่ไฟฟ้าหมอบต่ํา (Dk) และปริมาณการสูญเสีย (Df) ซึ่งมีผลต่อการสูญเสียสัญญาณโดยตรง ตัวเลือกสําคัญประกอบด้วย:

ความท้าทาย: PTFE และวัสดุที่มี Dk ต่ํามีความอ่อนโยนทางเครื่องกล, มีแนวโน้มที่จะบิดระหว่างการผสมผสาน.

การแก้ไข:

a. ใช้พกพาที่แข็งแรงระหว่างการละเมิน เพื่อลดการบิดให้น้อยที่สุด
b. ระบุความอนุญาตความหนาที่แน่น (± 0.05 มม) สําหรับพื้นฐาน
c. เตรียมพื้นฐานที่ปรุงปรุงก่อนที่ 120 °C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง เพื่อกําจัดความชื้น ซึ่งสามารถทําลายความมั่นคงของ Dk

การบําบัดพื้นผิว: การประกันความแน่นของทองแดง
สับสราท RF เช่น PTFE และโลเมนต์ที่เต็มด้วยเซรามิกมีพื้นที่ที่ไม่ขั้วขั้วที่ทนต่อการผูกทองแดง เป็นปัญหาสําคัญ เนื่องจากการล้างโลเมนต์สามารถทําให้เสียสัญญาณถึง 30%

ปัญหา: การบําบัดพื้นผิวที่ไม่เพียงพอ จะทําให้ทองแดงเปลือก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาวะหมุนเวียนทางอุณหภูมิ (-40 °C ถึง 125 °C)

การแก้ไข:

a. ใช้การถักปลาสมาของออกซิเจน (100W, 5 นาที) เพื่อกระตุ้นพื้นผิว PTFE เพิ่มความหยาบคาย (Ra = 1μ3μm) เพื่อการติดต่อทองแดงที่ดีกว่า
b.ดําเนินการทดสอบการเปลือกบนคูปองการทดสอบเพื่อตรวจสอบความติดตามก่อนการผลิตเต็ม

คุณภาพการเจาะและหลุม: ความแม่นยําในไมโครวีอา
ไมโครเวฟ RF PCBs ต้องการช่องทางเล็กๆ สะอาด เพื่อลดการระตุ้นของปรสิตให้น้อยที่สุดขณะที่การเจาะด้วยเลเซอร์ดีเยี่ยมในขนาดไมโครวิอา (กว้าง 45-100μm).

ปริมาตรการเจาะหลัก:

a. การเจาะเลเซอร์สําหรับ microvias: ความแม่นยําตําแหน่ง ± 5μm, เหมาะสําหรับ BGA ความชัน 0.3mm
b. การเจาะกลสําหรับรูผ่าน: กว้างขั้นต่ํา 0.1 มิลลิเมตร, พร้อมการเจาะกลับเพื่อกําจัดสตับ (สําคัญสําหรับสัญญาณ > 10 GHz)

ความท้าทาย: ผนังรูที่หยาบคายหรือการทาเนื้อผงในเซรามิคสามารถเพิ่มการสูญเสียการใส่ 0.5dB ในระดับ 28GHz

การแก้ไข:

a. ใช้เครื่องเจาะที่มีปลายเพชรสําหรับวัสดุเซรามิก โดยมีอัตราการให้อาหารช้า (50 มม/นาที) เพื่อลดเศษขยะ
b. พลาสมาทําความสะอาดรูหลังการเจาะเพื่อกําจัดเศษยาง, รับประกันการเคลือบทองแดงแบบเรียบร้อย

การควบคุมความแม่นยํา: ความขัดขวาง, การปรับตัว, และความแม่นยําของกรอง
PCB ไมโครเวฟ RF ต้องการความแม่นยําระดับไมครอน แม้แต่ความเบี่ยงเบนเล็ก ๆ น้อย ๆ ในความกว้างของร่องรอยหรือการสอดคล้องชั้นสามารถขัดขวางความคับและการไหลของสัญญาณ

ความสม่ําเสมอของอุปสรรค: หลีกเลี่ยงการสะท้อนสัญญาณ
ความขัดขวาง (โดยทั่วไป 50Ω สําหรับแบบเดียว, 100Ω สําหรับคู่ความแตกต่าง) ต้องคงที่ทั่วกระดาน. ความเบี่ยงเบนทําให้สัญญาณสะท้อน, วัดโดยความกระชับอัตราคลื่นยืน (VSWR).VSWR > 1.5 แสดงถึงการสะท้อนความคิดที่เป็นปัญหา

ปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่อความคับ:

a. ความกว้างของร่องรอย: การเปลี่ยนแปลงความกว้าง 0.1 มิลลิเมตรบน RO4350B จะย้ายอุปสรรคด้วย ± 5Ω
b.ความหนาของดีเอเลคทริก: สับสราตที่หนากว่า (0.2 มิลลิเมตร VS 0.1 มิลลิเมตร) เพิ่มอุปสรรค 30%
c.หนาทองแดง: 2 oz ทองแดงลดความคับคาย 5 ~ 10% เมื่อเทียบกับ 1 oz

ความท้าทาย: ความอดทนในการฉลาก >±12.7μm สามารถผลักดันอัตราต่อต้านออกจากสเปค โดยเฉพาะในการออกแบบเส้นละเอียด (25μm traces)

การแก้ไข:

a. ใช้การถ่ายภาพโดยตรงด้วยเลเซอร์ (LDI) สําหรับการกะทะ โดยบรรลุความอดทนความกว้างรอย ± 5μm
b. ยืนยันอุปสรรคด้วย TDR (Time Domain Reflectometry) บนคูปองการทดสอบ โดยเป้าหมาย ± 5% ของค่าออกแบบ

การจัดสรรชั้น: สําคัญสําหรับการออกแบบหลายชั้น
พีซีบีอาร์ RF หลายชั้น (ชั้น 6 ∼ 12) ต้องการการจัดสรรที่แม่นยําเพื่อหลีกเลี่ยงการสื่อสารข้ามสายและวงจรสั้น ความผิดสภาพ 0.1 มิลลิเมตรสามารถเพิ่มการสูญเสียการใส่ 1dB ที่ 28GHz

เทคนิคการจัดสรร:

a. ภาพออนไลน์ในแต่ละชั้น โดยติดตามโดยระบบการมองเห็นระหว่างการละเมิน
b. การละเมิดเรียงลําดับ (ส่วนของอาคาร) เพื่อลดความผิดพลาดการจัดอันดับสะสม

ปัญหา: การขยายความร้อนระหว่างชั้น (เช่น PTFE และทองแดง) ส่งผลให้เกิดการไม่ตรงกันระหว่างการแข็ง

การแก้ไข:

a.สมอง CTE ของสับสราตและพรีเพ็ก (ตัวอย่างเช่นพรีเพ็ก Rogers 4450F กับ RO4350B)
b. ใช้แกนที่มี CTE ต่ํา (เช่น Arlon AD350A, CTE X/Y = 5?? 9ppm/°C) สําหรับการใช้งานด้านอากาศศาสตร์

ความแม่นยําของโครงสร้างกรอง: ปรับความถี่
เครื่องกรอง RF (band-pass, low-pass) จําเป็นต้องมีขนาดแม่นยําเพื่อบรรลุความถี่เป้าหมาย ความผิดพลาด 5μm ในความยาวของเครื่องประสานเสียงสามารถย้ายเครื่องกรอง 28GHz ไป 1GHz

คําแนะนําการผลิต:

a. ใช้การจําลอง 3 มิติ EM (เช่น ANSYS HFSS) เพื่อปรับปรุงการวางแผนกรองก่อนการผลิต
b. เครื่องกรองตัดเลเซอร์หลังการผลิต เพื่อปรับปรุงผลงานให้ละเอียด โดยบรรลุความแม่นยํา ± 0.5 GHz

การจัดการความร้อน: การจัดการพลังงานสูงใน RF PCBs
เครื่องเสริมพลังงาน RF และเครื่องรับเสียง RF สร้างความร้อนที่สําคัญถึง 10W / cm2 ในสถานีฐาน 5G. ถ้าไม่มีการจัดการความร้อนอย่างเหมาะสม, นี้สามารถทําลาย substrate Dk และสาเหตุความล้มเหลวของข้อผ่า.

เทคนิคการระบายความร้อน

ความท้าทาย: ช่องทางความร้อนในพื้นฐาน PTFE สามารถ delaminate ภายใต้การทําความร้อน / การทําความเย็นซ้ํา ๆ

การแก้ไข:

a. เติมช่องผ่านด้วย epoxy หรือทองแดงเพื่อปรับปรุงความสามารถในการนําความร้อนขึ้น 40%
b.ช่องทางอวกาศห่างกัน 2 มิลลิเมตร ภายใต้ส่วนประกอบร้อนเพื่อสร้างกรีดความร้อน

การจับคู่ CTE: ป้องกันความเครียดทางกล
การขยายความแตกต่างระหว่างวัสดุ (พื้นฐาน, ทองแดง, สะสม) สร้างความเครียดในระหว่างวงจรความร้อน เช่น PTFE (CTE Z = 200ppm/°C) และทองแดง (17ppm/°C) ขยายความเร็วที่แตกต่างกันมากการเสี่ยงผ่านการแตก.

การแก้ไข:

a. ใช้สับสราตประกอบ (ตัวอย่างเช่น Rogers RT/duroid 6035HTC) ที่มี CTE ที่ตรงกับทองแดง
b. เพิ่มเส้นใยแก้วให้กับ PTFE เพื่อลด CTE แกน Z 50%

กระบวนการผลิตพิเศษสําหรับ PCB RF ไมโครเวฟ
เครื่อง PCB ไมโครเวฟ RF ต้องการเทคนิคเฉพาะเพื่อตอบสนองความต้องการของวัสดุและความละเอียดที่พิเศษของพวกเขา

คลอมป้องกันการไหลเวียน: การควบคุมสับในแผ่นหลายชั้น
การออกแบบหลายชั้นแบบขั้นตอน (ทั่วไปในโมดูล RF) มีความเสี่ยงในการไหลผ่านสับในระหว่างการเลเมนต์ ซึ่งสามารถทําให้รอยติดเคียงสั้น

กระบวนการ:

a. ใช้เทป PTFE ความหนา 0.06 หนา 0.08 มม.
b. ปรับความร้อนที่ 220 °C ต่ํากว่า 350 psi เพื่อให้แน่ใจว่าการผูกพันที่เหมาะสมโดยไม่ละเอียด

การผสมผสาน: การผสมผสานวัสดุเพื่อค่าใช้จ่ายและผลงาน
PCBs แบบไฮบริด (เช่น FR4 สําหรับชั้นพลังงาน RO4350B สําหรับเส้นทาง RF) ประสานงานระหว่างค่าใช้จ่ายและผลงาน แต่ต้องการการแปรรูปอย่างละเอียด

ความท้าทายและการแก้ไข

a.CTE Mismatch: ใช้พรีเพ็กที่ไม่มีการไหลเพื่อลดการสลับชั้นให้น้อยที่สุด
b. ปัญหาการผูกพัน: ปรับปรุงพื้นผิว FR4 ด้วยพลาสมา เพื่อปรับปรุงการติดต่อกับพื้นฐาน RF

การทดสอบและการควบคุมคุณภาพ
PCBs ไมโครเวฟ RF ต้องการการทดสอบอย่างเข้มงวด เพื่อรับรองความสมบูรณ์แบบและความน่าเชื่อถือของสัญญาณ
การทดสอบหลักสําหรับ RF PCBs

คูปองการทดสอบ: การประกันคุณภาพการผลิต
รวมคูปองการทดสอบในแต่ละแผ่น เพื่อ:

a. ตรวจสอบความอับอัดและการสูญเสียการใส่
b.ตรวจสอบความแน่นของทองแดงและผ่านคุณภาพ
c. ยืนยันผลการทํางานของความร้อนในระบบพลังงาน

สอบถามเกี่ยวกับ RF Microwave PCB การผลิต
Q1: ทําไม PTFE ดีกว่า FR4 สําหรับการใช้งาน RF?
A: PTFE มี Dk ต่ํากว่า (2.1 เทียบกับ FR4 ต่ํากว่า 4.5) และ Df (0.001 เทียบกับ 0.025) ลดการสูญเสียสัญญาณ 60% ในระดับ 28GHz ที่สําคัญสําหรับการสื่อสารความถี่สูง

คําถามที่ 2: ไวอัสที่เจาะด้วยเลเซอร์ช่วยปรับปรุงการทํางาน RF ได้อย่างไร?
A: ไมโครวิอาที่เจาะด้วยเลเซอร์ (45μm) มีความอดทนที่แน่นกว่าเจาะกลไก, ลดการระตุ้นของปรสิต 50% และลดการสะท้อนสัญญาณให้น้อยที่สุด

คําถามที่ 3: สิ่งที่ทําให้ความไม่ตรงกันของอิเมพานด์ใน RF PCBs?
A: ความไม่ตรงกันมาจากการถักที่ไม่เท่าเทียมกัน (ความแตกต่างของความกว้างของร่องรอย) ความหนาของไฟฟ้าแบบไม่สม่ําเสมอ หรือผ่าน stubs การทดสอบ TDR ตรวจสอบปัญหาเหล่านี้ในช่วงต้น

Q4: ผมสามารถลดการกระแทกเสียงใน RF PCB ได้อย่างไร?
ตอบ: เพิ่มระยะระยะรอยให้ถึง 3 เท่าของความกว้างของร่องรอย ใช้ระนาบพื้นดินระหว่างชั้นสัญญาณ และเพิ่มร่องรอยป้องกันรอบเส้นทาง RF ที่มีความรู้สึก

Q5: ความกว้างของรอยขั้นต่ําสําหรับ PCB 100GHz คืออะไร?
A: การฉลากเลเซอร์ที่ก้าวหน้าสามารถบรรลุรอย 15μm ได้ แต่ 25μm เป็นที่ใช้ได้มากขึ้นสําหรับการผลิต เพื่อปรับความละเอียดและการผลิต

สรุป
การผลิต PCB ไมโครเวฟ RF ต้องการวิธีการครบวงจรในการเลือกวัสดุ การผลิตแม่นยํา และการจัดการทางความร้อน โดยแก้ปัญหาเช่นความมั่นคงของเยื่อการควบคุมอุปสรรค, และความเครียดทางความร้อน, วิศวกรสามารถผลิตพานที่รักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณที่ความถี่สูงถึง 100GHz

แนวปฏิบัติที่ดีหลักๆ ได้แก่

1การเลือกสับสราตที่ขาดทุนน้อย (โรเจอร์ส, PTFE) สําหรับการออกแบบความถี่สูง
2ใช้เลเซอร์เจาะและ LDI สําหรับความแม่นยําระดับไมครอน
3การนํามาใช้การจัดการความร้อนอย่างแข็งแกร่ง ด้วยสายไฟและทองแดงหนา
4การทดสอบด้วย TDR และ VNA เพื่อรับรองผลการทํางาน

ในขณะที่ 5G, ราดาร์รถยนต์ และระบบอากาศกําลังเคลื่อนย้ายไปสู่ความถี่ที่สูงขึ้น การทักษะความท้าทายเหล่านี้จะมีความสําคัญในการจัดส่ง PCB ไมโครเวฟ RF ที่มีความน่าเชื่อถือและมีประสิทธิภาพสูง

สําหรับผู้ผลิตการร่วมมือกับผู้เชี่ยวชาญ (เช่น LT CIRCUIT) ที่มีความเชี่ยวชาญในวัสดุ RF และกระบวนการความแม่นยํา.