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常见问题

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高频板——电磁频率较高的特种线路板
2023-02-15
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电磁频率较高的特种线路板,一般来说,高频可定义为频率在1GHz以上。其各项物理性能、精度、技术参数要求非常高,常用于汽车防碰撞系统、卫星系统、无线电系统等领域。电子设备高频化是发展趋势,尤其在无线网络、卫星通讯的日益发展,信息产品走向高速与高频化,及通信产品走向容量大速度快的无线传输之语音、视像和数据规范化。因此发展的新一代产品都需要高频基板,卫星系统、移动电话接收基站等通信产品必须应用高频电路板,在未来几年又必然迅速发展,高频基板就会大量需求。


(1)高频电路板基材与铜箔的热膨胀系数一定要是一致的,如果不一致的话会在冷热变化过程中造成铜箔分离。

(2)高频电路板基材吸水性要低,吸水性高就会在受潮时造成介电常数与介质损耗。

(3)高频电路板基材介电常数(Dk)一定得小而稳定,一般来说是越小越好,信号的传送速率与材料介电常数的平方根成反比,高介电常数容易造成信号传输延误。

(4)高频电路板基板材料介质损耗(Df)必须小,这主要影响到信号传送的品质,介质损耗越小使信号损耗也越小。

(5)高频电路板基板材料其它耐热性、抗化学性、冲击强度、剥离强度等亦必须良好。一般来说,高频可定义为频率在1GHz以上。目前较多采用的高频电路板基材是氟糸介质基板,如聚四氟乙烯(PTFE),平时称为特氟龙,通常应用在5GHz以上。另外还有用FR-4或PPO基材,可用于1GHz~10GHz之间的产品。


现阶段所使用的环氧树脂、PPO树脂和氟系树脂这三大类高频电路板基板材料,以环氧树脂成本最便宜,而氟系树脂最昂贵,而以介电常数、介质损耗、吸水率和频率特性考虑,氟系树脂最佳,环氧树脂较差。当产品应用的频率高过10GHz时,只有氟系树脂印制板才能适用。显而易见,氟系树脂高频基板性能远高于其它基板,但其不足之处除成本高外是刚性差,及热膨胀系数较大。对于聚四氟乙烯(PTFE)而言,为改善性能用大量无机物(如二氧化硅SiO2)或玻璃布作增强填充材料,来提高基材刚性及降低其热膨胀性。


另外因聚四氟乙烯树脂本身的分子惰性,造成不容易与铜箔结合性差,因此更需与铜箔结合面的特殊表面处理。处理方法上有聚四氟乙烯表面进行化学蚀刻或等离子体蚀刻,增加表面粗糙度或者在铜箔与聚四氟乙烯树脂之间增加一层粘合膜层提高结合力,但可能对介质性能有影响,整个氟系高频板基板的开发,需要有原材料供应商、研究单位、设备供应商、PCB制造商与通信产品制造商等多方面合作,以便跟上高频电路板这一领域快速发展的需要。


高频线路板特点

1、阻抗控制要求比较严格,相对线宽控制的很严格,一般公差百分之二左右。

2、由于板材特殊,所以PTH沉铜时的附着力不高,通常需要借助等离子处理设备等先对过孔及表面进行粗化处理,以增加PTH孔铜和阻焊油墨的附着力。

3、做阻焊之前不能磨板,不然附着力会很差,只能用微蚀药水等粗化。

4、板材多数是聚四氟乙烯类的材料,用普通铣刀成型会有很多毛边,需专用铣刀。

5、高频PCB是电磁频率较高的特种电路板,一般来说高频可定义为频率在1GHz以上。


高频板材材料

在选择用于高频电路的PCB基板时,要特别考察材料DK,在不同频率下的变化特性。而对于侧重信号高速传输方面的要求,或特性阻抗控制要求,则重点考察DF及其在频率、温湿度等条件下的性能。一般型基板材料在频率变化的条件下,表现出DK、DF值变化较大的规律。特别是在l MHz到l GHz的频率内,它们的DK、DF值的变化更加明显。

例如,一般型环氧树脂一玻纤布基的基板材料(一般型FR-4)在lMHz的频率下的DK值为4.7,而在lGHz的频率下的DK值变化为4.19。超过lGHz以上,它的DK值的变化趋势于平缓。其变化趋势是随着频率的增高,而变小(但变化幅度不大),例如在l0GHz下,一般FR一4的DK值为4.15,具有高速、高频特性的基板材料在频率变化的情况下,DK值变化较小,自lMHz到lGHz的变化频率下,DK多保持在0.02范围的变化。其DK值在由低到高不同频率条件下,略微有下降的趋向。


一般型基板材料的介质损失因子(DF),在受到频率变化(特别是在高频范围内的变化)的影响而产生DF值的变化要比DK大。其变化规律是趋于增大,因此,在评价一种基板材料的高频特性时,要对其考察的重点是它的DF值变化情况。具有高速高频特性的基板材料,在高频下变化特性方面,一般型基板材料存在着两类明显的不同的两类:一类是随着频率的变化,它的(DF)值变化甚小。还有一类是在变化幅度上与一般型基板材料尽管相近,但它本身的(DF)值较低。


高频电路性能指标

高频的小信号放大有谐振放大和宽带放大两种电路形式,性能指标主要包括如下几项。

1、增益:高频电路与低频电路一样,有电压增益和功率增益的指标。对于谐振放大电路,是指在谐振频率f0处,对于宽带放大电路,是指在一段频率泡围。

2、通频带:与低频电路概念相似,对于谐振放大电路,通频带是指相对于谐振频率f0,归一化幅竟下降到0.707的两个对应频率之差,对于宽带放大电路,则是相对于一段频率的相应定义。

3、选择性:选择性主要针对谐振放大电路,表征电路选择有用信号抑制无用信号的能力,通常用矩形系数和抑制比来衡量,都是基于电路的谐振特性曲线。

4、噪声系数:放大电路工作时,由于种种原因会产生载流的不规则运动,在电路内部形成噪声,使信号质量受到影响。这种影响通常用信号功率Ps与噪声功率Pn之比(简称信噪比)来描述。噪声系数定义为输入信噪比与输出信噪比之比。

5、稳定性:高频放大电路的稳定性是指工作状态或条件发生变化时,其主要性能的稳定程度。例如,环境温度的改变或电源电压的波动,会影响放大电路的直流工作状态,电路元件参数也会改变,导致放大电路增益发生变化,中心频率偏移,谐振曲线畸变。甚至产生自激而完全不能工作。


高频电路接地原则

对于工作频率较高的电路和数字电路,由于各元器件的引线和电路的布局本身的电感都将增加接地线的阻抗,因而在低频电路中广泛采用的一点接地的方法。若用在高频电路容易增加接地线的阻抗,而且地线问的杂散电感和分布电容也会造成电路间的相互耦合,从而使电路工作不稳定。


为了降低接地线阻抗及其减少地线间的杂散电感和分布电容造成电路间的相互耦合。高频电路采用就近接地,即多点接地的原则,把各电路的系统地线就近接至低阻抗地线上,一般来说,当电路的工作频率高于10MHz时,应采用多点接地的方式。由于高频电路的接地关键是尽量减少接地线的杂散电感和分布电容,所以在接地的实施方法上与低频电路有很大的区别。

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