Hochfrequente PCB für HF-Anwendungen: Der ultimative Leitfaden für Herstellung und Design (2024)

Im Zeitalter von 5G, IoT und Radarsystemen sind Hochfrequenz-PCBs die unbekannten Helden der schnellen, zuverlässigen drahtlosen Kommunikation.Diese spezialisierten Platten übertragen HF-Signale (300 MHz~300 GHz) mit minimalem Verlust, jedoch nur, wenn sie ordnungsgemäß konzipiert und hergestellt werden.Ein einziger Fehler (z.B. falsches Material, schlechte Impedanz-Matching) kann das Signal einer 5G-Basisstation in Verwirrung bringen oder ein Radarsystem nutzlos machen.

Die Einsätze sind hoch, aber auch die Vorteile: Gut gestaltete Hochfrequenz-PCBs liefern 3x weniger Signalverlust, 50% weniger EMI und 2x mehr Lebensdauer als Standard-PCBs.Dieser Leitfaden beschreibt alles, was Sie wissen müssen, von der Auswahl von Materialien mit geringem Verlust (wie Rogers RO4003C) bis hin zur Beherrschung von Impedanz-Matching und AbschirmungEgal, ob Sie ein 5G-Modul oder ein Satelliten-HF-System bauen, dies ist Ihre Fahrkarte zum Erfolg.

Wichtige Erkenntnisse
1.Material ist Make-or-Break: Wählen Sie Substrate mit niedriger Dielektrikkonstante (Dk: 2,2 ∼3,6) und Verlusttangente (Df < 0,005) aus, um Signalverlust zu minimieren ∼Rogers RO4003C (Dk=3.38, Df=0,0027) ist der Goldstandard für RF.
2.Impedanz-Matching ist nicht verhandelbar: 50Ω kontrollierte Impedanzspuren beseitigen Signalreflexionen und halten den VSWR <1,5 (kritisch für 5G/mmWave).
3.Fertigungspräzisionsfragen: Laserbohrungen (für Mikrovia) und SAB-Bindungen (Schalenfestigkeit: 800~900 g/cm) sorgen für zuverlässige Verbindungen mit geringem Verlust.
4.Schirmung verhindert Störungen: Feste Bodenflächen + Metallschirmdosen reduzieren EMI um 40% und Crosstalk um 60% bei überfüllten HF-Designs.
5.LT CIRCUIT's Edge: Ihr IPC-Klasse 3-zertifiziertes Verfahren und Rogers/Megtron-Materialien liefern PCBs mit einem Signalverlust von < 0,7 dB/in bei 10 GHz.

Teil 1: Herstellungsmöglichkeiten für Hochfrequenz-PCB
Hochfrequente PCBs sind nicht nur "schneller" Standard-PCBs, sie erfordern spezielle Prozesse, Materialien und Qualitätskontrolle, um HF-Signale zu verarbeiten.Im Folgenden wird beschrieben, wie Hersteller wie LT CIRCUIT zuverlässige, mit niedrigem Verlust.

1.1 Spezialisierte Ausrüstung und Verfahren
Die RF-PCBs verlangen eine Präzision, die über die von Standard-PCB-Maschinen hinausgeht.

Beispiel: LT CIRCUIT verwendet Laserbohrer, um 6 Millimeter Mikrovia für 5G-PCBs zu erzeugen. Dies ermöglicht es ihnen, 2 mal mehr HF-Spuren in den gleichen Raum zu bringen, während SPC die Impedanz über 10.000+ Boards hinweg konstant hält.

1.2 Materialwahl: geringer Verlust = starke HF-Signale
Das Substrat (Basismaterial) eines Hochfrequenz-PCB beeinflusst den Signalverlust direkt.
a. Niedrige dielektrische Konstante (Dk): 2,2 ∼ 3,6 (langsamere Signalverbreitung = weniger Verlust).
b.Tangenz niedrigerer Verluste (Df): < 0,005 (weniger Energie als Wärmeverschwendung).
c. hoher Glasübergang (Tg): > 180°C (Stabilität in Hochtemperatur-HF-Systemen wie Basisstationen).

Hier ist, wie sich die Top-HF-Materialien stapeln:

Kritische Warnung: Ansprüche von Herstellern entsprechen oftmals nicht der tatsächlichen Leistung.Tests zeigen, dass das gemessene Df um 33~200% höher sein kann als angekündigt. Bitte immer nach Testdaten von Drittanbietern (LT CIRCUIT stellt dies für alle Materialien bereit).

1.3 Fortgeschrittenes Binden und Lamieren
Eine schlechte Bindung verursacht Delamination (Schichttrennung) und Signalverlust in RF-PCBs. Moderne Methoden wie SAB (Surface Activated Bonding) lösen dies:
a.Wie es funktioniert: Plasma behandelt LCP (Liquid Crystal Polymer) und Kupferoberflächen und schafft chemische Bindungen ohne Klebstoff.
b.Ergebnisse: Schälfestigkeit von 800 ‰ 900 g/cm (gegenüber 300 ‰ 400 g/cm bei herkömmlicher Verklebung) und Oberflächenrauheit < 100 nm (verringert den Leitverlust um das Dreifache).
c. XPS-Analyse: Bestätigt “Ballbruch“ im Laminat (nicht an der Bindungslinie) “Beweis für langfristige Zuverlässigkeit.

Die Lamination erfordert auch Präzision:
a. Druck/Temperatur: 200 ‰ 400 PSI bei 170 ‰ 190 °C für Rogers-Materialien, um Luftsäcke zu vermeiden (die Signalreflexionen verursachen).
b. Dielektrische Einheitlichkeit: Dickenvariation < 5% zur Erhaltung der Impedanzkonstanz ‧kritisch für 50Ω-HF-Spuren.

1.4 Qualitätskontrolle: HF-Prüfung
Standard-PCB-Tests reichen für RF nicht aus, man braucht spezielle Kontrollen, um die Signalintegrität zu gewährleisten:

LT CIRCUIT führt alle diese Tests für jede RF-PCB-Charge durch. Ihre 99,8% Ertragsrate ist 2x höher als der Branchendurchschnitt.

Teil 2: Konstruktionsüberlegungen für HF-Hochfrequenz-PCBs
Auch die beste Fertigung kann ein schlechtes Design nicht reparieren. HF-PCBs benötigen Layout-, Erdungs- und Routing-Strategien, die auf hohe Frequenzen zugeschnitten sind.

2.1 Impedanzgleichstellung: Signalabweichungen beseitigen
Impedanzfehler sind die Hauptursache für den Verlust von HF-Signalen. Für die meisten HF-Systeme (5G, Wi-Fi, Radar) ist das Ziel eine 50Ω kontrollierte Impedanz, die der Quelle (z. B. HF-Chip) und der Last (z. B. Antenne) entspricht.

Wie man eine Impedanz von 50Ω erreicht
1.Verwenden Sie Impedanzrechner: Werkzeuge wie der Polar SI9000 berechnen die Spurenbreite/Abstand auf der Grundlage:
a. Substrat Dk (z. B. 3,38 für Rogers RO4003C).
b. Spurendicke (1 oz = 35 μm).
c. Dielektrische Dicke (0,2 mm für Vierschicht-PCBs).
2- Wählen Sie die Geometrie der Spuren:
a.Microstrip: Spuren auf der oberen Schicht, Bodenebene darunter (einfach herzustellen, gut für 1 ′ 10 GHz).
b.Stripline: Spuren zwischen zwei Bodenebenen (bessere Abschirmung, ideal für > 10 GHz/mmWave).
3.Vermeiden Sie Impedanzunterbrechungen:
a. Keine scharfen Biegen (verwenden Sie 45°-Winkel oder Kurven) 90°-Biegen verursachen bei 28 GHz einen Verlust von 0,5°1 dB.
b. Abstimmungsspurenlängen für Differenzpaare (z. B. 5G mmWave) zur Vermeidung von Phasenverschiebungen.

Beispiel: Ein 50Ω Mikroband auf Rogers RO4003C (0,2 mm Dielektrikum) benötigt eine Spurbreite von 1,2 mm. Jede Variation (>±0,1 mm) verursacht Impedanz zum Drift, was den Rückverlust erhöht.

2.2 Erdung und Abschirmung: EMI- und Crosstalk-Stopp
HF-Signale sind störempfindlich. Eine gute Erdung und Abschirmung reduzieren die EMI um 40% und das Crosstalk um 60%.

Best Practices zu begründen
a.Feste Bodenflächen: Über 70% des ungenutzten Raumes mit Kupfer bedecken. Dadurch erhalten HF-Signale einen Rückweg mit geringer Impedanz (kritisch für 5G).
b.Ein-Punkt-Erdung: Anschließen von analogen und digitalen Erdungen an nur einem Punkt (Vermeidung von Lärm verursachenden Erdungsschleifen).
c. Bodennahtvias: Platzieren Sie alle 5 mm entlang der Bodenflächenkante Vias, wodurch ein "Faraday-Käfig" entsteht, der externe EMI blockiert.

Schutzstrategien

Pro Tipp: Für 5G-PCBs legen Sie vor der Vermittlung digitaler Spuren Abschirmkanister über HF-Transceiver, damit empfindliche HF-Pfade nicht mit lauten digitalen Signalen überquert werden.

2.3 Layout-Optimierung: Minimierung des Signalverlustes
Der Verlust von HF-Signalen steigt mit der Spurlänge. Optimieren Sie Ihr Layout, um Wege kurz und direkt zu halten.

Wichtige Layout-Regeln
1.RF-Route zuerst: Priorisierung von RF-Spuren (gehalten <50 mm bei 28 GHz) vor digitalen / Leistungsspuren.

2. getrennte Signaldomänen:
Haltet HF-Spuren 3x ihre Breite von digitalen Spuren entfernt (z. B. benötigt eine 1,2 mm große HF-Spur eine Lücke von 3,6 mm).
Die Leistungskomponenten (Regler) von den HF-Teilen entfernt zu platzieren ̇ Schaltgeräusche von Reglern stören die HF-Signale.

3.Schichtstapelung für HF:
4-Schicht: Oben (RF-Spuren) → Oben 2 (Boden) → Oben 3 (Leistung) → Oben (Digital).
8-Schicht: Hinzufügen von inneren HF-Schichten für dichte Konstruktionen (z. B. Satellitentransceiver) mit Bodenebenen dazwischen.

Komponentenplatzierung
a.Gruppen von HF-Komponenten: Antennen, Filter und Transceiver nahe beieinander platzieren, um die Spurenlänge zu minimieren.
b.Vermeiden Sie Durchgänge in HF-Strecken: Jede Durchgänge führt zu einem Verlust von 0,1 ∼0,3 dB bei 10 GHz – verwenden Sie bei Bedarf blinde/begrabene Durchgänge.
c. Orientierungskomponenten für kurze Spuren: Ausrichtung von HF-Chips, so dass ihre Pins auf die Antenne ausgerichtet sind, wodurch die Spurenlänge um 20% reduziert wird.

2.4 Trace-Routing: Vermeiden Sie häufige HF-Fehler
Selbst kleine Routingfehler können die RF-Leistung ruinieren.
a.Parallele Spuren: Durch die parallele Ausführung von HF- und digitalen Spuren entsteht, wenn sie sich kreuzen müssen, eine 90°-Kreuzung.
b.Überlappende Spuren: Spuren auf benachbarten Schichten, die sich überlappen, wirken wie Kondensatoren und verursachen eine Signalkopplung.
c.Via-Stubs: Nicht verwendete Via-Länge (Stubs) verursachen Signalreflexionen  Zurückbohren zur Entfernung von Stubs > 0,5 mm.

Teil 3: Lösung der häufigsten PCB-Hochfrequenzprobleme
RF-PCBs stehen vor einzigartigen Herausforderungen - hier ist, wie man sie beheben kann, bevor sie sich auf die Leistung auswirken.

3.1 Signalverlust: Diagnose und Behebung
Ein hoher Signalverlust (IL > 1 dB/in bei 10 GHz) wird in der Regel durch
a.Falsches Material: Tauschen Sie Megtron6 (0,95 dB/in) gegen Rogers RO4003C (0,72 dB/in) um Verluste um 24% zu reduzieren.
b. Schlechte Spurengeometrie: Schmale Spuren (0,8 mm statt 1,2 mm) erhöhen den Widerstand.
c.Verunreinigung: Lötmasken oder Flussrückstände auf HF-Spuren erhöhen die Verluste bei der Herstellung von Reinräumen (LT CIRCUIT verwendet Reinräume der Klasse 1000).

3.2 EMI-Störungen
Wenn Ihr HF-PCB Geräusche aufnimmt:
a. Überprüfen Sie die Erdung: Verwenden Sie ein Multimeter, um die Kontinuität der Bodenfläche zu prüfen.
b.Ferritperlen hinzufügen: Perlen an Stromleitungen platzieren, um Hochfrequenzgeräusche von Reglern zu blockieren.
c. Neugestaltung der Abschirmung: Erweitern Sie die Abschirmungskannen, um die Bodenöffnungen zu bedecken und EMI durchzulassen.

3.3 Wärmebewirtschaftung
HF-Komponenten (z. B. 5G-Leistungsverstärker) erzeugen Wärme, die durch Überhitzung erhöht wird, erhöht Df und senkt den Signalverlust.
a. Thermische Durchläufe: Hinzufügen von 4·6 Durchläufen unter heißen Bauteilen, um Wärme in die Bodenebene zu bringen.
b.Wärmeabnehmer: Bei Bauteilen mit einer Leistungsauslastung von > 1 W verwenden Sie Aluminium-Wärmeabnehmer.
c. Materialauswahl: Rogers RO4003C (Wärmeleitfähigkeit: 0,71 W/m·K) löst Wärme zweimal besser als Standard-FR4.

Teil 4: Warum LT-Schaltkreis für Hochfrequenz-HF-PCBs wählen
LT CIRCUIT ist nicht nur ein PCB-Hersteller, sie sind HF-Spezialisten mit einer Erfolgsgeschichte bei der Lieferung von Platten für 5G, Luft- und Raumfahrt- und Radarsysteme.

4.1 Material und Zertifizierungen für RF-Qualität
a. Autorisierter Rogers/Megtron-Partner: Sie verwenden echte Rogers RO4003C/RO4350B und Megtron6 – keine gefälschten Materialien, die Signalverlust verursachen.
b.IPC-Klasse-3-Zertifizierung: Der höchste PCB-Qualitätsstandard, um sicherzustellen, dass HF-PCB die Anforderungen an die Zuverlässigkeit in der Luftfahrt/Telekommunikation erfüllen.

4.2 Technisches Fachwissen
a.RF-Entwurfsunterstützung: Ihre Ingenieure helfen bei der Optimierung der Impedanz-Übereinstimmung und des Abschirms, sodass Sie 4~6 Wochen Redesign sparen.
b. Fortgeschrittene Prüfungen: TDR-, IL/RL- und thermische Tests validieren die HF-Leistung vor dem Versand.

4.3 Nachgewiesene Ergebnisse
a.5G-Basisstationen: PCB mit einem Verlust von < 0,7 dB/in bei 10 GHz, die von führenden Telekommunikationsunternehmen verwendet werden.
b. Satellitenfrequenz: PCB, die mehr als 1.000 thermische Zyklen (-40 °C bis 125 °C) ohne Leistungsverlust überstehen.

Häufig gestellte Fragen
1Was ist der Unterschied zwischen Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeits-PCBs?
Hochfrequente Leiterplatten verarbeiten HF-Signale (300 MHz ∼300 GHz) und konzentrieren sich auf geringen Verlust/Df. Hochgeschwindigkeitsleiterplatten verarbeiten digitale Signale (z. B. PCIe 6.0) und konzentrieren sich auf die Signalintegrität (Skiw, Jitter).

2Kann ich Standard-FR4 für HF-Anwendungen verwenden?
Nr. FR4 weist hohe Df (0,01 ∼0,02) und Signalverlust (> 1,5 dB/in bei 10 GHz) auf, was es für HF ungeeignet macht.

3Wie viel kostet ein Hochfrequenz-RF-PCB?
Rogers-basierte Leiterplatten kosten 2×3x mehr als FR4, aber die Investition lohnt sich: geringerer Signalverlust reduziert Feldfehler um 70%.

4Was ist die maximale Frequenz, die ein Hochfrequenz-PCB verarbeiten kann?
Mit Teflon-Substraten und Stripline-Geometrie können PCB bis zu 300 GHz (mmWave) verarbeiten, die in der Satellitenkommunikation und in der 6G-F&E verwendet werden.

5Wie lange dauert die Herstellung von Hochfrequenz-PCBs?
LT CIRCUIT liefert Prototypen in 5­7 Tagen und Massenproduktion in 2­3 Wochen, was schneller ist als der Branchendurchschnitt (10­14 Tage für Prototypen).

Schlussfolgerung: Hochfrequenz-PCBs sind die Zukunft der HF
Da sich 5G ausweitet, das Internet der Dinge wächst und Radarsysteme fortschrittlicher werden, werden Hochfrequenz-PCBs immer wichtiger werden.Stammimpedanz-Übereinstimmung, und in die Präzisionsfertigung investieren.

Die Verwendung von FR4 anstelle von Rogers, das Überspringen der Abschirmung oder das Ignorieren der Impedanz führen zu Signalverlusten, EMI und kostspieligen Feldfehlern.Aber mit dem richtigen Ansatz (und Partnern wie LT CIRCUIT), können Sie HF-PCBs bauen, die schnelle, zuverlässige Signale liefern, auch für die anspruchsvollsten Anwendungen.

Die Zukunft der drahtlosen Kommunikation hängt von Hochfrequenz-PCBs ab.Sie werden der Kurve voraus sein und Produkte liefern, die die nächste Generation von HF-Technologie antreiben..