- Blind-Vias, vergrabene Vias, Ultra-HDI-Leiterplatten
- Hochfrequenz-Leiterplattenmaterial mit geringen Verlusten
- TLY-5, RF35, RF-35TC, TSM-DS3, TLX-8, TLX-9
- RO4003, RO4350B, RO4835, RT/duroid 5870, RT/duroid 5880, RT/duroid 6002, TMM3, TMM4, TMM6, TMM10, TMM10i
HF-Leiterplatten
HF- und Mikrowellen-Leiterplatten verarbeiten Signale im Frequenzbereich von Megahertz bis Gigahertz (von sehr niedrigen bis extrem hohen Frequenzen). Diese Technologie kommt in Kommunikationssystemen zum Einsatz – von Mobiltelefonen bis hin zu militärischen Radarsystemen.
HF-/Mikrowellensignale reagieren äußerst empfindlich auf Störungen wie Rauschen, Übersprechen und Leistungseinflüsse.
Bei der Integration von HF-Technik in Leiterplatten sind zahlreiche Faktoren zu berücksichtigen:
● Hohe Bauteildichte
● Vielfältige Oberflächenveredelungsoptionen
● Spezifische Anforderungen an die Plattendicke
● Unterschiedlichste Zuverlässigkeitsanforderungen
● Wahl des geeigneten Substratmaterials
Zudem erfordern HF-/Mikrowellen-Designs oft spezielle Fertigungsausrüstung.
Benchuang Electronics fertigt hochwertige HF-Leiterplatten und Mikrowellen-Prototypen sowohl mit PTFE- als auch mit Nicht-PTFE-Materialien, um optimale Signalintegrität zu gewährleisten.
RF Mikrowellen Leiterplatten Fähigkeiten
Wir sind stolz auf unsere langjährige Ingenieurerfahrung sowie fortschrittliche Technologie und Ausrüstung, um jedes Projekt von der Layout-Phase bis zur Bestückung in unserer hochmodernen Fertigungsstätte zu realisieren. Dies umfasst die Herstellung und Fertigung von Hochfrequenz- (HF) und Mikrowellen Leiterplatten.
Leitfaden für den Entwurf von HF-Leiterplatten
Laden Sie unseren Leitfaden für den Entwurf von HF-Leiterplatten herunter
Um Fehler von Anfang an zu vermeiden, haben wir unseren Entwurfsleitfaden als Checkliste zusammengestellt.
Die Datei enthält eine Auflistung typischer Fertigungsmerkmale für HF-Leiterplatten. Die aufgeführten Merkmalsgrenzen sind nicht abschließend; unsere erfahrenen Ingenieure haben bereits mit allen Arten von Leiterplattenmaterialien gearbeitet und verfügen somit über das Wissen und die Expertise, um Empfehlungen zu geben und alle Ihre Fragen zu HF-Leiterplatten zu beantworten.
| Description | Production | Advanced |
|---|---|---|
| Inner Layer | ||
| Min.Trace/Space | 1.5mils / 1.5mils | 1.2mils / 1.5mils |
| Min. Copper Thickness | 1/3oz | 1/7 oz |
| Max. Copper Thickness | 10oz | 30oz |
| Min. Core Thickness | 2mils | 1.5mils |
| Line/ pad to drill hole | 7mils | 6mils |
| Line/ pad to board edge | 8mils | 7mils |
| Line Tolerance | +/-10% | +/-10% |
| Board Dimensions | ||
| Max. Finish Board Size | 19”X26” | 20”X28” |
| min. Finish Board Size | 0.2"X0.2" | 0.15"X0.15" |
| Max. Board Thickness | 0.300"(+/-10%) | 0.350"(+/-8%) |
| Min. Board Thickness | 0.007"(+/-10%) | 0.005"(+/-10%) |
| Lamination | ||
| Layer Count | 60L | 100L |
| Layer to Layer Registration | +/-4mils | +/-2mils |
| Drilling | ||
| Min. Drill Size | 6mils | 5mils |
| Min. Hole to Hole Pitch | 16mils(0.4mm) | 14mils(0.35mm) |
| True position Tolerance | +/-3mils | +/-2mils |
| Slot Diameter Tolerance | +/-3mils | +/-2mils |
| Min gap from PTH to track inner layers | 7mils | 6mils |
| Min. PTH edge to PTH edge space | 9mils | 8mils |
| Plating | ||
| Max. Aspect Ratio | 28:1 | 30:1 |
| Cu Thickness in Through hole | 0.8-1.5 mils | 2 oz |
| Plated hole size tolerance | +/-2mils | +/-1.5mils |
| NPTH hole tolerance | +/-2mils | +/-1mils |
| Min. Via in pad Fill hole size | 6mils | 4mils |
| Via in pad Fill Material | Epoxy resin/Copper paste | Epoxy resin/Copper paste |
| Outer Layer | ||
| Min. Trace/Space | 2mils / 2mils | 1.5mils / 1.5mils |
| Min. pad over drill size | 6mils | 5mils |
| Max. Copper thickness | 12 oz | 30 oz |
| Line/ pad to board edge | 8mils | 7mils |
| Line Tolerance | +/-15% | +/-10% |
| Metal Finish | ||
| HASL | 50-1000u” | 50-1000u” |
| HASL+Selective Hard gold | Yes | Yes |
| OSP | 8-20u” | 8-20u” |
| Selective ENIG+OSP | Yes | Yes |
| ENIG(Nickel/Gold) | 80-200u”/2-9 u” | 250u”/ 10u” |
| Immersion Silver | 6-18u” | 6-18u” |
| Hard Gold for Tab | 10-80u” | 10-80u” |
| Immersion Tin | 30u”min. | 30u” min. |
| ENEPIG (Ni/Pd/Au) | 125u"/4u"/1u” min. | 150u"/8u"/2u” min. |
| Soft Gold (Nickel/ Gold) | 200u”/ 20u”min. | 200u”/ 20u” |
| Solder Mask | ||
| S/M Thickness | 0.4mils min. | 2mils max. |
| Solder dam width | 4mils | 3mils |
| S/M registration tolerance | +/-2mils | +/-1.5mils |
| S/M over line | 3.5mils | 2mils / 2mils |
| Legend | ||
| Min. Space to SMD pad | 6mils | 5mils |
| Min. Stroke Width | 6mils | 5mils |
| Min. Space to Copper pad | 6mils | 5mils |
| Standard Color | White , Yellow, Black | N/A |
| Electrical Testing | ||
| Max. Test Points | 30000 Points | 30000 Points |
| Smallest SMT Pitch | 16mils(0.4mm) | 12mils(0.3mm) |
| Smallest BGA Pitch | 10mils(0.25mm) | 6mils(0.15mm) |
| NC Rout | ||
| Min. Rout to copper space | 8mils | 7mils |
| Rout tolerance | +/-4mils | +/-3mils |
| Scoring (V-cut) | ||
| Conductor to center line | 15mils | 15mils |
| X&Y Position Tolerance | +/-4mils | +/-3mils |
| Score Anger | 30o/45o | 30o/45o |
| Score Web | 10mils min. | 8mils min. |
| Beveling | ||
| bevel anger | 20-71o | 20-71o |
| Bevel Dimensional Tolerance | +/-10mils | +/-10mils |
| Impedance controll | ||
| Impedance controll | +/-10% | +/-7% |
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Einige dielektrische und thermische Eigenschaften von HF-Leiterplattenmaterialien
HF-Leiterplattenmaterialien
FR4-Materialien sind für HF-Übertragungsleitungen und Verbindungen bis zu WiFi-Frequenzen (~6 GHz) geeignet. Darüber hinaus empfehlen HF-Ingenieure alternative Materialien, um die HF-Signalausbreitung und gedruckte HF-Schaltungsdesigns zu unterstützen.
Standard-FR4-Laminate verwenden harzgefüllte Glasfasergewebe zur Bauteilbefestigung. Allerdings können diese Gewebeeffekte bei bestimmten Materialien Signal- und Leistungsintegritätsprobleme verursachen, wenn die Fertigungsverfahren nicht korrekt spezifiziert werden.
Alternative Materialsysteme nutzen PTFE-basierte Laminate und Bondply-Materialien, um eine PTFE-Schicht mit der nächsten Lage im Leiterplattenaufbau zu verbinden. Diese Materialien weisen einen geringeren Verlustfaktor (Loss Tangent) als FR4-Materialien auf, wodurch Signale weiter übertragen werden können, ohne unzulässig gedämpft zu werden.
Diese Laminate sollten das Substrat für HF-Übertragungsleitungen bei sehr hohen Frequenzen (z.B. 77-GHz-Radar) oder für sehr lange Verbindungen bei niedrigeren Frequenzen (z.B. 6-GHz-WiFi) bilden. Die folgende Tabelle fasst wichtige Materialeigenschaften gängiger HF-Leiterplattenmaterialien zusammen.
Dies ist keine vollständige Liste von Materialien für HF-Schaltungsplatinen, obwohl die oben genannten Materialien sehr verbreitet sind.
Eigenschaften von HF-Mikrowellen-Leiterplattenmaterialien
HF-Mikrowellen-Leiterplatten werden typischerweise aus hochwertigen Verbundmaterialien mit spezifischen Eigenschaften hinsichtlich Dielektrizitätskonstante (Er), Verlustfaktor (tan δ) und thermischem Ausdehnungskoeffizienten (CTE) gefertigt.
Hochfrequenz-Leiterplattenmaterialien mit einer niedrigen, stabilen Dielektrizitätskonstante und geringem Verlustfaktor ermöglichen im Vergleich zu Standard-FR4-Materialien eine Signalübertragung mit geringerer Impedanz. Diese Materialien können im gleichen Schichtaufbau kombiniert werden, um optimale Leistung und Wirtschaftlichkeit zu erreichen.
Hohe Stabilität in Hochtemperaturumgebungen bei Betrieb von sehr niedrigen bis sehr hohen Frequenzen
Präzise Platzierung feinster Bauelemente, in einigen Fällen sogar von Bare-Die-Aufbauten
Exakte Ausrichtung mehrerer Lagen und deren Strukturen in komplexen Leiterplattenlayouts
Beispielhafter Hybrid-Schichtaufbau mit Rogers-PTFE-Laminat
Invertierter 4-lagiger Schichtaufbau ausschließlich mit PTFE-Materialien
HF-Mikrowellen-Leiterplatten-Schichtaufbau
Nach der Auswahl der Laminat- und Bondply-Materialien für Ihr HF-Design ist es an der Zeit, diese in Ihren Schichtaufbau zu integrieren.
Zwar könnte man einen vollständigen mehrlagigen Leiterplattenaufbau ausschließlich mit HF-Materialien realisieren, doch dies ist in der Regel nicht erforderlich und oft unnötig kostspielig.
Eine praktikable Lösung stellt der Hybrid-Schichtaufbau dar, bei dem:
· Das HF-Laminat auf einer Deckschicht platziert wird, um HF-Übertragungsleitungen und Schaltungen zu unterstützen
· Die Innenlagen für Masseflächen, die Leitungsführung digitaler Signale sowie die Stromversorgung genutzt werden
· Die gegenüberliegende Lage digitale Bauelemente aufnehmen kann, die mit dem HF-Frontend verbunden sind, einschließlich ADCs zur Erfassung von HF-Signalen oder anderen Komponenten
Falls Ihr HF-Leiterplatten-Layout keinen digitalen Bereich benötigt, können Sie eine 2- oder 3-lagige Leiterplatte mit HF-Laminaten standardmäßiger oder annähernd standardmäßiger Dicke verwenden. Nach Festlegung der Leiterplattendicke und des Materialsystems muss die Impedanz Ihrer HF-Leitbahnen bestimmt werden.
Ein weiteres Beispiel ohne den oben gezeigten Hybrid-Materialmix ist in der folgenden Schichtaufbau-Tabelle dargestellt. In diesem Beispiel werden dickere Rogers-Kernmaterialien (RO4350B) auf den Außenlagen eingesetzt, um eine stabile Basis für die Signalführung auf der Oberflächenschicht mit Masse auf einer Innenlage zu schaffen. Die Zwischenlage besteht aus einem Bondply-Material (RO4450F) und fungiert als Prepreg, das die beiden Kerne miteinander verbindet.
Dies ist nur einer von vielen möglichen Schichtaufbau-Stilen in HF-Designs. Der entscheidende Punkt hier ist die Verwendung von Bondply-Lagen, die im Wesentlichen wie Prepregs in einem standardmäßigen Leiterplatten-Schichtaufbau fungieren.
Hybride HF Mikrowellen-Leiterplatte
Eine hybride mehrlagige Leiterplatte (PCB) ist eine Leiterplatte, die unterschiedliche Materialien verwendet, um die elektrische Leistung zu optimieren und die Systemzuverlässigkeit für Hochfrequenz-HF-Anwendungen zu verbessern. Die größte Herausforderung bei der Herstellung dieser Art von Leiterplatte besteht darin, die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) der verschiedenen Schaltungsmaterialien sowohl während der Leiterplattenfertigung als auch bei der Baugruppenmontage zu handhaben.
Typischerweise umfassen diese Designs eine Kombination aus FR-4-Material und PTFE-Laminaten, die es dem Konstrukteur ermöglicht, sowohl HF-Funktionalität als auch digitale Funktionalität auf derselben Leiterplatte zu verdichten. Dies kann sowohl den Platzbedarf des Geräts als auch die Kosten reduzieren.
Alle weltweit führenden Laminathersteller wie Isola, Rogers, Arlon und Taconic haben umfangreiche technische Informationen zu den Eigenschaften und der Leistung ihrer Laminate veröffentlicht. In den folgenden Abschnitten werden wir einige der von uns bereitgestellten Möglichkeiten sowie einige zu vermeidende Punkte beim Entwurf einer hybriden HF-Leiterplattenschaltung aufzeigen.
Überlegungen zur Konstruktion hybrider HF-Leiterplatten-Laminate
Bei der Herstellung einer Leiterplatte mit unterschiedlichen Materialien ist es von entscheidender Bedeutung, sowohl über Erfahrung mit den physikalischen Eigenschaften der Laminate als auch mit den Fähigkeiten Ihrer Ausrüstung zu verfügen. Basierend auf den CTE-Werten (Wärmeausdehnungskoeffizienten) aller Materialschichten (z.B. FR4, PTFE und Kupfer) dehnt sich jedes Material bei thermischer Belastung (z.B. während der Laminierung) unterschiedlich stark aus. Dies kann zu erheblichen Passerproblemen führen, wenn sich ein Material zusammenzieht, während sich ein anderes ausdehnt, und kann auch zur Delamination der Kupfer-Substrat-Grenzflächen führen. Daher sollten nicht alle Materialien in hybriden Anwendungen eingesetzt werden, da sie unabhängig von der gewünschten Leistung nicht fertigbar sind.
Eine frühzeitige Zusammenarbeit mit Ihrem Leiterplattenhersteller während des Designprozesses führt zu den besten Ergebnissen, da dieser am besten weiß, welche Materialien optimal zusammenwirken. Beispielsweise ist Rogers 5880 ein hervorragendes HF-Material für hochzuverlässige Anwendungen. Die größte Herausforderung bei diesem Material besteht darin, dass es sich nach dem Ätzen des Kupfers zusammenzieht (schrumpft), sodass der Hersteller verstehen muss, wie dies in seinem Prozess funktioniert, um dieses Problem zu kompensieren.
Hybride Konstruktionen beinhalten typischerweise ein verlustarmes Material wie Nelco oder Rogers in Kombination mit einem anderen Kernmaterial wie FR-4.
Herausforderungen bei hybriden Mikrowellen-Leiterplatten-Schichtaufbauten
Ein wesentlicher Aspekt jeder HF-/Mikrowellenanwendung ist die Fähigkeit, die spezifischen Toleranzen eines Designs einzuhalten, um die erforderlichen Frequenzen zu erreichen. Eine der größten Herausforderungen bei der Steuerung des Schichtaufbaus eines Hybriddesigns besteht darin, die geforderte Gesamtdicke konsistent von Panel zu Panel und in einigen Anwendungen sogar von Stück zu Stück einzuhalten. Da mehr als ein Materialtyp verwendet wird, kommen auch mehrere Prepreg-Typen (Klebesysteme) zum Einsatz, um das Design zu laminieren.
Viele HF-Designs weisen HF-Signallagen mit großen offenen (nicht kupfergefüllten) Bereichen nach dem Ätzen auf. Ein Hersteller wird verschiedene Techniken anwenden, um eine ausreichende Isolierung zwischen den Lagen und eine gleichmäßige Gesamtdicke sicherzustellen.
In vielen Fällen ist ein No-Flow-FR-4-Prepreg die beste Lösung, um die Dicke gleichmäßig zu halten. Dies kann jedoch Material zum Gesamtschichtaufbau hinzufügen und die elektrischen Eigenschaften des gesamten Aufbaus verändern.
RF-Leiterplatten-Materialbestand
Aufgrund der vielfältigen Anforderungen jeder RF-Leiterplattenanwendung haben wir Partnerschaften mit führenden Materiallieferanten wie Rogers, Arlon, Nelco und Taconic aufgebaut, um nur einige zu nennen. Obwohl viele der Materialien sehr spezialisiert sind, führen wir bedeutende Lagerbestände von Produkten der Serien Rogers (4003 & 4350) und Arlon in unserem Lager. Nur wenige Unternehmen sind bereit, dies angesichts der hohen Kosten für die Vorhaltung von Lagerbeständen zu tun, um schnell reagieren zu können.
Hochtechnologie-Leiterplatten, die mit Hochfrequenzlaminaten gefertigt werden, können schwierig zu designen sein, aufgrund der Empfindlichkeit der Signale und der Herausforderungen beim Management des Wärmetransfers in Ihrer Anwendung. Die besten Hochfrequenz-Leiterplattenmaterialien weisen eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf im Vergleich zu den Standard-FR-4-Materialien, die in herkömmlichen Leiterplatten verwendet werden.
RF- und Mikrowellensignale sind sehr empfindlich gegenüber Rauschen und haben viel engere Impedanztoleranzen als traditionelle digitale Leiterplatten. Durch die Verwendung von Masseflächen und großzügigen Biegeradien bei impedanzkontrollierten Leiterbahnen kann das Design auf die effizienteste Weise optimiert werden.
Da die Wellenlänge einer Schaltung frequenz- und materialabhängig ist, können Leiterplattenmaterialien mit höheren Dielektrizitätskonstanten (Dk-Werten) zu kleineren Leiterplatten führen, da miniaturisierte Schaltungsdesigns für spezifische Impedanz- und Frequenzbereiche verwendet werden können. Oft werden Hoch-Dk-Laminate (Dk von 6 oder höher) mit kostengünstigeren FR-4-Materialien kombiniert, um hybride Mehrlagen-Designs zu erstellen.
Das Verständnis des Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE), der Dielektrizitätskonstante, des thermischen Koeffizienten, des Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten (TCDk), des Verlustfaktors (Df) sowie weiterer Parameter wie relative Permittivität und Verlusttangens der verfügbaren Leiterplattenmaterialien hilft dem RF-Leiterplatten-Designer, ein robustes Design zu erstellen, das die geforderten Erwartungen übertrifft.
Herstellungs- und Testaspekte von RF-Leiterplatten
Bei der Entwicklung von RF-Leiterplatten ist es entscheidend, Fertigungs- und Testaspekte zu berücksichtigen, um eine erfolgreiche Produktion und zuverlässige Leistung zu gewährleisten. Eine enge Zusammenarbeit mit dem Leiterplattenhersteller wird empfohlen, um spezifische Fertigungsanforderungen zu klären.
Der Fertigungsprozess muss die erforderlichen Toleranzen für Hochfrequenzdesigns einhalten. Kontrollierte Impedanztests und die Überprüfung des Schichtaufbaus sind wesentliche Schritte, um sicherzustellen, dass das Design den gewünschten Spezifikationen entspricht.
Tests nach der Fertigung sind entscheidend, um die Leistung der RF-Leiterplatte zu verifizieren. Testverfahren wie Time-Domain-Reflektometrie (TDR) können Impedanzabweichungen, Signalreflexionen oder andere Signalintegritätsprobleme identifizieren. Die Prüfung von HF-Schaltungen mit geeigneten Instrumenten wie Netzwerkanalysatoren, Spektrumanalysatoren und Vektorsignalanalysatoren kann die Leistung des Designs validieren.
Einstieg in HF- und Mikrowellenleiterplatten
- Blind-Vias, vergrabene Vias, Ultra-HDI-Leiterplatten
- Hochfrequenz-Leiterplattenmaterial mit geringen Verlusten
- TLY-5, RF35, RF-35TC, TSM-DS3, TLX-8, TLX-9
- RO4003, RO4350B, RO4835, RT/duroid 5870, RT/duroid 5880, RT/duroid 6002, TMM3, TMM4, TMM6, TMM10, TMM10i