Как установить стабильную производительность в ГГц на доске размером с миниатюрный ноготь?Для инженеров, работающих над радиочастотными интерфейсами, питающими антеннами и микроволновыми модулями, это ежедневная задача.

В этой статье используется недавно завершенный двухслойный высокочастотный ПКБ, построенный на Rogers RT/duroid 6202, измеряющий всего 42,36 мм × 21,9 мм, как линза для исследования материала, сборки,и производственные решения, которые делают компактные RF конструкции работают.

Основной компромисс: размер против целостности сигнала

Когда доска маленькая, каждый вариант конструкции соединяется. Ширины следов сокращаются, что затрудняет контроль импеданса. Толщина доски падает, что влияет на механическую жесткость и через соотношение сторон.Плотность компонентов падает, но производительность соединителей становится пропорционально более важной.

В компактном радиочастотном дизайне вопрос редко "какой материал лучше?" Это "какой материал подходит для этой частоты, этого отпечатка и этого бюджета?"" Попасть в этот баланс неправильно означает либо платить за выступления, которые тебе не нужны, или потеря целостности сигнала, которую вы не можете себе позволить.

Как выбрать подходящий высокочастотный ламинат

RT/duroid 6202 принадлежит к семейству ламинатов с низкой потерью и низким содержанием Dk с ограниченной армировкой из тканого стекла.

Диэлектрическая постоянная и толщина

Одна из самых важных вещей, которую нужно понимать о 6202, это то, что его Dk варьируется в зависимости от толщины.

• 0.005" ламинат: Dk 3,06 ± 0.04

• 0.010" и 0,015" ламинат: Dk 3,02 ± 0.04

• 0.020" и выше: Dk 2,94 ± 0.04

Это имеет значение, потому что импеданс является функцией геометрии следов и Dk. Если вы проектируете 50-охмную линию на 20-миллиметровой подложке, вы работаете с Dk 2.94Если вы перейдете на более тонкую ламинатную поверхность без пересчета, ваш импеданс будет смещаться.

Потеря и тепловая стабильность

Коэффициент рассеивания 6202 составляет 0,0015 при 10 ГГц/23°С. Для контекста стандартный FR-4 находится около 0,02 ′′ больше, чем на порядок выше.,эта разница значительна.

Тепловая стабильность также имеет значение. Тепловой коэффициент Dk составляет 5 ppm/°C при 10 ГГц в диапазоне от -50 до +150°C. CTE составляет 15 ppm/°C в X и Y, 30 ppm/°C в Z (-55 до 288°C) хорошо сочетается с меди.Td 500°C TGAТеплопроводность составляет 0,68 Вт/м/К. Поглощение влаги составляет 0,04%, а материал имеет UL 94-V0.

Устойчивость измерений: скрытое преимущество

Возможно, наиболее недооцененным свойством 6202 является его стабильность измерений: от 0,05 до 0,07 миллиметров/дюйм.

Когда вы гравите 4/7 миллилитровые следы, небольшие изменения измерений во время обработки могут вытеснить следы из допустимой нормы.Многие материалы требуют двойного гравировки для достижения узких позиционных толерантностиС 6202 этот дополнительный шаг часто является ненужным, что означает более быструю обработку, более низкую стоимость и меньше возможностей для ошибок.

Конструкция сборки для компактных радиочастотных плат

В этом примере доска использует простую двухслойную сборку:

• Медный слой 1: 35 мкм

• Rogers RT/duroid 6202 субстрат: 20 миллиметров (0,508 мм)

• Медный слой 2: 35 мкм

Толщина готовой доски составляет 0,6 мм, с 1 унцией (1,4 миллиметра) меди на внешних слоях.

Почему этот набор работает

Для двухслойной радиочастотной платы, простота является особенностью.20-миллиметровая подложка обеспечивает достаточную толщину для разумной ширины следа при 50 омах, сохраняя общую доску достаточно тонкой для компактных корпусов.

Выбор ENIG в качестве поверхностной отделки также является преднамеренным. ENIG обеспечивает плоскую, сплошную поверхность, важная для тонкой сборки SMT и надежной сварки.Он также предлагает хорошую коррозионную стойкость и длительный срок годности по сравнению с отделками, такими как OSP или погружение серебра.

Односторонняя обработка

На этой доске используется верхняя шелкопряжка (белая) и верхняя сварная маска (зеленая), но нет нижней шелкопряжки или сварной маски.Это распространенный подход в радиочастотных модулях, где нижняя сторона должна напрямую контактировать с металлическим корпусом или теплоотводомУдаление сварной маски с этой стороны обеспечивает правильный тепловой и электрический контакт.

Учитывания по производству для радиочастотных плат с тонкими характеристиками

Детали конструкции этой доски рассказывают историю о точности изготовления:

• Минимальный след/пространство: 4/7 миллилитров

• Минимальный размер отверстия: 0,4 мм

• Толщина готовой доски: 0,6 мм

• Толщина покрытия: 20 мкм

• 100% электрическое испытание перед отправкой

Проблема тонких досок

При толщине 0,6 мм эта доска достаточно тонкая, чтобы изгибаться во время обработки и обработки.которые могут повлиять на регистрацию и целостность следовРазмерная стабильность 6202 помогает смягчить это, но контроль процесса все равно имеет значение.

Прямые следы на тонких подложках

4/7 миллиметров следа/пространство на 0,6 миллиметровой доске требует тщательного контроля параметров гравировки.Тот факт, что 6202 часто исключает необходимость двойного гравирования значительно упрощает это уравнение..

Через надежность

При минимальном размере отверстия 0,4 мм и толщине покрытия 20 мкм надежность зависит от однородности покрытия и адгезии.через производительность также влияет на пути возвращения на землю и качество запуска сигналаПравильная конструкция, включая надлежащие наземные каналы вблизи переходов сигнала, необходима для поддержания целостности сигнала.

Приложения, требующие такого подхода

RT/duroid 6202 обычно используется в:

• Антенны фазового массива

• Наземные и воздушные радиолокационные системы

• Антенны GPS

• Мощные задние самолеты

• Системы предотвращения столкновений коммерческих авиакомпаний

• Сети формирования пучков

Эти приложения имеют общие требования: стабильная радиочастотная производительность при различных температурах, низкая потеря сигнала и надежная работа в сложных условиях.Компактная двухслойная доска, подобная описанной здесь, естественно вписывается в эти системы, особенно там, где пространство ограничено, и каждый дБ сигнала имеет значение.

Ключевые советы для вашего следующего радиочастотного дизайна

1- Сопоставьте ДК с вашим набором.Не предполагайте, что Dk ламината является постоянным в любой толщине. Проверьте значение для вашей конкретной толщины подложки, прежде чем завершить геометрию следов.

2Подумайте о стабильности измерений.Если в конструкции используются мелкие следы, материал с низким сокращением гравировки может сэкономить вам процесс обработки и снизить риск.

3Держите двухслойные сборки простыми.Для многих радиочастотных приложений достаточно одного диэлектрического слоя с управляемым импедансным маршрутизацией.

4Планируйте поверхность вокруг сборки.ENIG является сильным по умолчанию для тонкого SMT и соединения проволоки.

5- Проверить 100% перед отправкой.Для радиочастотных панелей электрическое испытание не является необязательным. Открытая и краткая проверка во всех сетях гарантирует, что то, что вы получаете, соответствует тому, что вы разработали.

Заключительные мысли

Конструкция компактных радиочастотных батарей - это балансирующее действие. Свойства материала, выбор стека и возможности производства взаимодействуют.2-слойный RT/duroid 6202 с 4/7 миллиметровыми следами и ENIG-окончанием показывает, как эти факторы сочетаются на практике.

Если вы работаете над аналогичным высокочастотным проектом и хотите обсудить выбор материала, варианты набора или возможность производства, не стесняйтесь обращаться.Мы всегда рады просмотреть файлы Гербера и обсудить, что возможно..