281月 2016

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分享一篇极好的射频PCB设计资料–中兴射频板PCB工艺设计规范

微波是电磁波按频谱划分的定义,是指波长从1m至0.1mm范围内的电磁波, 其相应的频率从0.3GHz至3000GHz。这段电磁频谱包括分米波(频率从0.3GHz至3GHz)\厘米波(频率从3GHz至30GHz)\毫米波(频率从30GHz至300GHz)和亚毫米波(频率从300GHz至3000GHz,有些文献中微波定义不含此段)四个波段(含上限,不含下限)。具有似光性、似声性、穿透性、 非电离性、信息性五大特点。

射频是电磁波按应用划分的定义,专指具有一定波长可用于无线电通信的电磁波。频率范围定义比较混乱,资料中有30MHz至3GHz, 也有300MHz至40GHz,与微波有重叠;另有一种按频谱划分的定义, 是指波长从1兆m至1m范围内的电磁波, 其相应的频率从30Hz至300MHz;射频(RF)与微波的频率界限比较模糊,并且随着器件技术和设计方法的进步还有所变化。

考虑PCB设计的特殊性,主要考虑PCB上传输线的电路模型。由于传输线采用集总参数电路模型和分布参数电路模型的分界线可认为是l/λ≥0.05.(其中,l是几何长度; λ是工作波长).在本规范中定义射频链路指传输线结构采用分布参数模型的模拟信号电路。PCB线长很少超过50cm,故最低考虑30MHz频率的模拟信号即可;由于超过3G通常认为是纯微波,可以考虑倒此为止;考虑生产工艺元件间距可达0.5mm,最高频率也可考虑定在30GHz,感觉意义不大。

综上所述,可以考虑射频PCB可以定义为具有频率在30MHz至6GHz范围模拟信号的PCB, 但具体采用集总还是分布参数模型可根据公式确定。

由于基片的介电常数比较高,电磁波的传播速度比较慢,因此,比在空气中传播的波长要短,根据微波原理,微带线对介质基片的要求:介质损耗小,在所需频率和温度范围内, 介电常数应恒定不变,热传导率和表面光洁度要高,和导体要有良好的沾附性等。对构成导体条带的金属材料要求:导电率高电阻温度系数小,对基片要有良好的沾附性,易于焊接等。

射频电路 PCB 上的印制线除了一般的原则–考虑电流大小外,还必须考虑印制线的特性阻抗,严格进行阻抗匹配,在 PCB 制作时必须考虑印制线的阻抗控制。印制线的特性阻抗与 PCB 的材料特性及物理参数相关,所以 PCB 设计人员必须清楚 PCB 板材的性能。

射频印制电路板 PCB 厚度通常采用 0.2mm 的整数倍,如 0.8mm, 1.0mm, 1.6mm 等,有时也用英寸表示印制电路板板材厚度。具体厚度应该按照阻抗控制计算出的结果为准。

焊盘表面处理

一般有以下几种:
1)一般采用喷锡铅合金 HASL 工艺,锡层表面应该平整无露铜。只要确保 6 个月内可焊性良好就 可以。为获得更好的趋肤效应,可对射频板选择化学镀金工艺或 OSP 工艺。同时有助于减少环境 污染。
2)如果 PCB 上有细间距器件(如 0.5mm 间距的 BGA),或板厚≤0.8mm,可以考虑化学(无电) 镍金( Ep.Ni2.Au0.05)。还有一种有机涂覆工艺 (Organic Solderability Preservative 简称 OSP),由于还存在可焊期短、发粘和不耐焊等问题,暂时不宜选用。
3)对板上有裸芯片(需要热压焊或超声焊,俗称 Bonding)或有按键(如手机板)的板,就一 定要采用化学镀镍、金工艺(Et.Ni5.Au0.1)。有的厂家也采用整板镀金工艺(Ep.Ni5.Au0.05) 处理。前者表面更平整,镀层厚度更均匀、更耐焊,而后者便宜、亮度好。
从成本上讲,化学镀镍、金工艺(Et.Ni5.Au0.1)比喷锡贵,而整板镀金工艺则比喷锡便宜
4)对印制插头,一般镀硬金,即纯度为 99.5%-99.7%含镍、钴的金合金。一般厚度为 0.5~0.7μ m,标注为:Ep.Ni5.Au0.5
镀层厚度根据插拔次数确定,一般 0.5μm 厚度可经受 500 次插拔, 1μm 厚度可经受 1000 次插拔。

射频电路板加工制造中需严格控制特性阻抗之精度,而介电常数值的精度与基板材料 (半固化片)的树脂含量的均匀程度密切相关。半固化片树脂含量的技术指标,是各个基板 材料生产厂根据 PCB 厂实际成型加工工艺的不同及生产水平的能力而制定的。由于树脂量的 不同,使得在半固化片的熔融粘度上有所差异及在层压工艺上也就存在着不同。这些会带来 PCB 在绝缘层厚度及其精度上有所差别。不同厂家、不同树脂量指标的半固化片材料所生产 的多层板,在它的介电特性,特别是介电常数值上,表现出其高低及精度的不同。 故提高 PCB 的特性高精度控制,基板材料生产厂在生产半固化片的树脂量的指标控制方面,必须要 与 PCB 厂家达到很好的配合。详见附录 C。

由于射频元器件封装比较特殊,在选择新封装的射频元器件或兼容器件时,开发人员 必须在前期与工艺人员充分沟通,确保元器件可制造性。

射频元器件应特别注意器件焊接端的镀层厚度和材质,以避免生产过程中出现空焊和 冷焊(特别是焊端镀银的陶瓷器件)。

射频元器件的平整度应低于 0.005”,特别是陶瓷模组块,如 VCO,功放和滤波器等。

射频无源器件的电性能的公差值应特别注意,已有试验表明,如器件公差值超过 5% 以上,电路中的分布值呈现多样化。故前期选择时需引起重视,以便得到良好的电性能优化。

射频连接器的要求:推荐连接器与 PCB 中心接触脚和数字信号端脚表面镀层厚度为 30-50μinch 的金,内层厚度为 50-150μinch 的 Ni;SMT 连接器与 PCB 焊盘接触部分需控 制公差在 +0,-0.002”尺寸范围内。

尽可能将数字电路远离模拟电路;确保射频走线下层的地是实心的大面积地,并尽可 能将射频线走在表层上。

数字、模拟信号线不跨区域布线,如果射频走线必须要穿过信号线,优选:在它们之 间沿着射频走线布一层与主地相连的地;次选,保证射频线与信号线十字交叉,可将容性耦 合减到最小,同时尽可能在每根射频走线周围多布一些地,并连到主地。一般,射频印制线 不宜并行布线且不宜过长,如果确实需要并行布线,应在 2 条线之间加一条地线(地线打过 孔,确保良好接地)。射频差分线,走平行线,2 条平行线外侧加地线(地线打过孔,确保 良好接地),印制线的特性阻抗按器件的要求设计。

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中兴--射频板PCB工艺设计规范 (下载924)

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