Wichtige Fertigungsanforderungen für Hochfrequenz-Funkkommunikations-Leiterplatten

Sie stehen unter zunehmendem Druck, mit den neuen Anforderungen an die drahtlose Kommunikation Schritt zu halten. Hochfrequenz-Leiterplatten wachsen schneller als herkömmliche Leiterplatten, was auf den Aufstieg von 5G-Netzwerken und neuen IoT-Anwendungenzurückzuführen ist. Diese Hochfrequenz-Designs verwenden PTFE- und Rogers-Laminate anstelle von Standard-FR4-Platten. Diese Materialien reduzieren Signalverluste um bis zu 40% und verbessern die Datenübertragung. LT CIRCUIT ist ein zuverlässiger Partner, der fortschrittliche Fertigungslösungen anbietet, die dazu beitragen, starke und zuverlässige Signale aufrechtzuerhalten. Sie stellen auch sicher, dass Sie in diesem sich schnell entwickelnden Bereich der drahtlosen Kommunikation konform bleiben.

Wichtigste Erkenntnisse

# Wählen Sie spezielle Materialien wie PTFE- oder Rogers-Laminate. Diese helfen, Signalverluste zu reduzieren und die drahtlose Kommunikation zu verbessern.

# Kontrollieren Sie die Impedanz, indem Sie die Leiterbahnbreite und den Abstand anpassen. Dies hält die Signale stark und hilft, Fehler zu vermeiden.

# Verwenden Sie exakte Fertigungsmethoden wie fortschrittliches Ätzen und sorgfältiges Bohren. Dies hilft, Hochfrequenz-Leiterplatten herzustellen, die gut funktionieren.

# Befolgen Sie strenge Qualitätskontrollen und Tests, wie z. B. EMC- und FCC-Standards. Dies stellt sicher, dass Ihr Gerät richtig funktioniert und die Regeln einhält.

# Behandeln Sie Wärme und Signalverluste mit guten thermischen Designs und verlustarmen Materialien. Dies hält Ihre Leiterplatte stabil und hilft ihr, länger zu halten.

Materialien

Substrate

Die Auswahl des richtigen Substrats hilft Ihrer Leiterplatte, in der drahtlosen Kommunikation gut zu funktionieren. Jedes Material hat seine eigenen Vorteile für Hochfrequenz-Designs. Die folgende Tabelle listet gängige Substratmaterialien auf und was sie besonders macht:

Hinweis: Im Jahr 2024 ist die Region Asien-Pazifik der Top-Markt für Hochfrequenz-Leiterplattensubstrate, mit mehr als 48 % des Marktes.

Dielektrische Eigenschaften

Dielektrische Eigenschaften sind sehr wichtig für das Senden von Signalen, insbesondere über 10 GHz. Sie benötigen Materialien mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten (Dk) und niedrigen Dissipationsfaktoren (Df). Diese helfen, Signale stark zu halten und Verluste zu reduzieren. Rogers-Materialien haben Dk-Werte von 3,38 bis 3,55 und Df von nur 0,002. Isola-Materialien haben einen etwas höheren Dk- und Df-Wert, so dass es etwas mehr Signalverluste gibt, aber sie sind einfacher herzustellen. Teflonbasierte Substrate haben den niedrigsten Dk- und Df-Wert, daher sind sie am besten für sehr hochfrequente Anwendungen geeignet.

Experten sagen, dass Sie Materialien mit einem Df unter 0,005 bei 10 GHzverwenden sollten. Dies hält Signalverluste und Wärme niedrig, was für die drahtlose Kommunikation sehr wichtig ist.

Wärmemanagement

Hochfrequenz-Leiterplatten werden heißer als herkömmliche. Sie müssen diese Wärme kontrollieren, damit Ihre Platine gut funktioniert. Metallkern-Leiterplatten, wie z. B. solche mit Aluminium oder Kupfer, leiten die Wärme schnell ab. Sie haben Wärmeleitfähigkeiten von 5 bis 400 W/mK. Dies ist viel besser als FR4, das nur bis zu 0,4 W/mK geht. Die Verwendung von Metallkern-Leiterplatten hilft, Ihre Platine schnell zu kühlen. Dies ist wichtig für Dinge wie drahtlose Router, Basisstationen und Satelliten.

IPC-2221-Standards helfen Ihnen bei der Auswahl von Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante, hoher Wärmeleitfähigkeit, geringer Feuchtigkeitsaufnahme und hoher mechanischer Festigkeit. Wenn Sie diese Standards befolgen, funktioniert Ihre Leiterplatte gut für die drahtlose Hochfrequenzkommunikation.

Design

Impedanzkontrolle

Die richtige Impedanz ist sehr wichtig für die drahtlose Hochfrequenzkommunikation. Sie müssen sicherstellen, dass die Leiterbahnen der Leiterplatte mit der Standardimpedanz des Systems übereinstimmen, die normalerweise 50 Ohmbeträgt. Dies hilft, Signalreflexionen und Leistungsverlustezu verhindern. Wenn die Impedanz nicht übereinstimmt, können Signale zurückprallen. Dies verursacht Klingeln und Datenfehler. Diese Probleme verschlimmern sich, wenn die Frequenz steigt. Sie können diese Probleme durch die Verwendung von Leiterbahnen mit kontrollierter Impedanz stoppen. Stellen Sie sicher, dass Quelle, Empfänger und Leiterbahnen alle die gleiche Impedanz haben.

Branchenregeln besagen, dass Sie die Impedanztoleranz zwischen ±1 % und ±2 % für Hochfrequenz-Leiterplatten-Leiterbahnen für drahtlose Geräte halten sollten. Diese enge Kontrolle hält die Signale stark und die Systeme funktionieren gut.

Wenn die Impedanz in Hochfrequenz-Leiterplatten-Leiterbahnen nicht übereinstimmt, prallen Signale zurück und werden schwächer. Dies beeinträchtigt die Signalqualität. Teile und Leiterbahnen werden für eine bestimmte Impedanz hergestellt, um dies zu verhindern. Wenn die Frequenz steigt, verschlechtert sich die Einfügedämpfung erheblich, wenn die Impedanz nicht übereinstimmt. Die gute Anpassung der Impedanz hält Reflexionen und Leistungsverluste gering. Dies hilft, Signale in der drahtlosen Kommunikation klar zu halten.

Signalintegrität

Signalintegrität bedeutet, Signale stark und klar zu halten, während sie sich über die Leiterplatte bewegen. Hochfrequenzsignale können Probleme wie Übersprechen, Übertragungsverzögerung und Taktzeitfehler aufweisen. Übersprechen tritt auf, wenn Signale auf benachbarten Leiterbahnen sich gegenseitig stören. Sie können Übersprechen reduzieren, indem Sie die Leiterbahnen weiter voneinander entfernt anordnen. Die Verwendung von differentieller Signalisierung und Schutzleiterbahnen hilft ebenfalls.

Tipp: Machen Sie den Leiterbahn-Abstand mindestens dreimal so groß wie die Leiterbahnbreite um Übersprechen und Interferenzen zu reduzieren.

Übertragungsverzögerung kann Zeitfehler und Rauschen verursachen. Wenn die Leiterbahnen nicht die gleiche Länge haben, kommen Signale zu unterschiedlichen Zeiten an. Dies stört das Taktsignal. Sie können dies beheben, indem Sie die Leiterbahnen mit Serpentinenmustern anpassen. Versuchen Sie, so wenig Vias wie möglich zu verwenden. Setzen Sie Übergangs-Vias in die Nähe von Signal-Vias wenn sich die Referenzebenen ändern. Verwenden Sie Simulationstools, um Signalintegritätsprobleme zu finden und zu beheben, bevor Sie die Platine herstellen.

EMI/EMV

Elektromagnetische Interferenz (EMI) und elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) sind große Probleme in der drahtlosen Kommunikation. EMI kann Rauschen verursachen und Signalverluste verursachen. EMV stellt sicher, dass Ihre Leiterplatte andere Geräte nicht stört. Sie können EMI reduzieren und EMV einhalten indem Sie diese Layout-Tipps befolgen:

1. Ordnen Sie ähnliche Teile (analog und digital) in separaten Gruppen an, um Übersprechen zu reduzieren.

2. Platzieren Sie Entkopplungskondensatoren in der Nähe von Stromanschlüssen, um Hochfrequenzrauschen zu blockieren.

3. Halten Sie die Signalleiterbahnen kurz und gerade, damit sie nicht wie Antennen wirken.

4. Behalten Sie die kontrollierte Impedanz für wichtige Signale bei.

5. Verwenden Sie keine scharfen Ecken; verwenden Sie 45-Grad-Winkel oder Kurven.

6. Verwenden Sie differentielle Paare für schnelle Signale.

7. Platzieren Sie durchgehende Masseebenen unter den Signalebenen.

8. Teilen Sie keine Masseebenen, um EMI-Schleifen zu stoppen.

9. Platzieren Sie Massevias in der Nähe von Bauteilanschlüssen.

10. Decken Sie empfindliche Bereiche mit Metallabschirmungen oder geerdeten Kupferflächen ab.

11. Machen Sie die Schleifenbereiche in Strom- und Signalpfaden so klein wie möglich.

Hinweis: Halten Sie HF- und digitale Abschnitte auf der Leiterplatte getrennt, um die Isolation zu unterstützen und EMI zu reduzieren. Verwenden Sie Mehrschicht-Stackups, um niederimpedante Rückpfade zu erhalten und elektromagnetische Emissionen zu reduzieren.

Antennenintegration

Die Antennenintegration ist ein sehr wichtiger Bestandteil des Hochfrequenz-Leiterplatten-Designs für drahtlose Geräte. Die Form, Größe und das Layout der Antenne verändern, wie gut Ihr Gerät Signale sendet und empfängt. Sie müssen an diese Dinge denken:

l Antennengeometrie: Die Form und Größe der Antenne bestimmen, wie sie Signale sendet und empfängt.

l Masseebene: Eine solide, gut verbundene Masseebene reduziert Strahlungsverluste und liefert eine stabile Referenz.

l Impedanzanpassung: Passen Sie die Antennenimpedanz an die Schaltung an, um Signalreflexionen und -verluste zu vermeiden. Verwenden Sie Anpassungsnetzwerke oder Stub-Tuning.

l Frequenzband: Die Arbeitsfrequenz bestimmt die Antennengröße. Verwenden Sie Designgleichungen und Simulationstools, um sie besser funktionieren zu lassen.

l Antennentypen: Gängige Leiterplattenantennen sind Monopol-, Patch-, Dipol- und Schleifenantennen. Jede ist anders.

l Leistungstests

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